DE102013226900A1

DE102013226900A1 - Überwachungssystem zur Überwachung einer Versorgungsspannung an einem digitalen Bauelement

Info

Publication number: DE102013226900A1
Application number: DE102013226900.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Heyer; Wolfgang Bay
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem (201) zur Überwachung einer Versorgungsspannung (211) an einem digitalen Bauelement (213), wobei das digitale Bauelement (213) einen digitalen Ausgang (215) zur Ausgabe eines digitalen Ausgangssignals umfasst, wobei das digitale Ausgangssignal einen Signalhochpegel und einen Signalniederpegel aufweist, und wobei das Überwachungssystem (201) eine Signalüberwachungseinrichtung (203) umfasst, welche mit dem digitalen Ausgang (215) des digitalen Bauelements (213) elektrisch koppelbar und ausgebildet ist, eine Amplitude des digitalen Ausgangssignals bei Vorliegen des Signalhochpegels zu messen, um einen Amplitudenmesswert zu erhalten, und um die Versorgungsspannung (211) auf der Basis des Amplitudenmesswertes zu überwachen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem zur Überwachung einer Versorgungsspannung an einem digitalen Bauelement.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Elektronische Geräte werden häufig mittels digitaler Signale gesteuert. Zur Auswertung der digitalen Signale werden oftmals digitale Bauelemente verwendet.
Zum Betrieb eines digitalen Bauelementes wird eine Spannungsquelle benötigt, welche eine Versorgungsspannung in einem vorbestimmten Spannungsbereich, für welchen das digitale Bauelement spezifiziert ist, bereitstellt. Wird das digitale Bauelement mit einer Versorgungsspannung außerhalb des vorbestimmten Spannungsbereiches, beispielsweise mit Überspannung oder Unterspannung, betrieben, so können Fehlfunktionen des digitalen Bauelementes auftreten. Bei Versorgung des digitalen Bauelementes mit einer Unterspannung kann beispielsweise dem digitalen Bauelementes nicht ausreichend elektrische Energie zur Verfügung stehen, um mittels eines Transistors einen Schaltvorgang durchzuführen. Eine Versorgung des digitalen Bauelementes mit einer Überspannung kann zu einer Beschädigung des digitalen Bauelementes führen.
Digitale Bauelemente umfassen häufig eine Vielzahl an unterschiedlichen Funktionen und Aufgaben. Die Überprüfung eines digitalen Bauelementes auf Fehlfunktionen ist daher oft aufwendig. Häufig werden daher die Eingangssignale digitaler Bauelemente, insbesondere die der Versorgungsspannung zugeordneten Eingangssignale, überwacht und geregelt, um Fehlfunktionen zu vermeiden. Dazu kann eine Spannungsquelle für ein digitales Bauelement mit einem Überwachungssystem verbunden werden, welches beispielsweise die Versorgungsspannung des digitalen Bauelements misst und den gemessenen Wert an eine Steuereinrichtung der Spannungsquelle übermittelt, welche zur Regelung, beispielsweise zur Abschaltung, der von der Spannungsquelle bereitgestellten Versorgungsspannung des digitalen Bauelements ausgebildet ist.
Insbesondere bei Verwendung einer Vielzahl von digitalen Bauelementen in einem elektronischen Gerät kann der zusätzliche Verbrauch an elektrischer Energie aufgrund der Überwachung der Versorgungsspannung maßgeblich zum Gesamtenergieverbrauch des elektronischen Gerätes beitragen. Dies ist insbesondere bei mobilen elektronischen Geräten problematisch, welche häufig mittels eines elektrischen Energiespeichers, beispielsweise mittels einer Batterie oder eines Akkumulators, mit elektrischer Energie versorgt werden, in welchem nur eine begrenzte Menge an elektrischer Energie gespeichert werden kann.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes und energiesparendes Konzept zur Überwachung einer Versorgungsspannung an einem digitalen Bauelement zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung, der Zeichnungen sowie der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch die Überwachung eines digitalen Ausgangssignals des digitalen Bauelementes gelöst werden kann. Dadurch wird erreicht, dass der Energieverbrauch der Amplitudenreduktionseinrichtung mittels des digitalen Bauelementes steuerbar ist. Beispielsweise kann mittels des digitalen Bauelementes die Amplitudenreduktionseinrichtung von der Versorgungsspannung getrennt werden, falls die Amplitudenreduktionseinrichtung nicht benötigt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Überwachungssystem zur Überwachung einer Versorgungsspannung an einem digitalen Bauelement, wobei das digitale Bauelement einen digitalen Ausgang zur Ausgabe eines digitalen Ausgangssignals umfasst, wobei das digitale Ausgangssignal einen Signalhochpegel und einen Signalniederpegel aufweist, und wobei das Überwachungssystem eine Signalüberwachungseinrichtung umfasst, welche mit dem digitalen Ausgang des digitalen Bauelements elektrisch koppelbar und ausgebildet ist, eine Amplitude des digitalen Ausgangssignals bei Vorliegen des Signalhochpegels zu messen, um einen Amplitudenmesswert zu erhalten, und um die Versorgungsspannung auf der Basis des Amplitudenmesswertes zu überwachen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein effizientes Überwachungssystem zur Überwachung einer Versorgungsspannung an einem digitalen Bauelement bereitgestellt werden kann.
Das digitale Bauelement kann einen integrierten Schaltkreis oder Integrated Circuit (IC) umfassen, welcher in einem Gehäuse aufgenommen sein kann. Das digitale Bauelement kann ferner zwischen einem Aktivzustand, in welchem das digitale Bauelement einen hohen Energieverbrauch aufweist, und einem Ruhezustand, in welchem das digitale Bauelement einen niedrigen Energieverbrauch aufweist, schaltbar sein. Ferner kann das digitale Bauelement ein digitaler Baustein sein.
Der digitale Ausgang kann ausgebildet sein, mittels des digitalen Ausgangssignals einen Signalhochpegel oder einen Signalniederpegel auszugeben. Ferner kann der digitale Ausgang den Signalniederpegel ausgeben, wenn das digitale Bauelement im Ruhezustand ist. Ferner kann, wenn das digitale Bauelement im Ruhezustand ist, der digitale Ausgang hochohmig geschaltet werden, beispielsweise in einen hochohmigen „Tri-State“-Zustand.
Das digitale Ausgangssignal kann durch ein analoges elektrisches Signal gebildet sein, aus welchem, beispielsweise mittels Abtastung der Amplitude des analogen elektrischen Signals, digitale Werte bestimmt werden können. Ferner kann das digitale Ausgangssignal zumindest ein Signalbit umfassen.
Der Signalhochpegel des digitalen Ausgangssignals kann ein Signalpegel sein, welcher höher ist als ein vorbestimmter Schwellwert. Der vorbestimmte Schwellwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V.
Der Signalniederpegel des digitalen Ausgangssignals kann ein Signalpegel sein, welcher niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellwert. Der vorbestimmte Schwellwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V.
Die Signalüberwachungseinrichtung kann die Versorgungsspannung durch Vergleich des Amplitudenmesswertes mit einem vorbestimmten Amplitudenwert überwachen. Der vorbestimmte Amplitudenwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V. Ferner kann die Signalüberwachungseinrichtung ausgebildet sein, die Versorgungsspannung ausschließlich auf der Basis des Amplitudenmesswertes zu überwachen. Die Signalüberwachungseinrichtung kann ferner ausgebildet sein, die Versorgungsspannung nur dann zu überwachen, wenn am digitalen Ausgang ein Signalhochpegel ausgegeben wird. Ferner kann die Signalüberwachungseinrichtung ein Überwachungssystem sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Signalüberwachungseinrichtung ausgebildet, den Amplitudenmesswert mit zumindest einem Amplitudenwert zu vergleichen, um die Versorgungsspannung zu überwachen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Amplitudenmesswert auf effiziente Weise überprüft werden kann.
Der Amplitudenwert kann ein vorbestimmter Amplitudenwert sein. Der vorbestimmte Amplitudenwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V. Ferner kann der Amplitudenmesswert mit einem ersten vorbestimmten Amplitudenwert und einem zweiten vorbestimmten Amplitudenwert verglichen werden, wobei der erste vorbestimmte Amplitudenwert eine obere Grenze und der zweite vorbestimmte Amplitudenwert eine untere Grenze für den Amplitudenmesswert sein kann. Der jeweilige vorbestimmte Amplitudenwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Signalüberwachungseinrichtung ausgebildet, das digitale Ausgangssignal digital auszuwerten, um den Signalhochpegel digital zu detektieren, und um die Messung der Amplitude des digitalen Ausgangssignals ansprechend auf die digitale Detektion des Signalhochpegels durchzuführen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Amplitudenmesswert auf effiziente Weise bestimmt werden kann.
Der Signalhochpegel kann vorliegen, wenn das Signalbit auf hoch, beispielsweise auf 1, geschaltet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Signalüberwachungseinrichtung ausgebildet, zur Auswertung des digitales Ausgangssignals einen Pegel eines Signalbits an einer vorbestimmten Position innerhalb des digitalen Ausgangssignals oder einen Pegel eines Prüfbits, insbesondere eines Checksum-Bits, digital auszuwerten. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Amplitudenmesswert auf effiziente Weise bestimmt werden kann.
Das Prüfbit kann durch Bildung einer Prüfsumme oder Checksum über einer Mehrzahl von Signalbits des digitalen Ausgangssignals bestimmt werden. Die Prüfsumme kann mittels einer Streuwertfunktion, beispielsweise nach dem Message-Digest Algorithmus 5 (MD5), der Mittquadratmethode und/oder der Quersummenmethode, bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Überwachungssystem ferner eine Amplitudenreduktionseinrichtung, um die Amplitude des digitalen Ausgangssignals zu reduzieren, und wobei die Signalüberwachungseinrichtung ausgebildet ist, den Amplitudenmesswert des digitalen Ausgangssignals durch eine Messung der reduzierten Amplitude des digitalen Ausgangssignals zu bestimmen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Überwachungssystem auf effiziente Weise an die Amplitude des digitalen Ausgangssignals angepasst werden kann.
Die Amplitudenreduktionseinrichtung kann einen elektrischen Widerstand, ein Potentiometer, einen Trimmwiderstand und/oder einen Rheostaten umfassen. Ferner kann die Amplitudenreduktionseinrichtung eine Spannungsanpassung umfassen.
Die Signalüberwachungseinrichtung kann die Versorgungsspannung durch Vergleich der reduzierten Amplitude des digitalen Ausgangssignals mit einem vorbestimmten reduzierten Amplitudenwert überwachen. Der vorbestimmte reduzierte Amplitudenwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V. Ferner kann die reduzierte Amplitude des digitalen Ausgangssignals mit einem ersten vorbestimmten reduzierten Amplitudenwert und einem zweiten vorbestimmten reduzierten Amplitudenwert verglichen werden, wobei der erste vorbestimmte reduzierte Amplitudenwert eine obere Grenze und der zweite vorbestimmte reduzierte Amplitudenwert eine untere Grenze für die reduzierte Amplitude des digitalen Ausgangssignals sein kann. Der jeweilige vorbestimmte reduzierte Amplitudenwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Amplitudenreduktionseinrichtung ein passiver Signalteiler, insbesondere ein passiver Spannungsteiler. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Überwachungssystem auf effiziente Weise an die Amplitude des digitalen Ausgangssignals angepasst werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Signaleingang der Signalüberwachungseinrichtung mit dem digitalen Ausgang des digitalen Bauelements elektrisch verbindbar oder die Signalüberwachungseinrichtung umfasst ein Koppelelement, insbesondere einen Operationsverstärker, zum hochohmigen Auskoppeln des digitalen Ausgangssignals, um eine elektrische Belastung des digitalen Ausgangs zu reduzieren. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das digitale Ausgangssignal auf effiziente Weise an die Signalüberwachungseinrichtung übermittelt werden kann.
Das Koppelelement zum hochohmigen Auskoppeln kann ein Tri-State Element sein. Beispielsweise ist ein hochohmiger Wert 10MOhm, 50MOhm, 100MOhm, 500MOhm, 1GOhm oder 10GOhm.
Gemäß einer Ausführungsform ist das digitale Bauelement ausgebildet, den digitalen Ausgang in einen hochohmigen Zustand zu versetzen, und die Signalüberwachungseinrichtung ist ausgebildet, bei Vorliegen des hochohmigen Zustandes des digitalen Ausgangs in einen Ruhezustand zu übergehen. Dadurch wir der Vorteil erreicht, dass der Energieverbrauch der Signalüberwachungseinrichtung reduziert werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein elektrisches Steuerungssystem für eine Kraftfahrzeugkomponente, mit: einem digitalen Bauelement mit einem Eingang zum Empfangen eines Zustandssignals der Kraftfahrzeugkomponente, und mit einem digitalen Ausgang zur Ausgabe eines digitalen Ausgangssignals ansprechend auf den Empfang des Zustandssignals, wobei das digitale Ausgangssignal einen Signalhochpegel und einen Signalniederpegel aufweist; und dem Überwachungssystem zur Überwachung einer Versorgungsspannung an dem digitalen Bauelement, wobei die Signalüberwachungseinrichtung mit dem digitalen Ausgang des digitalen Bauelements elektrisch gekoppelt und ausgebildet ist, eine Amplitude des digitalen Ausgangssignals bei Vorliegen des Signalhochpegels zu messen, um einen Amplitudenmesswert zu erhalten, und um die Versorgungsspannung auf der Basis des Amplitudenmesswertes zu überwachen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein effizientes elektrisches Steuerungssystem bereitgestellt werden kann.
Das Zustandssignal kann ein Sensorsignal sein. Beispielsweise umfasst das Zustandssignal einen Lenkwinkel, eine Pedalauslenkung, eine Motordrehzahl, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder einen Temperaturwert.
Gemäß einer Ausführungsform ist das digitale Bauelement ausgebildet, die Amplitude des digitalen Ausgangssignals in Abhängigkeit von einer Amplitude der Versorgungsspannung auszugeben. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Amplitude der Versorgungsspannung auf effiziente Weise bestimmt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kraftfahrzeugkomponente eine Kraftfahrzeuglenkung oder ein Elektromotor, insbesondere ein Elektromotor einer Kraftfahrzeuglenkung.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer Versorgungsspannung an einem digitalen Bauelement, wobei das digitale Bauelement einen digitalen Ausgang zur Ausgabe eines digitalen Ausgangssignals umfasst, und wobei das digitale Ausgangssignal einen Signalhochpegel und einen Signalniederpegel aufweist, mit: Messen der Amplitude des digitalen Ausgangssignals bei Vorliegen des Signalhochpegels, um einen Amplitudenmesswert zu bestimmen; und Überwachen der Versorgungsspannung auf der Basis des Amplitudenmesswertes. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Versorgungsspannung auf effiziente Weise überwacht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Amplitudenmesswert mit zumindest einem Amplitudenwert verglichen, um die Versorgungsspannung zu überwachen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Versorgungsspannung auf effiziente Weise überwacht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird das digitale Ausgangssignal digital ausgewertet, insbesondere ein Signalbit an einer vorbestimmten Position innerhalb des digitalen Ausgangssignales digital ausgewertet wird, um den Signalhochpegel digital zu detektieren, und um die Amplitude des digitalen Ausgangssignals ansprechend auf die digitale Detektion des Signalhochpegels zu messen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Versorgungsspannung auf effiziente Weise überwacht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Amplitude des digitalen Ausgangssignales reduziert und der Amplitudenmesswert des digitalen Ausgangssignales wird durch Messen der reduzierten Amplitude des digitalen Ausgangssignales bestimmt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Versorgungsspannung auf effiziente Weise überwacht werden kann.
Die Erfindung kann in Software und/oder in Hardware realisiert werden.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Ausführungsbeispiele werden bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Überwachung einer Versorgungsspannung an einem digitalen Bauelement gemäß einer Ausführungsform; und
2 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Überwachung einer Versorgungsspannung an einem digitalen Bauelement gemäß einer Ausführungsform.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 100 zur Überwachung einer Versorgungsspannung 107 an einem digitalen Bauelement. Die Anordnung 100 umfasst ein Überwachungssystem 101, eine Zustandsinformation 103, einen Stromfluss 105, eine Versorgungsspannung 107, ein digitales Bauelement 109, digitale Ausgänge 111 zur Ausgabe von digitalen Ausgangssignalen und die Zustandsinformation 113. Dem Überwachungssystem 101 wird die Zustandsinformation 103 und die Versorgungsspannung 107 zugeführt. Der Stromfluss 105 wird vom Überwachungssystem 101 abgeführt. Dem digitalen Bauelement 109 wird die Spannungsversorgung 107 und die Zustandsinformation 113 zugeführt. Die digitalen Ausgangssignale werden dem digitalen Bauelement 109 über die digitalen Ausgänge 110, 111, 112 abgeführt.
Das Überwachungssystem 101 kann die Versorgungsspannung 107 durch Vergleich der Amplitude der Versorgungsspannung 107 mit einem vorbestimmten Amplitudenwert überwachen. Der vorbestimmte Amplitudenwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V. Die Versorgungsspannung 107 kann durch eine Spannungsquelle bereitgestellt werden. Die Spannungsquelle kann eine Batterie, einen Akkumulator und/oder ein Netzteil umfassen.
Mittels der Zustandsinformation 103 kann das Überwachungssystem 101 von einem Aktivzustand in einen Ruhezustand geschalten werden. Beispielsweise wird das Überwachungssystem 101 mittels eines Schaltelementes, z.B. eines Transistors, welches mittels der Zustandsinformation 103 schaltbar ist, von der Versorgungsspannung 107 getrennt. Ferner kann das Schaltelement im Aktivzustand geschlossen und im Ruhezustand offen sein. Auf diese Weise kann der Verbrauch elektrischer Energie reduziert werden.
Das digitale Bauelement 109 kann einen integrierten Schaltkreis oder Integrated Circuit (IC) umfassen, welcher in einem Gehäuse aufgenommen sein kann. Das digitale Bauelement 109 kann ferner zwischen einem Aktivzustand, in welchem das digitale Bauelement 109 einen hohen Energieverbrauch aufweist, und einem Ruhezustand, in welchem das digitale Bauelement 109 einen niedrigen Energieverbrauch aufweist, schaltbar sein. Ferner kann das digitale Bauelement 109 ein digitaler Baustein sein. Gemäß der in der 1 dargestellten Anordnung 100 können die Ausgangssignale über die Ausgänge 111 (Ausgang 1, Ausgang 2 und Ausgang n) aus dem digitalen Bauelement 109 ausgegeben werden.
Die digitalen Ausgangssignale an den digitalen Ausgängen 111 können analoge und/oder digitale Ausgangssignale des digitalen Bauelementes 109 sein.
Mittels der Zustandsinformation 113 kann das digitale Bauelement 109 von einem Aktivzustand in einen Ruhezustand geschalten werden. Beispielsweise wird das digitale Bauelement 109 mittels eines Schaltelementes, wie ein Transistor, welches mittels der Zustandsinformation 113 schaltbar ist, umgeschaltet.
Gemäß der in der 1 dargestellten Anordnung 100 kann die Überwachung der Versorgungsspannung 107 bei aktivem Überwachungssystem 101 direkt an der Versorgungsspannungsleitung vorgenommen werden. Bei inaktivem Überwachungssystem 101 kann dieses oder eine Schaltung zur Spannungsanpassung mittels eines Schaltelementes oder über einen Schalter von der zur messenden Versorgungsspannung 107 abgetrennt werden, um Ruhestrom zu sparen.
Gemäß der in der 1 dargestellten Anordnung 100 kann ausschließlich die dem digitalen Bauelement 109 zugeführte Versorgungsspannung 107 oder die Spannung am Eingang des digitalen Bauelementes 109 oder am Eingang zum IC-Gehäuse überwacht werden.
Gemäß der in der 1 dargestellten Anordnung 100 kann die Versorgungsspannung 107 eine permanente Versorgung sowohl im Aktiv- wie auch im Ruhezustand bereitstellen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 200 zur Überwachung einer Versorgungsspannung 211 an einem digitalen Bauelement 213 gemäß einer Ausführungsform, bei der auf die Zustandsinformation verzichtet werden kann. Die Anordnung 200 umfasst ein Überwachungssystem 201 mit einer Signalüberwachungseinrichtung 203 und einer Amplitudenreduktionseinrichtung 205 sowie ein digitales Bauelement 213 mit einem Schaltelement 221. Ferner umfasst die Anordnung 200 eine Versorgungsspannung 207, eine reduzierte Amplitude 209, die Versorgungsspannung 211, das digitale Bauelement 213, ein digitales Ausgangssignal 215, zwei Ausgangssignale 217, eine Zustandsinformation 219 und einen Stromfluss 223. Die Signalüberwachungseinrichtung 203 ist mit der Amplitudenreduktionseinrichtung 205 und dem digitalen Bauelement 213 verbunden. Ferner wird der Signalüberwachungseinrichtung 203 eine Versorgungsspannung 207 zugeführt. Die Amplitudenreduktionseinrichtung 205 ist ferner mit dem digitalen Bauelement 213 verbunden. Ferner wird der Stromfluss 223 von der Amplitudenreduktionseinrichtung 205 abgeführt. Dem digitalen Bauelement 213 wird ferner die Versorgungsspannung 211 und die Zustandsinformation 219 zugeführt. Ferner werden von dem digitalen Bauelement 213 das digitale Ausgangssignal 215 und die Ausgangssignale 217 abgeführt.
Das Überwachungssystem 201 ist zur Überwachung einer Versorgungsspannung 211 eines digitalen Bauelementes 213 ausgebildet, wobei das digitale Bauelement 213 einen digitalen Ausgang zur Ausgabe eines digitalen Ausgangssignals 215 umfasst, wobei das digitale Ausgangssignal 215 einen Signalhochpegel und einen Signalniederpegel aufweist, und wobei das Überwachungssystem 201 eine Signalüberwachungseinrichtung 203 umfasst, welche mit dem digitalen Ausgang des digitalen Bauelements 213 elektrisch koppelbar und ausgebildet ist, eine Amplitude des digitalen Ausgangssignals 215 bei Vorliegen des Signalhochpegels zu messen, um einen Amplitudenmesswert zu erhalten, und um die Versorgungsspannung 211 auf der Basis des Amplitudenmesswertes zu überwachen.
Das digitale Bauelement 213 kann einen integrierten Schaltkreis oder Integrated Circuit (IC) umfassen, welcher in einem Gehäuse aufgenommen sein kann. Das digitale Bauelement 213 kann ferner zwischen einem Aktivzustand, in welchem das digitale Bauelement 213 einen hohen Energieverbrauch aufweist, und einem Ruhezustand, in welchem das digitale Bauelement 213 einen niedrigen Energieverbrauch aufweist, schaltbar sein. Ferner kann das digitale Bauelement 213 ein digitaler Baustein sein. Das digitale Bauelement 213 kann dem in 1 dargestellten digitalen Bauelement 109 entsprechen bzw. dessen Merkmale aufweisen.
Der digitale Ausgang kann ausgebildet sein, mittels des digitalen Ausgangssignals 215 einen Signalhochpegel oder einen Signalniederpegel auszugeben. Ferner kann der digitale Ausgang den Signalniederpegel ausgeben, wenn das digitale Bauelement 213 im Ruhezustand ist. Ferner kann, wenn das digitale Bauelement 213 im Ruhezustand ist, der digitale Ausgang hochohmig geschaltet werden, beispielsweise in einen hochohmigen „Tri-State“-Zustand. Beispielsweise ist ein hochohmiger Wert 10MOhm, 50MOhm, 100MOhm, 500MOhm, 1GOhm oder 10GOhm.
Das digitale Ausgangssignal 215 kann durch ein analoges elektrisches Signal gebildet sein, aus welchem, beispielsweise mittels Abtastung der Amplitude des analogen elektrischen Signals, digitale Werte bestimmt werden können. Ferner kann das digitale Ausgangssignal 215 zumindest ein Signalbit umfassen.
Der Signalhochpegel des digitalen Ausgangssignals 215 kann ein Signalpegel sein, welcher höher ist als ein vorbestimmter Schwellwert. Der vorbestimmte Schwellwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V.
Der Signalniederpegel des digitalen Ausgangssignals 215 kann ein Signalpegel sein, welcher niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellwert. Der vorbestimmte Schwellwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V.
Die Signalüberwachungseinrichtung 203 kann die Versorgungsspannung 211 durch Vergleich des Amplitudenmesswertes mit einem vorbestimmten Amplitudenwert überwachen. Der vorbestimmte Amplitudenwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V. Ferner kann die Signalüberwachungseinrichtung 203 ausgebildet sein, die Versorgungsspannung 211 ausschließlich auf der Basis des Amplitudenmesswertes zu überwachen. Die Signalüberwachungseinrichtung 203 kann ferner ausgebildet sein, die Versorgungsspannung 211 nur dann zu überwachen, wenn am digitalen Ausgang ein Signalhochpegel ausgegeben wird. Ferner kann die Signalüberwachungseinrichtung 203 ein Überwachungssystem sein.
Die Amplitudenreduktionseinrichtung 205 kann die Amplitude des digitalen Ausgangssignals 215 reduzieren, um die reduzierte Amplitude 209 zu erzeugen und um diese an die Signalüberwachungseinrichtung 203 zu übermitteln. Die Signalüberwachungseinrichtung 203 kann ferner ausgebildet sein, den Amplitudenmesswert des digitalen Ausgangssignals 215 durch eine Messung der reduzierten Amplitude 209 des digitalen Ausgangssignals 219 zu bestimmen. Ferner kann die Signalüberwachungseinrichtung 203 die Versorgungsspannung 211 durch Vergleich der reduzierten Amplitude 209 des digitalen Ausgangssignals 215 mit einem vorbestimmten reduzierten Amplitudenwert überwachen. Der vorbestimmte reduzierte Amplitudenwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V. Ferner kann die reduzierte Amplitude 209 des digitalen Ausgangssignals 215 mit einem ersten vorbestimmten reduzierten Amplitudenwert und einem zweiten vorbestimmten reduzierten Amplitudenwert verglichen werden, wobei der erste vorbestimmte reduzierte Amplitudenwert eine obere Grenze und der zweite vorbestimmte reduzierte Amplitudenwert eine untere Grenze für die reduzierte Amplitude 209 des digitalen Ausgangssignals 203 sein kann. Der jeweilige vorbestimmte reduzierte Amplitudenwert ist beispielsweise 0,1mV, 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V oder 100V. Ferner kann die Amplitudenreduktionseinrichtung 205 eine Spannungsanpassung umfassen.
Die Versorgungsspannung 207 der Signalüberwachungseinrichtung 203 kann durch eine Spannungsquelle bereitgestellt werden. Die Spannungsquelle kann eine Batterie, einen Akkumulator und/oder ein Netzteil umfassen. Ferner kann die Versorgungsspannung 207 abschaltbar sein, wenn sich das digitale Bauelement 213 im Ruhezustand befindet.
Die Versorgungsspannung 211 des digitalen Bauelementes 213 kann durch eine weitere Spannungsquelle bereitgestellt werden. Die weitere Spannungsquelle kann eine Batterie, einen Akkumulator und/oder ein Netzteil umfassen. Ferner können die Versorgungsspannung 207 und die Versorgungsspannung 213 durch eine Spannungsquelle bereitgestellt werden. Die Versorgungsspannung 211 kann ferner eine permanente Versorgung sowohl im Aktiv- wie auch im Ruhezustand des digitalen Bauelementes 213 bereitstellen.
Die Ausgangssignale 217 können analoge und/oder digitale Ausgangssignale des digitalen Bauelementes 213 sein.
Mittels der Zustandsinformation 219 kann das digitale Bauelement 213 von einem Aktivzustand in einen Ruhezustand geschalten werden. Beispielsweise wird das digitale Bauelement 213 mittels eines Schaltelementes, wie ein Transistor, welches mittels der Zustandsinformation 219 schaltbar ist, von der Versorgungsspannung 211 getrennt.
Mittels des Schaltelementes 221 kann zwischen Signalhochpegel und dem Signalniederpegel des digitalen Ausgangssignales 215 umgeschaltet werden. Beispielsweise umfasst das Schaltelement 221 einen Schalter, wie einen Transistor, welcher im Aktivzustand des digitalen Bauelementes 213 geschlossen und im Ruhezustand des digitalen Bauelementes 213 offen ist.
Der Stromfluss 223 kann ein Stromabfluss aus der Amplitudenreduktionseinrichtung 205 sein, welcher zu einem Verbrauch von elektrischer Energie führt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Versorgungsspannung 207 derart ausgebildet sein, dass eine Versorgung nur im Aktivzustand stattfindet.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Versorgungsspannung 211 eine permanente Versorgung sowohl im Aktiv- wie auch im Ruhezustand bereitstellen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Stromfluss 223 einen Stromfluss im Aktivzustand umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Übermittlung des digitalen Ausgangssignals 215 an die Amplitudenreduktionsvorrichtung 205 einen Stromfluss im Aktivzustand umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform können die Ausgangssignale 217 über die Ausgänge Ausgang 1 und Ausgang 2 aus dem digitalen Bauelement 213 ausgegeben werden oder einen Ausgang 1 und einen Ausgang 2 umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das digitale Ausgangssignal 215 über einen Ausgang n aus dem digitalen Bauelement 213 ausgegeben werden oder einen Ausgang n umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Zustandsinformation 219 einen Aktivzustand und/oder einen Ruhezustand umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die reduzierte Amplitude 209 zur Spannungsmessung verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Überwachung der Versorgungsspannung 211 bei aktiver Signalüberwachungseinrichtung 203 oder bei einem aktiven Überwachungssystem an einem Digitalausgang vorgenommen werden, wenn dieser einen High-Pegel ausgibt. Ein eventuell vorhandener Spannungsabfall über dem Schaltelement 221 oder dem internen Schalter kann dabei berücksichtigt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Vorteil erreicht werden, dass bei inaktiver Signalüberwachungseinrichtung 203 oder einem inaktivem Überwachungssystem die Amplitudenreduktionseinrichtung 205 oder die Schaltung zur Spannungsanpassung automatisch im digitalen Bauelement 213 oder digitalen Baustein von der zur messenden Versorgungsspannung 211 abgetrennt werden kann, um Ruhestrom zu sparen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Vorteil erreicht werden, dass Fehler bei der Weiterleitung der Versorgungsspannung 211 innerhalb des Gehäuses, beispielsweise Defekte an einem Bonddraht, erkannt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform können Fehlfunktionen eines Power-Packs, beispielsweise einer Motorsteuerung oder Engine Control Unit (ECU) und eines Elektromotors (E-Motor), zu unerwünschten Zuständen führen. Daher kann es vorteilhaft sein, Fehlfunktionen mit ausreichender Güte entdecken zu können, und in Folge das Power-Pack abschalten zu können, bevor es zu unerwünschten Zuständen kommen kann.
Gemäß einer Ausführungsform können als Auslöser von Fehlfunktionen elektronische Bauteile gelten, die nicht mehr im spezifizierten Bereich mit Spannung versorgt werden, beispielsweise mit Über- oder Unterspannung. Daher können die Versorgungsspannungen überwacht werden. Oft kann es hierfür jedoch nötig sein, die zu messende Spannung über eine kleine elektronische Schaltung an den Messbereich des Überwachungssystems anzupassen. Eine solche Schaltung kann dabei auch immer Strom von der Versorgungsleitung abnehmen. Der Strom kann zwar durch geschickte Auswahl der Bauteile klein gehalten werden, aber bei Elektroniken, die auch im Ruhezustand permanent an einer Batterie betrieben werden oder betrieben werden können, kann er oft zu hoch sein. Es kann daher vorteilhaft sein, im Ruhezustand diesen Strom einzusparen und nur bei Bedarf die Schaltung zur Messbereichsanpassung zu betreiben.
Gemäß einer Ausführungsform kann direkt an der Versorgungspannung des zu überwachenden Bauteils gemessen werden und die Schaltung zur Messbereichsanpassung kann ausschließlich dann zugeschaltet werden, wenn auch das Überwachungssystem aktiv ist. Bei inaktivem Überwachungssystem kann die Schaltung zur Messbereichsanpassung von der zu messenden Versorgungsleitung abgetrennt und damit ein zu hoher Ruhestrom vermieden werden. Zur Abtrennung können hier kleine Transistoren oder ähnliche Halbleiter zum Einsatz kommen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Spannung nur bis zum Eingang in das digitale Bauelement oder das IC-Gehäuse gemessen werden. Bei Fehlfunktionen der Weiterleitung der Spannung im Gehäuse selbst, beispielsweise durch Defekte am Bonddraht, können diese nicht detektiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann zur Überwachung der Versorgungspannung nicht an der Versorgungsleitung gemessen werden, sondern an einem digitalen Ausgang des digitalen Bauelementes oder des zu überwachenden Bauteils, wenn dieser einen High-Pegel ausgibt. Dies kann möglich sein, wenn der High-Pegel direkt aus der Versorgungsspannung abgeleitet wird und der eventuell vorhandene Spannungsunterschied zwischen Versorgungsspannung und High-Pegel am Digitalausgang bekannt ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Schritt die Überwachung der Versorgungspannung nicht an der Versorgungsleitung sondern an einem digitalen Ausgang des digitalen Bauelementes oder des zu überwachenden Bauteils sein, wenn dieser einen High-Pegel ausgibt. Im Fall dass der vorhandene Spannungsunterschied zwischen Versorgungsspannung und High-Pegel am Digitalausgang bekannt ist, kann die Versorgungsspannung überwacht werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, zur Spannungsüberwachung einen der digitalen Ausgänge 215, 216 oder 217 zu benutzen, der automatisch hochohmig geschaltet wird, beispielsweise in den ‚Tri-State‘-Zustand, sobald das Überwachungssystem nicht mehr aktiv ist bzw. sich die Elektronik im Ruhezustand befindet. Damit kann die oben beschriebene Schaltung zur Messbereichsanpassung nicht abschaltbar ausgestaltet sein und es entfällt damit auch die Ansteuerung des Schalters. Dies kann vorteilhaft sein, denn die Schaltung zur Messbereichsanpassung trägt bei inaktivem Überwachungssystem bzw. im Ruhezustand nicht mehr zum Ruhestrom bei.
Gemäß einer Ausführungsform kann mit der Messung an einem Ausgang die Möglichkeit geschaffen werden, Fehler in der Weiterleitung der Spannung innerhalb des Gehäuses festzustellen, beispielsweise Defekte am Bonddraht. Damit kann eine Unterversorgung des digitalen Bauelementes oder des ICs erkannt werden, obwohl am Spannungseingang eine ausreichende Spannung anliegt.
Bezugszeichenliste

100: Anordnung zur Überwachung einer Versorgungsspannung an einem digitalen Bauelement
101: Überwachungssystem
103: Zustandsinformation
105: Stromfluss
107: Versorgungsspannung
109: Digitales Bauelement
111: Ausgangssignal
113: Zustandsinformation
200: Anordnung zur Überwachung einer Versorgungsspannung an einem digitalen Bauelement
201: Überwachungssystem
203: Signalüberwachungseinrichtung
205: Amplitudenreduktionseinrichtung
207: Versorgungsspannung
209: Reduzierte Amplitude
211: Versorgungsspannung
213: Digitales Bauelement
215: Digitales Ausgangssignal
217: Ausgangssignal
219: Zustandsinformation
221: Schaltelement
223: Stromfluss

Claims

Überwachungssystem (201) zur Überwachung einer Versorgungsspannung (211) an einem digitalen Bauelement (213), wobei das digitale Bauelement (213) einen digitalen Ausgang (215) zur Ausgabe eines digitalen Ausgangssignals umfasst, wobei das digitale Ausgangssignal einen Signalhochpegel und einen Signalniederpegel aufweist, und wobei das Überwachungssystem (201) eine Signalüberwachungseinrichtung (203) umfasst, welche mit dem digitalen Ausgang (215) des digitalen Bauelements (213) elektrisch koppelbar und ausgebildet ist, eine Amplitude des digitalen Ausgangssignals (215) bei Vorliegen des Signalhochpegels zu messen, um einen Amplitudenmesswert zu erhalten, und um die Versorgungsspannung (211) auf der Basis des Amplitudenmesswertes zu überwachen.
Überwachungssystem (201) nach Anspruch 1, wobei die Signalüberwachungseinrichtung (203) ausgebildet ist, den Amplitudenmesswert mit zumindest einem Amplitudenwert zu vergleichen, um die Versorgungsspannung (211) zu überwachen.
Überwachungssystem (201) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signalüberwachungseinrichtung (203) ausgebildet ist, das digitale Ausgangssignal digital auszuwerten, um den Signalhochpegel digital zu detektieren, und um die Messung der Amplitude des digitalen Ausgangssignals ansprechend auf die digitale Detektion des Signalhochpegels durchzuführen.
Überwachungssystem (201) nach Anspruch 3, wobei die Signalüberwachungseinrichtung (203) ausgebildet ist, zur Auswertung des digitales Ausgangssignals einen Pegel eines Signalbits an einer vorbestimmten Position innerhalb des digitalen Ausgangssignals oder einen Pegel eines Prüfbits, insbesondere eines Checksum-Bits, digital auszuwerten.
Überwachungssystem (201) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner eine Amplitudenreduktionseinrichtung (205) umfasst, um die Amplitude des digitalen Ausgangssignals zu reduzieren, und wobei die Signalüberwachungseinrichtung (203) ausgebildet ist, den Amplitudenmesswert des digitalen Ausgangssignals durch eine Messung der reduzierten Amplitude des digitalen Ausgangssignals zu bestimmen.
Überwachungssystem (201) nach Anspruch 5, wobei die Amplitudenreduktionseinrichtung (205) ein passiver Signalteiler, insbesondere ein passiver Spannungsteiler, ist.
Überwachungssystem (201) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Signaleingang der Signalüberwachungseinrichtung (203) mit dem digitalen Ausgang (215) des digitalen Bauelements (213) elektrisch verbindbar ist, oder wobei die Signalüberwachungseinrichtung (203) ein Koppelelement, insbesondere einen Operationsverstärker, zum hochohmigen Auskoppeln des digitalen Ausgangssignals umfasst, um eine elektrische Belastung des digitalen Ausgangs zu reduzieren.
Überwachungssystem (201) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das digitale Bauelement (213) ausgebildet ist, den digitalen Ausgang (215) in einen hochohmigen Zustand zu versetzen, und wobei die Signalüberwachungseinrichtung (203) ausgebildet ist, bei Vorliegen des hochohmigen Zustandes des digitalen Ausgangs (215) in einen Ruhezustand zu übergehen.
Elektrisches Steuerungssystem für eine Kraftfahrzeugkomponente, mit: einem digitalen Bauelement (213) mit einem Eingang zum Empfangen eines Zustandssignals der Kraftfahrzeugkomponente, und mit einem digitalen Ausgang (215) zur Ausgabe eines digitalen Ausgangssignals ansprechend auf den Empfang des Zustandssignals, wobei das digitale Ausgangssignal einen Signalhochpegel und einen Signalniederpegel aufweist; und dem Überwachungssystem (201) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Überwachung einer Versorgungsspannung (211) an dem digitalen Bauelement (213), wobei die Signalüberwachungseinrichtung (203) mit dem digitalen Ausgang des digitalen Bauelements (213) elektrisch gekoppelt und ausgebildet ist, eine Amplitude des digitalen Ausgangssignals bei Vorliegen des Signalhochpegels zu messen, um einen Amplitudenmesswert zu erhalten, und um die Versorgungsspannung (211) auf der Basis des Amplitudenmesswertes zu überwachen.
Elektrisches Steuerungssystem nach Anspruch 9, wobei das digitale Bauelement ausgebildet ist, die Amplitude des digitalen Ausgangssignals in Abhängigkeit von einer Amplitude der Versorgungsspannung (211) auszugeben.
Elektrisches Steuerungssystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Kraftfahrzeugkomponente eine Kraftfahrzeuglenkung oder ein Elektromotor, insbesondere ein Elektromotor einer Kraftfahrzeuglenkung, ist.
Verfahren zum Überwachen einer Versorgungsspannung (211) an einem digitalen Bauelement (213), wobei das digitale Bauelement (213) einen digitalen Ausgang (215) zur Ausgabe eines digitalen Ausgangssignals umfasst, und wobei das digitale Ausgangssignal einen Signalhochpegel und einen Signalniederpegel aufweist, mit: Messen der Amplitude des digitalen Ausgangssignals bei Vorliegen des Signalhochpegels, um einen Amplitudenmesswert zu bestimmen; und Überwachen der Versorgungsspannung (211) auf der Basis des Amplitudenmesswertes.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Amplitudenmesswert mit zumindest einem Amplitudenwert verglichen wird, um die Versorgungsspannung (211) zu überwachen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das digitale Ausgangssignal digital ausgewertet wird, insbesondere wobei ein Signalbit an einer vorbestimmten Position innerhalb des digitalen Ausgangssignales digital ausgewertet wird, um den Signalhochpegel digital zu detektieren, und um die Amplitude des digitalen Ausgangssignals ansprechend auf die digitale Detektion des Signalhochpegels zu messen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Amplitude des digitalen Ausgangssignales reduziert wird, und wobei der Amplitudenmesswert des digitalen Ausgangssignales durch Messen der reduzierten Amplitude des digitalen Ausgangssignales bestimmt wird.