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Verschiedene Ausführungsformen betreffen allgemein Lichtmaschinensteuereinrichtungen, zum Beispiel Automobillichtmaschinensteuereinrichtungen, und Systeme und Verfahren zur Kommunikation mit einer Lichtmaschinensteuereinrichtung.
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Ein Lichtmaschinenregler kann die Ausgangsspannung einer Lichtmaschine zum Beispiel durch das Steuern des Stroms durch die Spule des Rotors der Lichtmaschine steuern oder regeln.
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Einfache Lichtmaschinenregler können ein Lampensignal am Armaturenbrett ausgeben und können einer Motorsteuereinheit (engine control unit, ECU) ein den Rotorstrom wiedergebendes Feld-Monitor(field monitor, FM)-Signal bereitstellen. Lichtmaschinenregler des oberen Leistungsbereichs können eine Kommunikationsschnittstelle, wie etwa ein lokales Zwischennetzwerk (local interconnect network, LIN), das ein einadriger Bus-Sender und - Empfänger ist, zur Kommunikation mit der Motorsteuereinheit aufweisen.
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Sowohl einfache Lichtmaschinenregler als auch die des oberen Leistungsbereichs können kleine Ein-Chip-Systeme (systems-on-a-chip, SoC) sein. Standardparameter können auf dem Chip gespeichert sein, passend zu den Steuercharakteristika des Lichtmaschinenreglers zu der Lichtmaschine, dem Motor und den fahrzeugseitigen elektrischen Lasten. Lichtmaschinenregler des oberen Leistungsbereichs können einen nichtflüchtiger Speicher (non-volatile memory, NVM), wie zum Beispiel einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM, E2 PROM) bereitstellen, um die Parameter zu speichern. Die maximale Datenrate von 19,2 kbits/s der LIN-Schnittstelle kann jedoch zu inakzeptablen langen Zeiten für einen Test oder eine Programmierung des Wechselreglers führen. Bei einfachen Lichtmaschinenreglern können die Parameter mithilfe von Drahtbonding eingestellt werden, wenn der Lichtmaschinenregler als Nacktchip geliefert wird. Dies ist jedoch nicht möglich, wenn der Lichtmaschinenregler in einem Package geliefert wird. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass einfache Lichtmaschinenregler auch mithilfe von NVM ausgebildet sein können.
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Die Lichtmaschinenregler-Packages können eine begrenzte Anzahl von Pins (oder Anschlüssen) aufweisen, zum Beispiel einen Pin „BA“ für Batterie/Lichtmaschinenspannung, einen Pin „GND“ für Erdungspotential, einen oder zwei Pins „PH1, PH2“, die mit den jeweiligen Spulen des Stators der Lichtmaschine verbunden sind, einen Pin „LT“ zur Ausgabe eines Lampensignals, einen Pin „RVS“ für eine Regelungsspannungsauswahl, einen Pin „EXC“ zur Ausgabe eines Erregungsstroms an die Rotorspule und einen Pin „FM“ für das Feld-Monitor-Signal von einfachen Lichtmaschinenreglern oder einen Pin „LIN“ für das lokale Zwischennetzwerk für Lichtmaschinenregler des oberen Leistungsbereichs. Aus Kostengründen ist es wünschenswert, die Anzahl der Pins nicht zu erhöhen.
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Aufgrund der kleinen Anzahl von verfügbaren Pins ist es nicht möglich, eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle, wie etwa ein Steuereinrichtungsnetzwerk (Controller Area Network, CAN) oder einen seriellen peripheren Schnittstellenbus (Serial Peripheral Interface Bus, SPI) zu implementieren. Es ist jedoch wünschenswert, eine schnelle Schnittstelle sowohl für einfache Lichtmaschinensteuereinrichtungen als auch für die des oberen Leistungsbereichs bereitzustellen.
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Druckschrift
DE 195 27 982 A1 offenbart einen Elektromotor mit einem Permanentmagnet-Rotor und einer Vorrichtung zur Rotorlage-, Drehzahl- und/oder Drehrichtungserkennung mit mindestens einem Sensor. In dem Elektromotor ist der Verdrahtungs- und der Montageaufwand dadurch reduziert, dass der Sensor über zwei Versorgungsleitungen mit der Spannungsquelle elektrisch verbunden ist und dass die Sensorsignale über die beiden Versorgungsleitungen des Sensors übertragen werden.
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Druckschrift
DE 198 35 377 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehstellung, Drehzahl und/oder Drehrichtung des Rotors eines insbesondere elektronisch kommutierten Elektromotors, mit mindestens zwei in Drehrichtung des Rotors versetzt angeordneten Drehstellungssensoren, deren Ausgänge mit einer Auswerteschaltung verbunden sind, wobei zur Verringerung des Verdrahtungs- und damit des Montageaufwandes die Ausgänge der Drehstellungssensoren mit der Auswerteschaltung über gemeinsame Verbindungsleitungen verbunden sind und die Drehstellungssensoren mit Mitteln zum Beeinflussen der von den Drehstellungssensoren abgegebenen Drehstellungssignale versehen sind, derart, dass die Summe dieser Signale in Abhängigkeit vom Phasenwinkel keine Mehrdeutigkeiten aufweist.
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Druckschrift
US 5,473,635 A offenbart eine Datenkommunikationsschaltung umfassend eine Slave-Vorrichtung, einer Master-Vorrichtung und einem Zweidrahtbus, wobei die Master-Vorrichtung eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Drähten erzeugt, um die Slave-Vorrichtung mit Strom zu versorgen. Die Slave-Vorrichtung umfasst einen Impulsdecoder zur Erfassung der Impulse und zur Erzeugung eines Synchronisationssignals bei der Erfassung jedes Impulses. Die Master-Vorrichtung umfasst auch eine Impulssteuerungsschaltung, um die Impulserzeugungsschaltung zu veranlassen, eine Reihe von Datenimpulsen mit demselben Zustand zu erzeugen, wenn die digitalen Informationen aus der Slave-Vorrichtung gelesen werden. Darüber hinaus umfasst die Slave-Vorrichtung ferner eine Schaltung zum Ändern des Zustands ausgewählter Datenimpulse in der Reihe in Reaktion auf die zu lesenden digitalen Informationen.
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Druckschrift
US 7,028,105 B2 offenbart eine Schaltung, Vorrichtung, Verfahren und Signalsatz zum Senden und Steuern eines bidirektionalen Datenflusses zwischen einem Mikroprozessor und einem Peripheriegerät mit einer standardmäßigen UART-basierten, SPI-basierten oder ähnlichen Schnittstelle über eine einzige Eingangs-/Ausgangs-Anschlussleitung, unter Ausnutzung der Unterschiede der momentanen Quellenimpedanz der E/A-Anschlussleitung, die mit Dateneingangs- und Datenausgangszuständen arbeitet. Schaltung, Vorrichtung, Verfahren und Signalsatz zum Trennen der 1-Draht-Daten in standardmäßige 2-Draht- und 3-Draht-Schnittstellen auf UART-Basis, SPI-Basis oder ähnliche Schnittstellen zur Verwendung mit nicht modifizierten Peripheriegeräten. Der Austausch von Daten auf bitweiser oder analoger Basis mit unbedeutender Rücklaufverzögerung ermöglicht einen von jedem Signalisierungsprotokoll unabhängigen Betrieb.
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Druckschrift
US 7,016,770 B2 offenbart eine Verwendung einer ersten Kodier- oder Dekodierregel für einen Normalbetrieb und einer zweiten Kodier- oder Dekodierregel für einen Sonderbetrieb. Dies bietet die Möglichkeit, Daten zwischen verschiedenen in einem Kraftfahrzeug angeordneten Satellitengeräten und einer z.B. im Zentralbereich des Kraftfahrzeugs angeordneten Auswerteeinheit auch dann schnell zu übertragen, wenn der Datenbus eines Übertragungskanals CAN extern, z.B. durch einen Verkehrsunfall, kurzgeschlossen ist, d.h. der Datenbus BUS L und der Datenbus BUS H mit Masse oder mit einer Batterie verbunden sind.
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Gemäß einer Ausführungsform wird hierin eine Lichtmaschinensteuereinrichtung gemäß des angehängten Anspruchs 1 beschrieben.
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In einer Ausgestaltung kann die Parallelsignale drei Signale aufweisen, wobei die drei Signale als Signale Clock, Serial-Out und Chip-Select einer seriellen peripheren Schnittstelle ausgebildet sind; und wobei die Lichtmaschinensteuereinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Signal, das als ein Signal Serial-In der seriellen peripheren Schnittstelle ausgebildet ist, am Ausgangsanschluss anzulegen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird hierin ein System gemäß des angehängten Anspruchs 3 beschrieben.
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In einer Ausgestaltung kann die Lichtmaschinensteuereinrichtung dazu ausgebildet sein, ein Signal, das als Signal Serial-In einer seriellen peripheren Schnittstelle ausgebildet ist, am Anschluss anzulegen; und das Gerät kann dazu ausgebildet sein, das Signal Serial-In zu empfangen. In noch einer Ausgestaltung kann der Codierer dazu ausgebildet sein, ein Parallelsignal in ein mehrwertiges Signal umzuwandeln; und der Decodierer kann dazu ausgebildet sein, das mehrwertige Signal in ein Parallelsignal umzuwandeln. In noch einer Ausgestaltung kann das Parallelsignal die Signale Clock, Serial-Out und Chip-Select einer seriellen peripheren Schnittstelle aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann der Codierer eine softwaregesteuerte Spannungsquelle aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das mehrwertige Signal ein vierwertiges Spannungssignal sein. In noch einer Ausgestaltung kann der Decodierer eine Vielzahl von Komparatoren aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das Gerät mindestens eines sein aus: einem Testsignalgenerator, der dazu ausgebildet ist, Testdaten an den Lichtmaschinenregler zu senden und Testergebnisse vom Lichtmaschinenregler zu empfangen; einem Programmiergerät, das dazu ausgebildet ist, den Lichtmaschinenregler zu programmieren; und einer Motorsteuereinheit.
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Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform wird hierin ein Verfahren zur Kommunikation mit einem Lichtmaschinenregler gemäß Anspruch 10 beschrieben.
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In einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Codieren von Signalen einer seriellen peripheren Schnittstelle zu dem mehrwertigen Signal. In noch einer Ausgestaltung kann die Signale der seriellen peripheren Schnittstelle die Signale Clock, Serial-Out und Chip-Select sein; und das mehrwertige Signal kann ein vierwertiges Signal sein. In noch einer Ausgestaltung kann das Codieren der Signale Clock, Serial-Out und Chip-Select zu einem vierwertigen Signal das Steuern einer Spannungsquelle durch Software aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Übertragen eines Serial-In-Signals der seriellen peripheren Schnittstelle durch den Lichtmaschinenregler. In noch einer Ausgestaltung kann das Signal Serial-In übertragen werden über mindestens einem aus: einem Anschluss des lokalen Zwischennetzwerkes des Lichtmaschinenreglers; und einem Feld-Monitor-Anschluss des Lichtmaschinenreglers. In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Prüfen einer Funktionalität des Lichtmaschinenreglers durch Verwendung des mehrwertigen Signals zur Kommunikation von Testsignalen. In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Programmieren des Lichtmaschinenreglers durch Verwendung des mehrwertigen Signals zur Kommunikation von Programmierdaten.
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In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen in all den verschiedenen Ansichten grundsätzlich dieselben Teile. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, der Schwerpunkt wurde stattdessen grundsätzlich auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung gelegt. In den Zeichnungen können die ganz links stehenden Ziffer(n) eines Bezugszeichens die Zeichnung, in der das Bezugszeichen zuerst erscheint, bezeichnen.
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Dieselben Zahlen können überall in den Zeichnungen verwendet werden, um gleiche Merkmale und Komponenten aufeinander zu beziehen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
- 1 eine Ausführungsform einer Lichtmaschinensteuereinrichtung;
- 2 eine Ausführungsform eines Systems zur Kommunikation mit einer Lichtmaschinensteuereinrichtung;
- 3 eine Ausführungsform von Diagrammen mit Wellenformen von Signalen, die zur Kommunikation mit einer Lichtmaschinensteuereinrichtung geeignet sind; und
- 4 eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Kommunikation mit einer Lichtmaschinensteuereinrichtung.
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Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, die spezifische Details und Ausführungsformen, in denen die Erfindung ausgeführt sein kann, zur Veranschaulichung zeigen.
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Unter dem Wort „beispielhaft“ wird hierin „als Beispiel, Fall oder Veranschaulichung dienend“ verstanden. Eine Ausführungsform oder Konstruktion, die hierin als „beispielhaft“ beschrieben wird, ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Konstruktionen aufzufassen.
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1 zeigt eine Ausführungsform 100 einer Lichtmaschinensteuereinrichtung (auch als Lichtmaschinenregler oder Spannungsregler oder Spannungssteuereinrichtung bekannt) 102 . Die Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 kann eine Spannung in einem System aus einer Lichtmaschine, einer Batterie und elektrischen Lasten steuern oder regeln. Die Lichtmaschine kann zum Beispiel durch einen Verbrennungsmotor angesteuert werden, um elektrische Leistung zum Laden der Batterie bereitzustellen und um den elektrischen Lasten Energie bereitzustellen.
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Die Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 kann in einem Package bereitgestellt sein, d. h. der Chip-Die kann mit einem Leitungsrahmen elektrisch verbunden und eingekapselt sein. Er kann nur durch die Pins (oder Anschlüsse) des Leitungsrahmens zugänglich sein.
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Die Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 kann mindestens einen Eingangsanschluss enthalten, auch wenn 1 nur einen Eingangsanschluss 104 darstellt. Der Eingangsanschluss 104 kann dazu ausgebildet sein, an eine Spule eines Stators der Lichtmaschine gekoppelt zu werden. Er kann dazu ausgebildet sein, ein Signal von einer der Spulen (oder Phasen) des Stators der Lichtmaschine zu messen, aus dem die Lichtmaschinenrotordrehzahl und die Statorspannung bestimmt werden können. Der Eingangsanschluss 104 kann der im Abschnitt Hintergrund beschriebene Phasenanschluss PH1 oder PH2 sein.
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Der Eingangsanschluss 104 kann eine hohe Impedanz aufweisen. Folglich wird ein an den Eingangsanschluss 104 angelegtes Signal nicht wesentlich verändert, da es zum Beispiel durch die Elektronik oder elektrische Lasten im Innern der Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 , die mit dem Eingangsanschluss 104 verbunden sind, nicht belastet wird. Die Werte eines mehrwertigen an den Eingangsanschluss 104 angelegten Signals sind deshalb einfach voneinander zu unterscheiden, da das mehrwertige Signal nicht übermäßig belastet wird.
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Während ein binäres Signal, das ein zweiwertiges Signal ist, gegenüber Belastung robust sein kann, d. h. es kann noch immer möglich sein zwischen den zwei Werten zu unterscheiden, wenn das binäre Signal belastet wird, kann das Unterscheiden der Werte eines mehrwertigen Signals mit drei oder vier oder mehr Werten schwieriger sein, wenn das mehrwertige Signal belastet wird. Der Phasenanschluss PH1 kann eine hohe Impedanz aufweisen, damit die Phasenspannung genau gemessen werden kann.
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Andere Anschlüsse oder Pins der Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 , die im Abschnitt Hintergrund beschrieben werden, brauchen keine hohe Impedanz aufzuweisen. Sie können deshalb ein mehrwertiges Signal, das angelegt wird, belasten. Die Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 kann jedoch auch einen weiteren Eingangsanschluss PH2 aufweisen, der in gleicher Weise wie der Eingangsanschluss 104 ausgebildet sein kann. Ein weiterer Eingangsanschluss PH2 kann zum Messen eines Signals von einer weiteren der Phasen des Stators der Lichtmaschine ausgebildet sein. Er kann eine hohe Impedanz aufweisen. Einer von Eingangsanschluss PH1 und weiterem Eingangsanschluss PH2 kann zum Messen der Phase eines Stators verwendet werden, und der jeweils andere kann zum Anlegen des mehrwertigen Signals verwendet werden. Alternativ kann jeweils ein mehrwertiges Signal an den Eingangsanschluss PH1 und an den weiteren Eingangsanschluss PH2 angelegt werden.
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Die Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 kann eine Schnittstellenschaltung 106 (oder Decodierer) enthalten. Die Schnittstellenschaltung 106 kann an den Eingangsanschluss 104 gekoppelt sein. Mit anderen Worten, der Eingangsanschluss 104 kann ein Eingang 105 der Schnittstellenschaltung 106 sein. Die Schnittstellenschaltung 106 kann dazu ausgebildet sein, ein mehrwertiges Signal PH, das an den Eingangsanschluss 104 angelegt wird, in Parallelsignale 108 umzuwandeln. Ein Parallelsignal kann Signale gleichzeitig über mehr als einen elektrischen Leiter, Anschluss oder Pin kommunizieren.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 ferner einen Ausgangsanschluss (oder einen E/A-Pin) 110 enthalten. Der Ausgangsanschluss 110 kann ein Anschluss (oder Pin) eines lokalen Zwischennetzwerkes (LIN) eines Lichtmaschinenreglers des oberen Leistungsbereichs sein. Es kann auch ein Feld-Monitor(FM)-Anschluss (oder Pin) einer einfachen Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 sein. Ein Ausgang 107 der Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 kann an den Ausgangsanschluss 110 angelegt werden. Ein serieller peripherer Schnittstellenbus (SPI, auch synchrone serielle Schnittstelle SSI genannt) kann vier Leitungen (oder Adern) aufweisen, die einen Slave und einen Master verbinden können. Ein Slave kann drei Eingangsleitungen aufweisen, eine für das Signal „Clock“ CLK (auch als Serial-Clock SCLK, SCK bekannt), das Signal „Serial-Out“ SO (auch bekannt als Master-Output-Slave-Input MOSI, SIMO, „Serial-Data-Out“ SDO, Data-Out DO, Master-Transmit-Slave-Receive MTSR), und das Signal „Chip-Select“ CS (auch bekannt als Slave-Select SS, „Slave-Transmit-Enable“ STE). Die drei Eingangsleitungen des Slave können drei Ausgangsleitungen des Masters bilden. Ein Slave kann eine Ausgangsleitung für das Signal „Serial-In“ SI (auch bekannt als Master-In-Slave-Output MISO) aufweisen. Die Ausgangsleitung des Slave kann die Eingangsleitung des Master bilden. Der serielle periphere Schnittstellenbus ist ein synchroner serieller Bus, und die Datenrate kann durch die Frequenz des Taktes CLK eingestellt werden. Vollduplexkommunikation zwischen Master und Slave ist möglich.
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In verschiedenen Ausführungsformen können die durch die Schnittstellenschaltung 106 umgewandelten Parallelsignale 108 als Signale Clock (CLK), Serial-Out (SO) und Chip-Select (CS) eines seriellen peripheren Schnittstellenbusses ausgebildet sein. Ein an den Ausgangsanschluss 110 angelegtes Signal kann als Signal Serial-In (SI) des seriellen peripheren Schnittstellenbusses ausgebildet sein. Die Parallelsignale 108 und das Signal am Ausgangsanschluss 110 können somit die vier Leitungen darstellen, die für einen seriellen peripheren Schnittstellenbus erforderlich sind und können unter Verwendung des seriellen peripheren Schnittstellenprotokolls zur Kommunikation mit der Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 verwendet werden.
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2 zeigt eine Ausführungsform 200 eines Systems zum Beispiel zur Kommunikation mit einer Lichtmaschinensteuereinrichtung 102. Das System kann ein Gerät 202 und eine Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 enthalten. Das Gerät 202 kann einen Codierer 204 enthalten. Die Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 kann dieselbe wie in Verbindung mit 1 beschrieben sein, so dass die dort beschriebenen Merkmale auch hier gelten und umgekehrt. Sie kann einen Decodierer (oder eine Schnittstellenschaltung) 106 enthalten. Der Codierer 204 und der Decodierer 106 können über mindestens einen Phasenanschluss (oder Eingangsanschluss) 104 der Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 gekoppelt sein. Mit anderen Worten, eine Ader (oder Leitung) kann einen Ausgang 205 des Codierers 204 mit dem mindestens einen Phasenanschluss 104 verbinden. Der mindestens eine Phasenanschluss 104 kann mit einem Eingang 105 des Decodierers 106 verbunden sein. Es wird zwar nur ein Phasenanschluss 104 gezeigt, aber das Gerät 202 und die Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 können auch über zwei Phasenanschlüsse PH1, PH2 kommunizieren.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Codierer 204 dazu ausgebildet sein, ein Parallelsignal 206 in ein mehrwertiges Signal PH umzuwandeln. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Parallelsignal 206 drei Parallelsignale enthalten. Das Parallelsignal 206 kann die Signale Clock CLK, Serial-Out SO und Chip-Select CS einer seriellen peripheren Schnittstelle 214 sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann das mehrwertige Signal PH ein vierwertiges Signal, zum Beispiel ein Spannungssignal, sein. Das mehrwertige Signal PH kann jedoch auch eine unterschiedliche Anzahl von verschiedenen Werten, zum Beispiel drei oder fünf oder mehr, aufweisen. Die Anzahl der verschiedenen Werte kann von der Anzahl der für die Kommunikation verwendeten Phasenanschlüsse 104 abhängen. Wenn zwei Phasenanschlüsse 104 für die Kommunikation verwendet werden, kann die Anzahl der Werte zum Beispiel drei sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Codierer 206 eine softwaregesteuerte Spannungsquelle enthalten. Zum Beispiel kann der Codierer 206 eine Spannungsquelle sein, die programmiert ist, verschiedene Spannungspegel, zum Beispiel vier Spannungspegel, abhängig vom Zustand der Signale CLK, SO und CS auszugeben. Die Signale CLK, SO und CS können durch eine Geräteschaltung 210 ausgegeben werden. Die Geräteschaltung 210 kann eine beliebige Art von Schaltung mit einer seriellen peripheren Schnittstelle sein. Die Software kann verwendet werden, um den Zustand der Signale CLK, SO und CS zu verbinden, um ein Steuersignal für die Spannungsquelle zu bilden. Alternativ kann der Codierer 206 miteinander in Reihe gekoppelte Spannungsquellen enthalten, die mittels Schalter aktiviert werden. Die Schalter können durch den Zustand der Signale CLK, SO und CS gesteuert werden. Software oder eine Logikschaltung können verwendet werden, um die Zustände der Signale CLK, SO und CS zu Steuersignalen für die Schalter zu kombinieren. Die Diagramme 302 und 310 der 3 zeigen ein Beispiel, wie die durch das Gerät 202 ausgegebenen Signale CLK, SO und CS kodiert werden können, um ein vierwertiges Signal PH zu erhalten.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Decodierer 104 dazu ausgebildet sein, das mehrwertige Signal PH in ein Parallelsignal 108 umzuwandeln. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Parallelsignal 108 drei Parallelsignale enthalten. Die Parallelsignale 108 können die Signale Clock CLK, Serial-Out SO und Chip-Select CS einer seriellen peripheren Schnittstelle 212 sein. Die serielle periphere Schnittstelle 212 kann Teil der Reglerschaltung 208 sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Decodierer 106 eine Vielzahl von Komparatoren enthalten. Zum Beispiel kann ein vierwertiges Signal PH von drei Komparatoren decodiert werden. Die Diagramme 310 und 320 der 3 zeigen ein Beispiel, wie das vierwertige Signal PH durch drei Komparatoren decodiert werden kann. Der Ausgang der Komparatoren kann zum Beispiel durch Software oder durch eine Logikschaltung weiter verarbeitet werden, um die Signale CLK, SO und CS zu erhalten, siehe Diagramm 330 der 3 .
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In verschiedenen Ausführungsformen können Gerät 202 und Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 ferner über einen Anschluss, zum Beispiel über einen Ausgangsanschluss oder E/A-Pin oder E/A-Anschluss, 110 der Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 gekoppelt sein. Die Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 kann einen Ausgang 107 am Ausgangsanschluss 110 anlegen. Der Ausgangsanschluss 110 kann an die Reglerschaltung 208 gekoppelt sein, zum Beispiel ohne durch den Decodierer 106 hindurchzuführen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Ausgangsanschluss 110 der Lichtmaschinensteuereinrichtung 102 ein Anschluss des lokalen Zwischennetzwerkes (LIN) oder ein Feld-Monitor(FM)-Anschluss sein. Das Gerät 202 kann einen Eingang 207 aufweisen, der direkt an den Ausgangsanschluss 110 , zum Beispiel über eine Ader, gekoppelt sein kann. Der Eingang 207 kann an die Geräteschaltung 210 gekoppelt sein, zum Beispiel ohne durch den Codierer 204 hindurchzuführen. Mit anderen Worten, die Geräteschaltung 210 und die Reglerschaltung 208 können über den Ausgangsanschluss 110 direkt miteinander verbunden sein, ohne durch den Codierer 204 oder den Decodierer 106 hindurchzuführen.
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Die Geräteschaltung 210 kann eine SPI-Busschnittstelle 214 aufweisen. Die Reglerschaltung 208 kann eine SPI-Busschnittstelle 212 aufweisen. Parallelsignale 206 , zum Beispiel die drei Signale CLK, SO und CS der SPI-Busschnittstelle 214 , können durch den Codierer 204 zu einem vierwertigen Signal PH codiert werden. Das vierwertige Signal PH kann über einen Eingang mit hoher Impedanz, zum Beispiel einen zur Messung eines Phasensignals der Lichtmaschine verwendeten Anschluss (oder Pin) 104 , zum Decodierer 106 übertragen werden. Nach der Übertragung kann das vierwertige Signal PH durch den Decodierer 106 zu Parallelsignalen 108 decodiert werden, zum Beispiel zu den drei Signalen CLK, SO und CS der SPI-Busschnittstelle 212 . Ein Ausgangsanschluss (oder Pin) 110 des Lichtmaschinenreglers 102 , wie etwa der Anschluss (oder Pin) FM für einen einfachen Lichtmaschinenregler oder Anschluss (oder Pin) LIN für einen Lichtmaschinenregler des oberen Leistungsbereichs, kann dazu verwendet werden, das Signal Serial-In SI vom Lichtmaschinenregler 102 an das Gerät 202 zu übertragen. Das Signal Serial-In SI braucht nicht codiert und decodiert zu werden; es kann unverändert übertragen werden. Mit anderen Worten, das Signal SI der SPI-Busschnittstelle 212 kann direkt als Signal SI der SPI-Busschnittstelle 214 übertragen werden.
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Die SPI-Busschnittstelle 212 und die SPI-Busschnittstelle 214 können als Teil desselben SPI-Busses betrachtet werden, wobei die Geräteschaltung 210 der Master und die Reglerschaltung 208 der Slave des SPI-Busses sind. Die Signale CLK, SO und CS des SPI-Busses können zu dem vierwertigen Signal PH codiert werden, so dass sie über nur einen Anschluss (oder Pin) 104 übertragen werden können. Auf diese Weise wird eine Schnittstelle gebildet, die nur zwei Adern (oder Leitungen) 216 aufweist. Nur zwei Pins (Eingangspin 104 und Ausgangspin 110) des Lichtmaschinenreglers 102 sind für eine SPI-Bus-Kommunikation erforderlich. Der Lichtmaschinenregler 102 kann in einem Package sein, und obwohl er nur durch seine Pins zugänglich ist, ist er doch für SPI-Buskommunikation offen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Gerät 202 ein Testsignalgenerator sein. Der Testsignalgenerator kann dazu ausgebildet sein, Testdaten (oder Testmuster) über die aus dem Eingangspin 104 und dem Ausgangspin 110 bestehende Schnittstelle 216 an den Lichtmaschinenregler 102 zu senden. Die Geräteschaltung 210 kann einen Mustergenerator enthalten, der Testmuster erzeugen und am SPI-Bus 214 bereitstellen kann. Die Testmuster können durch den Codierer 204 codiert werden und können über die Schnittstelle 216 übertragen werden. Sie können durch den Lichtmaschinenregler 102 empfangen werden und können durch den Decodierer 106 decodiert werden. Der Lichtmaschinenregler 102 kann die Testdaten verarbeiten, zum Beispiel durch die Reglerschaltung 208 , und kann ein Testergebnis an der Schnittstelle 212 bereitstellen. Der Testsignalgenerator kann das Testergebnis vom Lichtmaschinenregler 102 empfangen und kann bewerten, ob der Lichtmaschinenregler 102 (oder die Reglerschaltung 208) richtig arbeitet. Die Datenrate des SPI-Busses 212 , 214 kann hoch genug gewählt werden, um einen vollständigen und schnellen Test des Lichtmaschinenreglers 102 zu erlauben.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Gerät 202 ein Programmiergerät sein. Das Programmiergerät 202 kann dazu ausgebildet sein, den Lichtmaschinenregler 102 zu programmieren, zum Beispiel um Parameter der Reglerschaltung 208 einzustellen. Die Parameter können in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden, der zum Beispiel auf der Reglerschaltung 208 angeordnet sein kann. Die Datenrate des SPI-Busses 212 , 214 kann hoch genug gewählt werden, so dass alle Parameter des Lichtmaschinenreglers 102 in kurzer Zeit programmiert werden können.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Gerät 202 eine Motorsteuereinheit (ECU) sein. Die Motorsteuereinheit kann mit dem Lichtmaschinenregler 102 unter Verwendung der SPI-Schnittstelle 212 , 214 kommunizieren.
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Der Lichtmaschinenregler 102 kann einen Schalter enthalten, der an den Eingangsanschluss 102 gekoppelt ist. In einer ersten Position kann der Schalter den Eingang 105 an den Codierer 106 koppeln, wie es oben beschrieben wurde. Der Lichtmaschinenregler 102 kann dann mit dem Gerät 202 kommunizieren. In einer zweiten Position kann der Schalter den Eingang 105 direkt an die Reglerschaltung 208 koppeln. Der Decodierer 106 kann umgangen werden. Die Phase des Stators der Lichtmaschine kann gemessen werden, um zum Beispiel die Lichtmaschinenrotordrehzahl und die Statorspannung zu ermitteln. In diesem Fall kann der Lichtmaschinenregler 102 die Spannung im System aus Lichtmaschine, Motor und fahrzeugseitigem elektrischen System steuern oder regeln. Mit anderen Worten, wenn der Schalter in der ersten Position ist, kann der Lichtmaschinenregler 102 programmiert oder geprüft werden, und wenn der Schalter in der zweiten Position ist, kann der Lichtmaschinenregler 102 als gewöhnlicher Lichtmaschinenregler verwendet werden. Ein Schalter ist möglicherweise nicht notwendig, wenn zwei Phasenanschlüsse verwendet werden, einer zum Kommunizieren und einer zum Messen der Phase des Stators.
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3 zeigt eine Ausführungsform 300 mit Diagrammen 302 , 310 , 320 und 330 . Die Beschreibung der Diagramme 302 , 310 , 320 und 330 kann für die Ausführungsformen 100 und 200 der 1 und 2 und umgekehrt gelten.
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Das Diagramm 302 zeigt eine Wellenform 304 des Signals Clock CLK, eine Wellenform 306 des Signals Serial-Out SO und eine Wellenform 308 des Signals Chip-Select CS über der Zeit t. Die Signale CLK, SO und CS können Teil der Signale eines SPI-Busses, zum Beispiel des SPI-Busses 214 , sein. Sie können das durch die Geräteschaltung 210 des Geräts 202 bereitgestellte Parallelsignal 206 sein und können als Eingang für den Codierer 204 verwendet werden. Die Signale CLK, SO und CS können Digitalsignale, d. h. binäre Signale, sein, die einen hohen Zustand („H“ oder „1“) und einen niedrigen Zustand („L“ oder „0“) aufweisen. Das Diagramm 310 zeigt eine Wellenform 312 des mehrwertigen Signals PH über der Zeit t. Das Signal PH kann an einem Ausgang 205 des Codierers 204 verfügbar sein und kann von den Zuständen (oder Werten) der Signale CLK, SO und CS abhängen, die Eingang für den Codierer 204 sind. Der Codierer 204 kann die Signale CLK, SO und CS in ein vierwertiges Signal PH umformen. Die Signale können jedoch auch in eine unterschiedliche Anzahl von Werten umgeformt werden.
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Ein vierwertiges Signal kann vier verschiedene Signale aufweisen. Das Signal PH kann einen ersten Wert aufweisen, der ein beliebiger Wert unter einer ersten Schwelle V1 sein kann. Es kann einen zweiten Wert aufweisen, der ein beliebiger Wert zwischen der ersten Schwelle V1 und einer zweiten Schwelle V2 sein kann. Es kann einen dritten Wert aufweisen, der ein beliebiger Wert zwischen der zweiten Schwelle V2 und einer dritten Schwelle V3 sein kann. Das Signal PH kann einen vierten Wert aufweisen, der ein beliebiger Wert über der dritten Schwelle V3 sein kann. Das Signal PH kann zum Beispiel eine Spannung sein. Die erste Schwelle V1 kann zum Beispiel V1 = 1 V sein, die zweite Schwelle V2 kann zum Beispiel V2 = 4 V sein und die dritte Schwelle V3 kann zum Beispiel V3 = 7 V sein.
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Die Diagramme 302 und 310 stellen dar, wie die vier Werte des Signals PH abhängig von den Zuständen der Signale CLK, SO und CS codiert werden können. Ein Übergang des Signals CS von niedrig zu hoch kann als erster Wert codiert werden, der ein Wert ist, der unter die erste (und niedrigste) Schwelle V1 fällt. Ein Übergang des Signals CS von hoch zu niedrig kann wieder als erster Wert codiert werden. Ein Übergang des Signals SO von niedrig zu hoch kann als vierter Wert codiert werden, der ein Wert über der dritten (und höchsten) Schwelle V3 ist. Ein Übergang des Signals SO von hoch zu niedrig kann wieder als vierter Wert codiert werden. Ein hohes Signal CLK kann als zweiter Wert und ein niedriges Signal CLK kann als dritter Wert codiert werden, wenn die Signale CS und SO nicht im Übergang sind. Wenn die Signale CS und SO im Übergang sind, können ihre codierten Werte den codierten Wert des Signals CLK aufheben.
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Signal PH kann an den Decodierer 106 des Lichtmaschinenreglers 102 über den Eingangsanschluss 104 übertragen werden und kann als ein Eingang 105 für den Decodierer 106 verwendet werden. Auf diese Weise werden die drei Signale CLK, SO und CS als einzelnes vierwertiges Signal PH über nur ein Pin des Lichtmaschinenreglers 102 übermittelt (oder übertragen). Der Decodierer 106 kann dazu ausgebildet sein, die Signale CLK, SO und CS vom vierwertigen Signal PH zum Beispiel mithilfe dreier Komparatoren rückzugewinnen. Das Signal PH kann an die jeweiligen Eingänge der Komparatoren angelegt werden. Die Diagramme 310 und 320 stellen dar, wie das vierwertige Signal PH durch die Komparatoren decodiert werden kann.
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Das Diagramm 320 zeigt eine Wellenform 322 eines Signals Vk3, eine Wellenform 324 eines Signals Vk2 und eine Wellenform 326 eines Signals Vk1 über der Zeit t. Die Wellenform 326 kann der Ausgang eines ersten Komparators sein. Der erste Komparator kann eine erste Schwelle T1, zum Beispiel T1 = 1 V, aufweisen. Er kann ein Signal Vk1 ausgeben, wenn das vierwertige Signal PH unter der ersten Schwelle T1 liegt. Die Wellenform 324 kann der Ausgang eines zweiten Komparators sein. Der zweite Komparator kann eine zweite Schwelle T2, zum Beispiel T2 = 4 V, aufweisen. Er kann ein Signal Vk2 ausgeben, wenn das vierwertige Signal PH über der zweiten Schwelle T2 liegt. Die Wellenform 322 kann der Ausgang eines dritten Komparators sein. Der dritte Komparator kann eine dritte Schwelle T3, zum Beispiel T3 = 7 V, aufweisen. Er kann ein Signal Vk3 ausgeben, wenn das vierwertige Signal PH über der dritten Schwelle T3 liegt. Der Ausgang Vk1, Vk2 und Vk3 der Komparatoren kann digital sein, d.h. einen hohen Zustand („H“ oder „1“) und einen niedrigen Zustand („L“ oder „0“) aufweisen. Die Schwellen T1, T2 und T3 der Komparatoren können dieselben wie die Schwellen V1, V2 und V3 sein, die zum Codieren der Signale CLK, SO und CS verwendet wurden. Sie können aber auch unterschiedlich sein, solange der erste Wert, der zweite Wert, der dritte Wert und der vierte Wert des Signals PH detektiert werden kann.
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Das Diagramm 330 zeigt eine Wellenform 332 des Signals CLK, eine Wellenform 334 des Signals SO und eine Wellenform 336 des Signals CS über der Zeit t. Die Signale CLK, SO und CS können von den Ausgängen Vk1, Vk2 und Vk3 der Komparatoren wie folgt verarbeitet werden: Ein Übergang des Signals Vk1 von niedrig zu hoch kann zu einer Zustandsänderung des Signals CS führen. Ein Übergang des Signals Vk2 von niedrig zu hoch kann zu einem Übergang des Signals CLK von hoch zu niedrig führen. Ein Übergang des Signals Vk2 von hoch zu niedrig kann zu einem Übergang des Signals CLK von niedrig zu hoch führen. Ein Übergang des Signals Vk3 von niedrig zu hoch kann zu einer Zustandsänderung des Signals SO führen. Die Verarbeitung von Vk1, Vk2 und Vk3, um die Signale CLK, SO und CS zu erhalten, kann mithilfe von Software oder einer Logikschaltung realisiert werden.
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Die Signale CLK, SO und CS des Diagramms 330 können Teil der Signale eines SPI-Busses, zum Beispiel des SPI-Busses 212 , sein. Sie können das durch den Decodierer 106 ausgegebene Parallelsignal 108 bilden. Die Signale CLK, SO und CS des Parallelsignals 108 können dieselben Werte wie die Signale CLK, SO und CS des Parallelsignals 206 aufweisen. Zusammen mit dem Signal SI, das die Geräteschaltung 210 und die Reglerschaltung 208 verbindet, kann eine Kommunikation zwischen dem Gerät 202 und dem Lichtmaschinenregler 102 unter Verwendung des SPI-Busses möglich sein.
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Der SPI-Bus kann eine Datenrate aufweisen, die 200 mal größer ist als die eines LIN-Busses.
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Das Codieren und Decodieren der Parallelsignale zu den mehrwertigen Signalen und umgekehrt ist nicht auf das oben beschriebene Codieren und Decodieren beschränkt. Die Signale CLK, SO und CS können mithilfe unterschiedlicher Bedingungen für die Übergänge, mithilfe invertierter Signale oder verschiedenen ersten Werten, zweiten Werten, dritten Werten und vierten Werten codiert werden.
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Die in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen 100 , 200 und 300 können auch für Scan-Tests verwendet werden. Die Signale CLK und SO können wie oben beschrieben codiert und decodiert werden. Da jedoch nur ein Slave (hier der Lichtmaschinenregler) verwendet wird, wird das Signal Chip-Select CS eigentlich nicht benötigt. Es kann deshalb dazu verwendet werden, ein Scan-Muster zu starten und zwischen einer Schiebe- und einer Erfassungsphase des Tests zu wechseln. Zum Beispiel, wie in der Wellenform 336 des Diagramms 330 gezeigt, kann ein Übergang des Signals CS von niedrig zu hoch ein Schiebe(oder Last)-Intervall 338 starten. Während eines Lastintervalls, das zum Beispiel mehrere hundert Zyklen des Taktsignals CLK dauern kann, können Testmuster zur Reglerschaltung 208 zum Beispiel unter Verwendung des Signals SO übertragen werden. Das Scan-Muster kann in Registern gespeichert (oder geladen werden), zum Beispiel in Zellen einer Scan-Kette. Ein Übergang des Signals CS von hoch zu niedrig kann das Lastintervall 338 beenden und ein Erfassungs(oder Start)-Intervall 340 starten. Während eines Erfassungsintervalls können ein oder mehrere Taktzyklen CLK des normalen Betriebs an die Reglerschaltung 208 angelegt werden und eine Reaktion der Reglerschaltung 208 auf das Testmuster kann erfasst werden. Ein Übergang des Signals CS von niedrig zu hoch kann das Erfassungsintervall 340 beenden und kann ein weiteres Schiebe(oder Last)-Intervall 342 starten. Während eines Lastintervalls kann die erfasste Reaktion aus den Registern geschoben werden (auch Kettenentlastung genannt) und mit erwarteten Werten verglichen werden.
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Während die Reaktionsdaten aus den Registern geschoben werden, können die Register gleichzeitig durch die nächsten Testmuster belastet werden.
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4 zeigt eine Ausführungsform 400 eines Verfahrens zur Kommunikation mit einem Lichtmaschinenregler. Das Verfahren kann einen Schritt 402 des Übertragens eines mehrwertigen Signals an den Lichtmaschinenregler über mindestens einen Phasenanschluss des Lichtmaschinenreglers umfassen. Das Verfahren kann ferner einen Schritt 404 des Decodierens das übertragenen mehrwertigen Signals zu Signalen einer seriellen peripheren Schnittstelle des Lichtmaschinenreglers umfassen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Codieren von Signalen einer seriellen peripheren Schnittstelle, zum Beispiel des SPI-Busses 214 , zu dem mehrwertigen Signal umfassen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Codieren der Signale Clock CLK, Serial-Out SO und Chip-Select CS der seriellen peripheren Schnittstelle, zum Beispiel des SPI-Busses 214 , zu dem vierwertigen Signal, zum Beispiel PH, umfassen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Codieren der Signale Clock CLK, Serial-Out SO und Chip-Select CS einer seriellen peripheren Schnittstelle zu einem vierwertigen Signal das Steuern einer Spannungsquelle durch Software umfassen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren weiter das Übertragen eines Signals Serial-In SI der seriellen peripheren Schnittstelle, zum Beispiel des SPI-Busses 212 , vom Lichtmaschinenregler zum Beispiel über mindestens einen Ausgangsanschluss des Lichtmaschinenreglers umfassen.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird das Signal Serial-In SI von der seriellen peripheren Schnittstelle des Lichtmaschinenreglers über einen Anschluss des lokalen Zwischennetzwerkes, zum Beispiel Anschluss LIN, des Lichtmaschinenreglers oder einen Feld-Monitor-Anschluss, zum Beispiel Anschluss FM, des Lichtmaschinenreglers übertragen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Testen einer Funktionalität des Lichtmaschinenreglers unter Verwendung des mehrwertigen Signals zur Kommunikation von Testsignalen umfassen. Das Signal Chip-Select CS kann verwendet werden, um ein Scan-Muster zu starten und zwischen einer Schiebe- und einer Erfassungsphase des Tests zu wechseln. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren weiter das Programmieren des Lichtmaschinenreglers unter Verwendung des mehrwertigen Signals zur Kommunikation von Programmierdaten umfassen.
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Zwar wurden die Ausführungsformen anhand eines SPI-Busses beschrieben, es können jedoch auch andere Busse verwendet werden. Parallelsignale dieser Busse können zu einem mehrwertigen Signal codiert werden. Das mehrwertige Signal kann unter Verwendung von weniger Adern als die Anzahl von Parallelsignalen übertragen werden. Nach der Übertragung kann das mehrwertige Signal decodiert werden, um die Parallelsignale zu erhalten.
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Zwar wurden die Ausführungsformen anhand eines Lichtmaschinenreglers beschrieben, aber das Verfahren und die Kommunikationsstruktur können auch für andere elektronische Geräte, zum Beispiel elektronische Geräte, die eine begrenzte Anzahl von Pins (oder Anschlüssen) aufweisen, verwendet werden.
