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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät. Insbesondere betrifft die Erfindung die Diagnose des Steuergeräts, beispielsweise im Fall eines Fehlers.
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Ein Steuergerät umfasst eine Verarbeitungseinrichtung und optional noch weitere elektrische Bauelemente, um die Steuerung einer vordefinierten Einrichtung zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Steuergerät dazu eingerichtet sein, ein Getriebe zu steuern, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, oder auch eine andere mechanische oder elektrische Komponente im Kraftfahrzeug. Das Getriebe umfasst meist mehrere Aktoren und Sensoren und das Steuergerät ist dazu eingerichtet, die Sensoren abzutasten und die Aktoren anzusteuern, um beispielsweise den Wechsel einer eingelegten Gangstufe zu steuern.
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Trotz strenger Entwicklungs- und Fertigungsrichtlinien kann es vorkommen, dass das Steuergerät in einen Fehlerzustand gelangt, der die Funktion des Getriebes behindern kann. Der Fehler kann mechanisch, elektrisch oder aufgrund eines Programmfehlers entstehen. Um zu verhindern, dass der Fehler in einem anderen, baugleichen Steuergerät ebenfalls auftritt, kann versucht werden, die Ursache des Fehlers genauer zu analysieren. Dazu kann insbesondere eine Schnittstelle an dem Steuergerät vorgesehen sein, über die interne Zustände, Werte und Parameter des Steuergeräts ausgelesen werden können, insbesondere durch ein externes Diagnosegerät.
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Das beispielhafte Steuergerät für das Getriebe ist dazu eingerichtet, mit dem Getriebe integriert aufgebaut zu werden, das heißt, am Gehäuse des Getriebes angebracht oder von ihm umschlossen zu sein. In diesem Fall ist das Steuergerät den Vibrationen, der Temperatur und gegebenenfalls dem im Getriebe vorgesehenen Schmiermittel ausgesetzt. Diese Integration kann vorteilhaft sein, um beispielsweise einen Temperatur- oder Drucksensor unmittelbar mit dem Steuergerät verbinden zu müssen, ohne eine Zuleitung auf die Außenseite des Gehäuses des Getriebes führen zu müssen. Um das Steuergerät vor solchen harschen Umgebungsbedingungen zu schützen, trägt es eine Ummantelung, die beispielsweise als Spritz- oder Gussmasse, insbesondere eines Kunststoffs, ausgeführt sein kann. Eine Kommunikationsschnittstelle, die die Ummantelung durchbricht, ist hierbei nicht vorgesehen. Im Fehlerfall kann es daher erforderlich sein, die Ummantelung vollständig abzutragen, um einen elektrischen Kontakt zu einem elektrischen Anschluss im Inneren des Steuergeräts herzustellen, der einen Aufschluss über einen Zustand des Steuergeräts oder die Ursache eines Fehlers geben kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuergerät bereitzustellen, das eine verbesserte Diagnosemöglichkeit bereitstellt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels des Steuergeräts mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Steuergerät umfasst eine Verarbeitungseinrichtung mit einem oder mehreren elektrischen Anschlüssen, eine Diagnoseschaltung, die mit dem Anschluss elektrisch verbunden ist, und eine Ummantelung, die den Anschluss vollständig elektrisch isoliert. Dabei umfasst die Diagnoseschaltung eine elektrische Schnittstelle und ist dazu eingerichtet, ein oder mehrere elektrische Signale an dem einen oder mehreren Anschlüssen abzutasten und das Ergebnis über die Schnittstelle bereitzustellen. Unter einer Verarbeitungseinrichtung wird im Folgenden ein oder mehrere elektronische Bauelemente verstanden, welches unter anderem eine elektronische Recheneinheit und eine Spannungsversorgung umfasst und welches eingerichtet ist elektrische Signale zu empfangen bzw. zu detektieren und zu verarbeiten.
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Die Diagnoseschaltung kann dazu verwendet werden, den Anschluss abzutasten, wenn die Verarbeitungseinrichtung dies etwa aufgrund eines Fehlers nicht selbst tun oder das Ergebnis nicht mehr nach außen bereitstellen kann. Insbesondere ein schwerwiegender Fehler der Verarbeitungseinrichtung kann in diesem Fall noch verbessert von außen diagnostiziert werden. Ein solcher Fehler kann beispielsweise vorliegen, wenn eine Spannungsversorgung oder ein Taktgenerator der Verarbeitungseinrichtung defekt ist.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Diagnoseschaltung unabhängig von der Verarbeitungseinrichtung funktionsfähig ist. Dazu ist insbesondere bevorzugt, dass Versorgungsspannungen und Versorgungssignale der Verarbeitungseinrichtung und der Diagnoseschaltung möglichst getrennt voneinander vorgesehen sind. Beispielsweise können die Stabilisierung einer Versorgungsspannung für die Verarbeitungseinrichtung oder ein Reset-Generator separat von einer entsprechenden Aufbereitung für die Diagnoseschaltung realisiert sein. In einer Ausführungsform wird die Versorgungsspannung für die Diagnoseschaltung überhaupt nicht aufbereitet.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Diagnoseschaltung dazu eingerichtet ist, den Anschluss derart abzutasten, dass die Verarbeitungseinrichtung in ihrer Funktion unverändert ist. Anders ausgedrückt kann für die Verarbeitungseinrichtung die Diagnoseschaltung vollständig transparent funktionieren. Eingangs- und Ausgangssignale der Verarbeitungseinrichtung werden durch die Diagnoseschaltung abgetastet, aber nicht verändert. Die Verarbeitungseinrichtung kann dadurch praktisch so arbeiten, als wäre die Diagnoseschaltung nicht vorhanden.
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In einer Ausführungsform umfasst die Ummantelung eine unmittelbar auf den Anschluss aufgebrachte Kunststoffmasse. Die Kunststoffmasse kann beispielsweise ein Epoxid, ein Polymer oder ein Polyester umfassen und wird üblicherweise auf das gesamte Steuergerät aufgebracht, nachdem dessen restliche Komponenten miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels einer Platine oder einem Stanzgitter oder auch einer freien Verdrahtung. Die Kunststoffmasse kann das Steuergerät vollständig umschließen. Üblicherweise sind einer oder nur wenige Versorgungsanschlüsse vorgesehen, die die Ummantelung durchbrechen. Diese Versorgungsanschlüsse dienen beispielsweise der Stromversorgung der Verarbeitungseinrichtung und sind im Allgemeinen nicht unmittelbar elektrisch mit dem oben beschriebenen Anschluss verbunden. In diesem Fall ist das Abtasten des Anschlusses bzw. einer Vielzahl von Anschlüssen im Inneren des Steuergeräts nicht ohne Entfernen der Ummantelung möglich, wodurch es besonders schwierig sein kann, einen Fehler im Steuergerät zu finden oder zu diagnostizieren. Um die Ummantelung an mehreren Stellen oder gar vollständig abzutragen ist jedoch ein großer Aufwand zu treiben, wobei zusätzlich die Gefahr besteht, eine Komponente des Steuergeräts durch das Abtragen zu beschädigen. Die Diagnoseschaltung kann in diesem Fall einen oder mehrere vorbestimmte Anschlüsse abtasten, sodass ein vollständiges bzw. weitgehendes Entfernen der Ummantelung nicht erforderlich sein kann, vielmehr kann es genügen, eine Schnittstelle der Diagnoseschaltung zu kontaktieren.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Schnittstelle im Normalbetrieb des Steuergeräts von der Ummantelung mit umschlossen. Ein Zugriff auf die Schnittstelle der Diagnoseschaltung kann so wirkungsvoll verhindert werden und die Schnittstelle kann gegen Umgebungseinflüsse, insbesondere ein korrosives oder leitfähiges Medium, geschützt sein. Die Schnittstelle kann dann selektiv freigelegt werden, um Zugriff auf Diagnoseinformationen zu erlangen. Die Schnittstelle umfasst üblicherweise eine geringere Anzahl Anschlüsse als im Inneren des Steuergeräts durch die Diagnoseschaltung abgetastet werden können. Beispielsweise kann die Schnittstelle seriell ausgeführt sein, wozu üblicherweise einer bis drei oder vier Anschlüsse erforderlich sind. Die Zahl der Anschlüsse der Verarbeitungseinrichtung, die durch die Diagnoseschaltung abgetastet werden können, ist hingegen prinzipiell unbegrenzt.
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Vorteilhafterweise ist die Ummantelung im Bereich der Schnittstelle dazu eingerichtet, selektiv entfernt zu werden. Um die Ummantelung nur im Bereich der Schnittstelle bzw. ihrer Anschlüsse zu entfernen, kann die Schnittstelle beispielsweise großflächige elektrische Kontakte aufweisen, sodass beim Entfernen eines Teils der Ummantelung im Bereich der Schnittstelle die Wahrscheinlichkeit erhöht ist, dass sämtliche Anschlüsse der Schnittstelle zumindest teilweise freigelegt sind. In einer weiteren Ausführungsform kann die Schnittstelle bzw. können ihre Anschlüsse an einer vorbestimmten Stelle des Steuergeräts liegen, vorzugsweise nahe beieinander. Trotz der Ummantelung kann dann der Bereich der Schnittstelle am Steuergerät von außen ausreichend genau bestimmt werden, um die Anschlüsse selektiv freizulegen, idealerweise durch Abtragen nur eines zusammenhängenden Bereichs. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Ummantelung im Bereich der Schnittstelle eine Markierung tragen, beispielsweise eine Färbung, einen Aufdruck oder eine Struktur. Eine bevorzugte Art der Entfernung der Ummantelung besteht in einer thermischen Abtragung, beispielsweise mittels eines Lasers. Hitzeempfindliche Bauelemente des Steuergeräts können daher vorteilhafterweise außerhalb des Bereichs der Schnittstelle bzw. ihrer Anschlüsse vorgesehen sein.
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Die Diagnoseschaltung kann unterschiedliche Anschlüsse des Steuergeräts überwachen, deren Analyse insbesondere dann aufschlussreich ist, wenn eine Kommunikation mit der Verarbeitungseinrichtung nicht mehr möglich ist, beispielsweise weil die Verarbeitungseinrichtung überhaupt nicht mehr oder nur noch sehr eingeschränkt arbeitet.
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In einer Ausführungsform umfasst die Diagnoseschaltung einen Analog-Digital-Wandler, um als Ergebnis einen digitalen Wert für einen Strom durch den Anschluss oder eine Spannung an dem Anschluss bereitzustellen. Insbesondere eine Energiezufuhr der Verarbeitungseinrichtung kann so leicht durch die Diagnoseschaltung überwacht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Anschluss einen Takteingang der Verarbeitungseinrichtung und die Diagnoseschaltung ist dazu eingerichtet, eine Taktfrequenz an dem Anschluss abzutasten. Dabei kann sowohl die Frequenz als auch die Einhaltung vorbestimmter Pegel oder Signalformen an dem Takteingang analysiert werden. In dieser Ausführungsform ist der Anschluss üblicherweise mit einem Taktgenerator für die Verarbeitungseinrichtung verbunden, dessen korrektes Funktionieren auf diese Weise durch die Diagnoseschaltung überwacht werden kann.
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In wieder einer weiteren Ausführungsform ist die Diagnoseschaltung dazu eingerichtet, eine bidirektionale Kommunikation mit der Verarbeitungseinrichtung über die Schnittstelle und den Anschluss bereitzustellen. Unbeschadet einer möglichen weiteren Kommunikationsschnittstelle der Verarbeitungseinrichtung kann so auch auf interne Parameter der Verarbeitungseinrichtung zugegriffen werden. Beispielsweise kann auf der Verarbeitungseinrichtung ein Diagnoseprogramm gestartet werden, das hilft, die Funktionsfähigkeit des Steuergeräts genauer zu untersuchen. Dabei können vorbestimmte Kommandos oder Programme der Verarbeitungseinrichtung von außen initiiert werden. Ist eine andere Kommunikationsschnittstelle der Verarbeitungseinrichtung vorgesehen, so können bestimmte Anforderungen bevorzugterweise nur über die Diagnoseschaltung bewirkt werden. Dadurch kann eine verbesserte Trennung zwischen Funktion und Diagnose des Steuergeräts bzw. der Verarbeitungseinrichtung erreicht werden.
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Es ist ferner bevorzugt, dass die Schnittstelle eine serielle Schnittstelle oder einen seriellen Bus umfasst. Dadurch kann die Schnittstelle mit wenigen Anschlüssen auskommen und so leichter mechanisch bzw. elektrisch kontaktiert werden. In einer anderen Ausführungsform kann jedoch auch eine andere Schnittstelle vorgesehen sein, beispielsweise eine parallele Schnittstelle.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 ein beispielhaftes Steuergerät in einer schematischen Ansicht; und
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2 eine Diagnoseschaltung für das Steuergerät von 1 darstellt.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Steuergeräts 100. Das Steuergerät 100 umfasst eine Verarbeitungseinrichtung 105 und eine Diagnoseschaltung 110. Nicht dargestellt ist eine Spannungsversorgung für die Verarbeitungseinrichtung 105. Ebenfalls nicht dargestellt ist eine Spannungsversorgung für die Diagnoseschaltung 110, welche unabhängig ausgebildet ist zur Spannungsversorgung für die Verarbeitungseinrichtung 105.
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Ein elektrischer Anschluss 115 der Verarbeitungseinrichtung 105 ist elektrisch mit der Diagnoseschaltung 110 verbunden. Das Steuergerät 100 umfasst ferner eine Ummantelung 120, die insbesondere einen gieß- oder spritzfähigen Kunststoff umfassen kann, der nach dem Aufbringen aushärtet. Das Steuergerät 100 kann insbesondere dazu vorgesehen sein, unter harschen Umgebungsbedingungen eingesetzt zu werden, beispielsweise in einer vibrationsreichen Umgebung oder umspült von heißem Öl oder einem anderen Medium. Solche Umgebungsbedingungen sind beispielsweise im Inneren eines Getriebes für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs anzutreffen.
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Die Diagnoseschaltung 110 umfasst eine Schnittstelle 125, die üblicherweise einen oder mehrere elektrische Anschlüsse 130 umfasst. Bevorzugterweise ist die Schnittstelle 125 als serielle Schnittstelle oder serieller Bus ausgeführt, sodass nur wenige Anschlüsse 130 erforderlich sind, beispielsweise einer bis drei. Die Anschlüsse 130 sind bevorzugterweise in einem zusammenhängenden geometrischen Bereich 135 des Steuergeräts 100 vorgesehen. In einer Ausführungsform kann die Ummantelung 120 im Bereich 135 unterbrochen sein, sodass der oder die Anschlüsse 130 frei liegen, oder die Ummantelung 120 kann dazu eingerichtet sein, im Bereich 135 selektiv entfernt zu werden, um die Schnittstelle 125 bzw. deren Anschlüsse 130 freizulegen.
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In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform sind die Verarbeitungseinrichtung 105 und die Diagnoseschaltung 110 als getrennte integrierte Schaltkreise (integrated circuit, IC) vorgesehen. In anderen Ausführungsformen können auch die Verarbeitungseinrichtung 105 und die Diagnoseschaltung 110 in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen sein, beispielsweise in einem Multi-Chip-Gehäuse oder als voneinander unabhängige Teile eines gemeinsamen integrierten Schaltkreises. Die Diagnoseschaltung 110 kann insbesondere in System-Basis-Chip (SBC) ausgeführt sein. Als System-Basis-Chip wird üblicherweise ein elektronisches Bauelement bezeichnet, in dem mehrere für die Realisierung einer Elektronik-Baugruppe notwendige Funktionen zusammengefasst sind. Diese Funktionsgruppen können, in nicht abschließender Aufzählung, sein: Spannungsregler, Spannungs-Überwachung, Reset-Generator, Watchdog, Businterface (CAN-Bus, LIN-Bus etc.), Wakeup-Logik oder Leistungstreiber. Eine andere Ausführung, insbesondere als dedizierter integrierter Schaltkreis, ist jedoch ebenfalls möglich. Dabei kann die Diagnoseschaltung 110 insbesondere als anwenderspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) oder als Teil davon realisiert sein.
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Die Verarbeitungseinrichtung 105 umfasst üblicherweise einen programmierbaren Mikrocomputer. Der Verarbeitungseinrichtung 105 können auch zusätzliche Elemente zugeordnet sein, beispielsweise ein Taktgenerator, ein Treiber oder ein Puffer. Der Mikrocomputer der Verarbeitungseinrichtung 105 kann dann mittels des Anschlusses 115 insbesondere mit einer der externen Komponenten verbunden sein.
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Die Diagnoseschaltung 110 ist bevorzugterweise dazu eingerichtet, ein elektrisches Signal am Anschluss 115 abzutasten und das Ergebnis der Abtastung über die Schnittstelle 125 bereitzustellen. Dabei wird üblicherweise angestrebt, dass die Abtastung des Anschlusses 115 die Funktion der Verarbeitungseinrichtung 105 in keiner Weise beeinträchtigt. Falls erforderlich können verwendete Logikwerte entsprechend umgesetzt werden, z.B. Active-High auf Active-Low oder umgekehrt oder eine Anpassung der verwendeten Spannungspegel. Man spricht dabei von einer Anpassung der Pegel über verschiedene Power-Domains hinweg.
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Die Diagnoseschaltung 110 ist möglichst unabhängig von der Verarbeitungseinrichtung 105 aufgebaut, um zu gewährleisten, dass sie auch dann noch funktionieren kann, wenn die Verarbeitungseinrichtung 105 weitgehend oder vollständig außer Funktion ist, beispielsweise wegen einer defekten Spannungsversorgung oder einer defekten Kommunikationssschnittstelle.
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2 zeigt eine Diagnoseschaltung 110 für das Steuergerät 100 von 1. Dargestellt ist eine mögliche, exemplarische Ausführungsform, andere Ausführungsformen sind jedoch ebenfalls möglich.
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Die Diagnoseschaltung 110 umfasst bevorzugterweise einen Encoder 205, der die Schnittstelle 125 ansteuert. Der Encoder 205 kann beispielsweise als Parallel-Seriell-Wandler ausgeführt sein, wenn die Schnittstelle 125 seriell ist und die Informationen in paralleler Form vorliegen. In anderen Ausführungsformen kann auch ein anderer Wandler als Encoder 205 verwendet werden, etwa seriell-parallel, parallel-parallel, oder seriell-seriell. Dabei kann ein vorbestimmtes Übermittlungsprotokoll unterstützt werden, etwa RS232, USB, I2C oder CAN. Eine Stromversorgung des Encoders 205 ist bevorzugterweise innerhalb der Diagnoseschaltung 110 vorgesehen und unabhängig von der Verarbeitungseinrichtung 105. Die Spannungsversorgung 210 kann insbesondere eine Überwachung von Spannungsgrenzen, ein Anheben oder Absenken einer Eingangsspannung auf einen vorbestimmten Spannungsbereich oder weitere Schutzaufgaben wie die eines Reset-Generators übernehmen. In einer Ausführungsform ist auch gar keine Spannungsversorgung 210 für die Diagnoseschaltung 110 vorgesehen. Im Fall der Diagnose des Steuergeräts 100 kann diese Funktionalität extern bereitgestellt werden, etwa seitens einer externen Diagnoseumgebung.
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Die Diagnoseschaltung 110 umfasst bevorzugterweise weiter einen Analog-Digital-Wandler 215, der einen oder mehrere Eingänge aufweisen kann, die mit einem oder mehreren Anschlüssen 115 des Steuergeräts 100 bzw. der Verarbeitungseinrichtung 105 verbunden werden können. In einer weiteren Ausführungsform kann auch einer der Eingänge des Analog-Digital-Wandlers 215 mit einer dedizierten Abtasteinrichtung verbunden sein, die einen Anschluss der Verarbeitungseinrichtung 105 überwacht. Diese Abtasteinrichtung kann beispielsweise einen Stromfühler oder einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer umfassen. Abtastungen des Analog-Digital-Wandlers 215 können beispielsweise nacheinander durch den Encoder 205 an der Schnittstelle 125 nach außen bereitgestellt werden.
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In weiteren Ausführungsformen kann der Encoder 205 auch noch weitere interne Datenquellen abtasten und dementsprechende Werte an der Schnittstelle 125 bereitstellen. Beispielsweise können ein Spannungsdiagnosevektor 220, ein Stromdiagnosevektor 225, ein Register-Diagnosevektor 230 oder ein weiterer Diagnosevektor 235 für die Übertragung über die Schnittstelle 125 vorgesehen sein. Diese Vektoren 220 bis 235 können in einer Ausführungsform unmittelbar von der Verarbeitungseinrichtung 105 übernommen werden. In einer Variante sind dazu entsprechende Anschlüsse 115 vorgesehen, in einer anderen Variante sind die Verarbeitungseinrichtung 105 und die Diagnoseschaltung 110 derart miteinander integriert, dass interne Verwaltungszustände und Zwischenergebnisse der Verarbeitungseinrichtung 105 der Diagnoseschaltung 110 unmittelbar zugänglich sind.
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Optional kann zusätzlich ein Trigger 240 vorgesehen sein, der einen oder mehrere Eingänge aufweist und die Funktion des Encoders 205 in Abhängigkeit von Signalen an seinen Eingängen aktiviert oder deaktiviert. Beispielsweise kann der Encoder 205 erst dann aktiviert werden, wenn wenigstens ein vorbestimmtes Ereignis über einen der Eingänge abgetastet werden konnte. Diese Ereignisse können beispielsweise über eine steigende Flanke, eine fallende Flanke, einen hohen oder einen niedrigen Pegel an einem der Eingänge abgetastet werden. In einer weiteren Ausführungsform müssen wenigstens zwei Ereignisse eintreten, damit der Encoder 205 aktiviert wird. Die Aktivierung kann zeit- oder ereignisgesteuert zurückgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Steuergerät
- 105
- Verarbeitungseinrichtung
- 110
- Diagnoseschaltung
- 115
- Anschluss
- 120
- Ummantelung
- 125
- Schnittstelle
- 130
- Anschluss der Schnittstelle
- 135
- Bereich
- 205
- Encoder
- 210
- Spannungsversorgung
- 215
- A/D-Wandler
- 220
- Spannungsdiagnosevektor
- 225
- Stromdiagnosevektor
- 230
- Register-Diagnosevektor
- 235
- weiterer Diagnosevektor
- 240
- Trigger
