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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren einer Recheneinheit mittels einer Schaltungsanordnung auf ein Aktivierungssignal hin sowie eine Schaltungsanordnung zum Aktivieren einer Recheneinheit auf ein Aktivierungssignal hin.
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Stand der Technik
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Im Zuge eines einer Aufwachanforderung (Wake-Up) können Recheneinheiten, welche sich in einem Ruhemodus bzw. in einem deaktivierten Zustand mit deaktivierter oder minimierter Strom- bzw. Spannungsversorgung befinden, wieder aktiviert, also aufgeweckt werden. Eine derartige Recheneinheit kann über ein Kommunikationssystem wie Ethernet oder CAN oder über ein dediziertes Steuersignal auf einer nicht direkt zum Bussystem gehörenden Leitung bzw. Weckleitung (Wake-Up-Leitung, im Folgenden „WUL“) geweckt werden.
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Steuergeräte in Kraftfahrzeugen können oftmals direkt mit einer Kraftfahrzeugbatterie verbunden sein, so dass diese Steuergeräte auch dann an die Kraftfahrzeugbatterie angeschlossen sind und aus dieser Energie entnehmen, wenn das Kraftfahrzeug nicht betrieben wird und beispielsweise geparkt ist. Damit die Kraftfahrzeugbatterie daher bei Stillstand des Kraftfahrzeugs durch derartige Steuergeräte nicht zu sehr entleert wird, ist es von Bedeutung, derartige Steuergeräte bei Stillstand des Kraftfahrzeugs in einen Ruhemodus mit geringem Energieverbrauch zu versetzen. Mittels eines Wake-Up-Signals bzw. Aktivierungssignals, das beispielsweise über eine nicht direkt zum Bussystem gehöhrende WUL empfangen werden kann, können diese Steuergeräte wieder aus ihrem Ruhemodus aktiviert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Aktivieren einer Recheneinheit mittels einer Schaltungsanordnung auf ein Aktivierungssignal hin sowie eine Schaltungsanordnung zum Aktivieren einer Recheneinheit auf ein Aktivierungssignal hin mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung in analoger Art und Weise.
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Das Aktivierungssignal ist insbesondere ein Signal, insbesondere ein dediziertes Steuersignal, auf welches die Recheneinheit aus einem deaktivierten Zustand bzw. Ruhemodus wieder aufgeweckt bzw. aktiviert wird. Das Aktivierungssignal kann dabei zweckmäßigerweise von einer externen Quelle ausgegeben und von der Schaltungsanordnung empfangen werden (passiver Modus). Insbesondere kann das Aktivierungssignal dabei über eine nicht direkt zu einem Bussystem gehöhrende Leitung bzw. WUL von der Schaltungsanordnung empfangen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Aktivierungssignal auch intern in der Schaltungsanordnung selbst erzeugt werden (aktiver Modus) und insbesondere von der Schaltungsanordnung über die Weckleitung an weitere Recheneinheiten ausgegeben werden, um diese aus ihrem jeweiligen Ruhemodus zu aktivieren.
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Die Schaltungsanordnung kann zweckmäßigerweise als ein Teil der Recheneinheit selbst realisiert sein oder kann auch als eine zusätzliche mit der Recheneinheit verbundene Schaltung ausgebildet sein.
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Wenn das Aktivierungssignal eine Schaltschwelle überschreitet, wird eine Referenzspannungsquelle mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden.
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Diese Versorgungsspannungsquelle ist insbesondere zur Energieversorgung der Recheneinheit vorgesehen. Zweckmäßigerweise ist ein Versorgungsspannungsanschluss über einen Schalter mit der Referenzspannungsquelle verbindbar, wobei die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet ist, auf Empfang eines die Schaltschwelle überschreitenden Aktivierungssignals den Schalter zu schließen und dadurch die Referenzspannungsquelle mit dem Versorgungsspannungsanschluss zu verbinden. Dieser Schalter ist insbesondere als ein High-Side-Schalter anzusehen und ist zweckmäßigerweise als ein MOSFET oder Bipolar-Transistor ausgebildet.
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Die Referenzspannungsquelle ist dazu ausgebildet, an einem ersten Komparator eine erste Referenzspannung bereitzustellen und an einem zweiten Komparator eine zweite Referenzspannung bereitzustellen, wenn sie mit der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist. Der erste Komparator führt einen Vergleich mit der ersten Referenzspannung durch, um einen High-Pegel des Aktivierungssignals zu erkennen. Der zweite Komparator führt einen Vergleich mit der zweiten Referenzspannung durch, insbesondere um anhand einer Ladekurve an einem Kondensator einen gewünschten Zeitverzug darzustellen.
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Die Schaltungsanordnung ist weiterhin dazu eingerichtet, bei erkanntem High-Pegel des Aktivierungssignals eine Spannungsversorgung zu aktivieren, insbesondere eine Spannungsversorgung der Referenzspannungsquelle und/oder der Komparatoren. Insbesondere kann diese Spannungsversorgung mit dem Versorgungsspannungsanschluss direkt oder indirekt verbunden werden. Wenn der Komparator keinen High-Pegel des Aktivierungssignals erkennt, wird die Spannungsversorgung der Referenzspannungsquelle, der Komparatoren und der Recheneinheit zweckmäßigerweise nicht aktiviert.
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Vorteilhafterweise wird die Spannungsversorgung somit zeitverzögert mit einer besonders geringen Abweichung über eine Variation der Versorgungsspannung und der Temperatur von der gewünschten Verzögerungszeit aktiviert. Insbesondere können kostengünstige Komponenten verwendet und dennoch eine exakte zeitliche Verzögerung ermöglicht werden, auch bei extremen Ruhestrom- und Impedanzanforderungen, insbesondere bei extremen WUL-Eingangsimpedanzanforderungen. Somit kann möglichst knapp nach einer Mindestverzugszeit ein Mikrocontroller gestartet werden und maximal erlaubte Aufstartzeiten können eingehalten werden und werden nicht verletzt.
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Das vorliegende Verfahren bzw. die vorliegende Schaltungsanordnung weist erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Möglichkeiten zum Aktivieren von Recheneinheiten auf. Auf herkömmliche Weise werden zumeist zwei verschiedene Referenzspannungsquellen verwendet sowie ein Eingangsspannungsteiler. Diese beiden Referenzspannungsquellen und der Komparator können auf herkömmliche Weise zumeist nicht aus der Versorgungsspannungsquelle bedient werden. Eine erste Referenzspannungsquelle wird daher zumeist aus dem Aktivierungssignal bedient, wodurch jedoch die Gefahr besteht, dass die Anforderung an die Eingangsimpedanz des Aktivierungssignals verletzt wird. Der Komparator und die zweite Referenzspannungsquelle werden zumeist mit einer Dauerversorgung versorgt, was jedoch aufwendig und teuer ist.
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Im Gegensatz dazu werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine zwei verschiedenen Referenzspannungsquellen verwendet, sondern zweckmäßigerweise nur eine einzige Referenzspannungsquelle, welche die Komparatoren mit zwei Referenzspannungen versorgt. Die Referenzspannungsquelle und ferner wenigstens einer der Komparatoren werden zweckmäßigerweise direkt aus der Versorgungsspannungsquelle versorgt, und insbesondere nur dann, wenn das Aktivierungssignal die Schaltschwelle überschreitet, welche zweckmäßigerweise durch den Schalter bzw. Highside-Schalter vorgegeben ist. Eine Dauerversorgung der Referenzspannungsquelle und der Komparatoren ist daher zweckmäßigerweise nicht erforderlich. Die Schaltungsanordnung kann aufwandsarm und kostengünstig realisiert werden. Die Referenzspannungsquelle kann beispielsweise kostengünstige als Zener-Diode implementiert werden. Der Komparator kann beispielsweise auf einem kostengünstigen integrierten Schaltkreis implementiert werden.
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Insbesondere kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung erreicht werden, dass ein Signal mit einem Puls bzw. mit einer Pulsdauer von weniger als 10ms die Spannungsversorgung bzw. einen entsprechenden Spannungsregler der Recheneinheit nicht aktiviert und es somit auf ein derartiges Signal hin nicht zu einer ungewollten Aktivierung der Recheneinheit kommt. Bei einem Signal mit einer Pulsdauer von über 10ms werden Spannungsversorgung bzw. Spannungsregler hingegen zweckmäßigerweise aktiviert. Da es insbesondere vorgegeben sein kann, dass ein Signal bzw. Aktivierungssignal mit einer Pulsdauer von über 20ms zu einer Aktivierung der Recheneinheit führen soll, ist durch geeignete Beschaltung sicherzustellen, dass sicher zwischen Pulslängen von bis zu 10ms und von über 20ms unterschieden werden kann. Auf ein derartiges Aktivierungssignal hin wird die Recheneinheit zweckmäßigerweise gestartet, so dass diese die Spannungsversorgung bzw. den Spannungsregler selbst aktiviert halten kann.
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Vorteilhafterweise wird bei erkanntem High-Pegel des Aktivierungssignals nach einer Zeitverzögerung um ein vorgegebenes Zeitintervall von beispielsweise 10ms die Spannungsversorgung der Recheneinheit aktiviert. Insbesondere wird zu diesem Zweck ein Kondensator verwendet. Nach dem Erreichen der Vergleichsschwelle des ersten Komparators wird zweckmäßigerweise der Strom aus der Referenzspannungsquelle über eine Strombegrenzung, vorzugsweise einen Widerstand, in diesen Kondensator zur Zeitverzögerung freigegeben. Dieses geschieht insbesondere durch Beenden eines Kurzschlusses des Kondensators durch den ersten Komparator.
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Der erste Komparator ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Vergleich des Aktivierungssignals und der ersten Referenzspannung durchzuführen, um einen High-Pegel des Aktivierungssignals zu erkennen. Insbesondere ist der erste Komparator dazu ausgebildet, zwischen einem High-Pegel, der niedrigsten Spannung die zur Aktivierung der Recheneinheit führen soll, und einem Low-Pegel, der höchsten Spannung, die nicht zu einer Aktivierung führen soll, des Aktivierungssignals sicher zu unterscheiden. Die Schaltschwelle des Schalters zum Einschalten der Referenzspannungsquelle und der Komparatoren ist insbesondere derart gewählt, dass sie sicher erreicht wird, bevor die Aktivierungsleitung die Spannung der zu aktivierenden ersten Referenzspannung erreicht.
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Der zweite Komparator ist bevorzugt dazu eingerichtet, einen Vergleich einer Ladespannung eines durch den ersten Komparator freigegebenen Ladestroms aus der Referenzspannungsquelle an einem Kondensator und der zweiten Referenzspannung durchzuführen, um eine gewünschte Zeitverzögerung zu erreichen. Insbesondere ist der Komparator dazu ausgebildet, bei Erreichen einer bestimmten Spannung am Kondensator ein passendes Ausgangssignal zur weiteren Verarbeitung zu erzeugen.
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Vorteilhafterweise wird eine der zwei von der Referenzspannungsquelle bereitgestellten Referenzspannungen von der Recheneinheit eingelesen, insbesondere, wenn der High-Pegel des Aktivierungssignals erkannt wird. Vorzugsweise ist die Referenzspannungsquelle zu diesem Zweck mit einem Anschluss der Recheneinheit verbunden. Somit wird insbesondere gewährleistet, dass die Recheneinheit einen Zustand des Aktivierungssignals auch ohne Zeitverzögerung einlesen kann. Auf herkömmliche Weise sind für ein derartiges Einlesen zumeist eine Signalaufbereitung und ein Signalschutz nötig, beispielsweise mittels eines zusätzlichen Transistors. Im Gegensatz dazu kann die entsprechende Referenzspannung von der Recheneinheit direkt eingelesen werden, eine Signalaufbereitung und ein Signalschutz werden insbesondere nicht benötigt, ein entsprechender Transistor kann eingespart werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung stellt die Referenzspannungsquelle die erste Referenzspannung bereit und leitet von der ersten Referenzspannung über einen Spannungsteiler eine zweite Referenzspannung ab, beispielsweise in einem Verhältnis von 1:1, beispielsweise unter Verwendung eines Widerstands-Spannungsteilers. Rein beispielhaft kann dieser 27kOhm zu 27kOhm aufweisen. Toleranzen in der ersten Referenzspannung führen insbesondere nicht zu einer signifikant ungenauen zeitlichen Verzögerung. Durch die Wahl eines vom 1:1 Verhältnis abweichenden Spannungsteilers kann insbesondere die zeitliche Verzögerung des Startens der Recheneinheit um das vorgegebene Zeitintervall unabhängig vom verwendeten Kondensator zur Zeitverzögerung gewählt werden.
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Vorzugsweise wird bei erkanntem High-Pegel des Aktivierungssignals und insbesondere nach erfolgter Signalverzögerung von idealerweise 10ms eine Pulsverlängerung des Aktivierungssignals durchgeführt. Zu diesem Zweck ist in der Schaltungsanordnung insbesondere eine Pulsverlängerungseinrichtung vorgesehen, die vorteilhafterweise eine Diode und einen Kondensator aufweist. Die Pulsdauer des Aktivierungssignals kann daher zweckmäßigerweise mittels der Pulsverlängerungseinrichtung ausreichend verlängert werden. Insbesondere kann die Recheneinheit auf ein derartig verlängertes Aktivierungssignal hin gestartet werden, so dass diese die Spannungsversorgung bzw. den Spannungsregler selbst aktiviert halten kann. Die Pulsverlängerungseinrichtung verlängert den Puls mindestens so lange, bis die Recheneinheit die Spannungsversorgung aktiviert halten kann.
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Vorteilhaferweise wird eine der zwei von der Referenzspannungsquelle bereitgestellten Referenzspannungen an die Pulsverlängerungseinrichtung zur Pulsverlängerung des Aktivierungssignals bereitgestellt. Zu diesem Zweck ist die Referenzspannungsquelle vorzugsweise entsprechend mit der Pulsverlängerungseinrichtung verbunden. Die Referenzspannung wird somit zweckmäßigerweise nicht nur für den Komparator verwendet, sondern vorzugsweise zur Erzeugung der Pulsverlängerung wiederverwendet.
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Bevorzugt ist die Referenzspannungsquelle über einen Widerstand bzw. Pull-Up-Widerstand mit der Pulsverlängerungseinrichtung verbunden. Somit wird zweckmäßigerweise eine geregelte Eingangsspannung für die Pulsverlängerungseinrichtung bereitgestellt, so dass diese einfach konstruiert werden kann, vorzugsweise mittels einer Diode und eines Kondensators. Die geregelte Eingangsspannung für die Pulsverlängerungseinrichtung ermöglicht insbesondere trotz der einfachen Konstruktion und insbesondere trotz Schwankungen von Parametern wie Temperatur und Betriebsspannung eine näherungsweise konstante Pulsverlängerungszeit.
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Vorteilhafterweise kann der erste Komparator durch ein MOSFET oder als ein Bipolartransistor oder als eine Kombination von Transistoren ausgebildet sein, insbesondere als eine Kombination von MOSFETs und/oder Bipolartransistoren, insbesondere um zwischen einem Maximalwert („High-Pegel“) und einem Minimalwert („Low-Pegel“) des Aktivierungssignals zu unterscheiden. Die zweckmäßigerweise geringen Genauigkeitsanforderungen an die Schaltschwelle ermöglichen insbesondere eine derartige einfache Ausgestaltung des ersten Komparators.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Aktivierungssignal über eine Schnittstelle empfangen, beispielsweise eine bidirektionale Eindrahtschnittstelle. Diese Schnittstelle gehört insbesondere nicht unmittelbar zu einem Kommunikationssystem wie CAN, Ethernet usw. Insbesondere ist die Schaltungsanordnung über diese Schnittstelle mit einer WUL verbunden.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Aktivierungssignal in der Schaltungsanordnung durch ein Ansteuerelement erzeugt werden und über die Schnittstelle und die WUL an eine oder mehrere weitere Recheneinheiten übermittelt werden, welche auf Empfang dieses Aktivierungssignals hin jeweils durch ihre jeweilige Schaltungsanordnung entsprechend obiger Erläuterungen aktiviert werden.
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Vorteilhafterweise ist ein EMV-Filter (Elektromagnetische Verträglichkeit) vorgesehen, welcher zweckmäßigerweise mit der Schnittstelle und/oder dem Ansteuerelement verbunden ist. Durch diesen EMV-Filter kann ein über die Schnittstelle bzw. ein von dem Ansteuerelement empfangenes Signal zweckmäßigerweise gefiltert werden, bevor es an Elemente der Schaltungsanordnung weitergeleitet wird. Zweckmäßigerweise ist der EMV-Filter mit dem Schalter bzw. Highside-Schalter verbunden und ferner insbesondere mit dem Komparator.
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Die Erfindung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für die Verwendung in Kraftfahrzeugen. Die Recheneinheit ist vorzugsweise ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs oder ein Mikrocontroller eines derartigen Steuergeräts und die Versorgungsspannungsquelle bevorzugt eine Kraftfahrzeugbatterie. Die Schaltungsanordnung kann insbesondere als ein Teil des Steuergeräts realisiert sein und beispielsweise zwischen dem Mikrocontroller und einer Spannungsversorgung des Steuergeräts einerseits und der Kraftfahrzeugbatterie andererseits geschaltet sein. Beispielsweise kann das Steuergerät über eine KI-30-Klemme des Kraftfahrzeugs permanent mit der Kraftfahrzeugbatterie verbunden sein. In einem abgestellten, deaktivierten Zustand des Kraftfahrzeugs kann das Steuergerät in einen Ruhemodus versetzt werden und mittels der Schaltungsanordnung auf ein Wake-Up-Signal hin wieder aufgeweckt bzw. aktiviert werden. Das Kommunikationssystem ist in diesem Fall vorzugsweise ein Bussystem des Kraftfahrzeugs, mit welchem zweckmäßigerweise weitere Steuergerät verbunden sind und welches beispielsweise als Ethernet-System ausgebildet ist. Zusätzlich zu diesem Bussystem ist vorzugsweise die WUL zum Übermitteln des Aktivierungssignals vorgesehen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine nicht-erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Aktivieren einer Recheneinheit.
- 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Aktivieren einer Recheneinheit, die zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine nicht-erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 100 zum Aktivieren einer Recheneinheit schematisch dargestellt. Beispielsweise ist die Recheneinheit 130 als ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und weist einen Mikrocontroller 131 sowie eine Spannungsversorgung 132 auf. Das Steuergerät 130 ist dauerhaft mit einer Versorgungsspannungsquelle 140, z.B. einer Kraftfahrzeugbatterie verbunden.
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Mittels der Schaltungsanordnung 100 kann die Spannungsversorgung 132 des Steuergeräts 130 aktiviert und deaktiviert werden, so dass bis zur Aktivierung ein sehr geringer Ruhestrom von insbesondere kleiner 100µA aufgenommen wird. Die Schaltungsanordnung 100 kann als ein Teil des Steuergeräts 130 realisiert sein.
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Mittels eines Aktivierungssignals bzw. Wake-Up-Signals, welches über ein Kommunikationssystem 150 des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer nicht direkt zu einem Bussystem gehörenden WUL 150, empfangen werden kann, kann das Steuergerät 130 aus dem Ruhemodus wieder aktiviert werden und wieder die Versorgungsspannungsquelle 140 zur Bereitstellung der internen Spannungen nutzen.
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Zu diesem Zweck weist die Schaltungsanordnung 100 einen Versorgungsspannungsanschluss 121 auf, z.B. eine KI30-Klemme, über welchen die Schaltungsanordnung 100 mit der Versorgungsspannungsquelle 140 verbunden ist. Über eine Schnittstelle 122, beispielsweise eine bidirektionale Eindrahtschnittstelle, ist die Schaltungsanordnung 100 mit dem Kommunikationssystem 150 verbunden.
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Mit der Schnittstelle 122 ist ein EMV-Filter 105 verbunden, mit welchem ferner ein Ansteuerelement 101 verbunden sein kann. Ist kein Wecken von anderen Steuergeräten vorgesehen, kann das Ansteuerelement 101 auch entfallen.
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Mit einem Anschluss 123 des EMV-Filters ist ein Spannungsteiler 111 verbunden. Der Spannungsteiler 111 ist mit einem Komparator 104 verbunden, mit welchem ferner eine zweite Referenzspannungsquelle 110 verbunden ist. Der Komparator 104 ist dabei als ein Doppelkomparator 104, 112 ausgebildet, welcher zwei Vergleiche durchführen kann. Die Referenzspannungsquelle 110 ist insbesondere in dem Komparator 104, 112 integriert.
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Eine erste Referenzspannungsquelle 103 dient zum Laden eines Kondensators 199 zur Darstellung einer benötigten Verzögerung von beispielsweise 10ms. Der Komparator 104 verhindert solange das Laden des Kondensators 199, wie das Kommunikationssystem 150 einen Low-Pegel darstellt.
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Der Komparator 112 vergleicht die Spannung an dem Kondensator 199 mit der Referenzspannung 110 und steuert seinen Ausgang 125 ab der Gleichheit der Spannung an Kondensator 199 und Referenzspannung 110 an.
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Der Komparator 112 ist über einen Steuerausgang 125 der Schaltungsanordnung 100 mit der Spannungsversorgung 132 des Steuergeräts 130 verbunden.
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Der Anschluss 123 ist weiterhin mit einem Transistor 109 verbunden, welcher über einen Mikrocontrolleranschluss 124 der Schaltungsanordnung 100 mit dem Mikrocontroller 131 verbunden ist.
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Mit dem Anschluss 123 ist ein Schalter 108 verbunden, insbesondere ein Highside-Schalter. Dieser Highside-Schalter 108 ist ferner mit einem Widerstand 107 verbunden, welcher über den Spannungsversorgungsanschluss 125 der Schaltungsanordnung 100 mit der Spannungsversorgung 132 verbunden ist. Der Widerstand 107 begrenzt den Strom am Steuerausgang 125. Die Versorgungsspannung an dem Versorgungsspannungsanschluss 121 bestimmt maßgeblich die Spannung am Steuerausgang 125. Somit muss der Eingang der Spannungsversorgung 132 über den gesamten Versorgungsspannungsbereich an dem Versorgungsspannungsanschluss 121 geschützt werden.
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Um das Steuergerät 130 zu aktivieren, wird die Referenzspannungsquelle 103 von dem EMV-Filter 105 direkt mit dem Aktivierungssignal bzw. Wake-Up-Signal bedient. Die Referenzspannungsquelle 103 lädt den Kondensator 199, sobald das Aktivierungssignal eine gültige Aktivierungsschwelle (High-Pegel) am Komparator 104 aufweist. Diese Schwelle ist definiert über den Spannungsteiler 111 und die zweite Referenzspannungsquelle 110. Der Komparator 112 aktiviert bei Überschreitung der Spannung am Kondensator gegenüber der Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 110 mit Hilfe des Widerstands 107 die Spannungsversorgung 132 des Steuergeräts 130. Der Widerstand 107 wird dabei über den Highside-Schalter 108 geschaltet.
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Über die WUL 150 können noch weitere Steuergeräte 130' verbunden sein, insbesondere mit zwischengeschalteter Schaltungsanordnung 100', welche insbesondere analog zu dem Steuergerät 130 bzw. der Schaltungsanordnung 100 ausgestaltet sein können. Beispielsweise kann von der Schaltungsanordnung 100 ein Aktivierungssignal erzeugt werden, um ein anderes Steuergerät 130', insbesondere mit zwischengeschalteter Schaltungsanordnung 100' zu aktivieren. Zu diesem Zweck kann beispielsweise aktiv von dem Ansteuerelement 101 ein entsprechendes Aktivierungssignal bzw. Wake-Up-Signal erzeugt werden (aktiver Modus) und über die WUL 150 an weitere Steuergeräte 130' bzw. deren Schaltungsanordnungen 100' übermittelt werden. Dieses Ansteuersignal wirkt an Anschluss 123 vergleichbar wie in 100' und 130'. Das Ansteuerelement 101 kann eine geeignete Ansteuerung mit Strombegrenzung aufweisen, z.B. einen Highside-Schalter mit Strombegrenzung.
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Bei derartigen Schaltungsanordnung 100 wird somit zum Einlesen des Aktivierungssignals in den Mikrocontroller 131 zur Signalaufbereitung und zum Schutz ein zusätzlicher Transistor 109 benötigt. Dabei weist der Transistors 109 eine temperaturabhängige Schaltschwelle auf.
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Der Doppelkomparator 104 und 112 und die Referenzspannungsquelle 110 sind in derartigen Schaltungsanordnungen 100 oftmals derart ausgestaltet und beispielsweise derart in einen integrierten Schaltkreis implementiert, dass sie nicht direkt an den Versorgungsquellenanschluss 121, also an der KI30-Klemme betrieben werden können. Oftmals werden der Doppelkomparator 104 und die Referenzspannungsquelle 110 daher mit einer durch eine Schutzbeschaltung 180 z.B. auf 16V begrenzten Dauerversorgung versorgt, was jedoch teuer und aufwendig ist und auch den Strombedarf des Geräts im Ruhemodus unnötig erhöht.
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Weiterhin besteht bei derartigen Schaltungsanordnungen 100 die Gefahr, dass eine geforderte Eingangsimpedanz der WUL von z.B. 10kΩ an der Schnittstelle 122 verletzt wird, wenn die Referenzspannungsquelle 103 über den EMV-Filter 105 direkt aus dem Kommunikationssystem 150 versorgt wird. Ferner ist der in dem Ansteuerelement 101 verwendete PMOS-Transistor vergleichsweise teuer und benötigt zusätzlichen Schutz gegen Überspannung an seinem Gate-Anschluss, da die Betriebsspannung für ein typisches Gate zu hoch ist.
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Im Gegensatz zu derartigen Schaltungsanordnungen 100 ist in 2 eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung schematisch dargestellt und mit 200 bezeichnet.
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Die Schaltungsanordnung 200 ist zum Aktivieren einer Recheneinheit 230 vorgesehen, welche zweckmäßigerweise als Steuergerät eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist und einen Mikrocontroller 231 sowie eine Spannungsversorgung 232 aufweist. Analog zu obiger Erläuterung kann die Spannungsversorgung 232 mittels der Schaltungsanordnung 200 in dem Steuergerät 230 aktiviert werden.
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Mittels eines Aktivierungssignals, welches über ein Kommunikationssystem 250 des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer nicht direkt zu einem Bussystem gehöhrenden WUL, empfangen werden kann, kann das Steuergerät 230 mittels der Schaltungsanordnung 200 aus dem Ruhemodus aktiviert werden.
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Zu diesem Zweck weist die Schaltungsanordnung 200 einen Versorgungsspannungsanschluss 221 auf, z.B. eine KI30-Klemme, über welchen die Schaltungsanordnung 200 mit der Versorgungsspannungsquelle 240 verbunden ist. Über eine Schnittstelle 222, beispielsweise eine bidirektionale Eindrahtschnittstelle, ist die Schaltungsanordnung 200 mit dem Kommunikationssystem 250, insbesondere der WUL 250 verbunden. Mit der Schnittstelle 222 ist ein EMV-Filter 205 verbunden, mit welchem ferner das Ansteuerelement 201 verbunden ist.
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Die Schaltungsanordnung 200 weist im Gegensatz zu den Schaltungsanordnungen gemäß 1 keine zwei unabhängigen Referenzspannungsquellen 103, 110 auf. Stattdessen weist die Schaltungsanordnung 200 eine einzige Referenzspannungsquelle 203 auf, die über einen Schalter (typischerweise als High-Side-Schalter ausgeführt) 208 mit dem Versorgungsspannungsanschluss 221 und somit mit der Versorgungsspannungsquelle 240 verbindbar ist. Dieser Schalter 208 ist beispielsweise als Bipolartransistor ausgebildet.
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Von dieser Referenzspannungsquelle 203 ist zweckmäßigerweise eine weitere Referenzspannung abgeleitet, insbesondere durch einen Widerstandsspannungsteiler 260, beispielsweise im Verhältnis 1:1. Die Referenzspannungsquelle 203 ist mit einem ersten Komparator 204 verbunden und stellt für diesen Komparator 204 einen Vergleichswert zur Verfügung. Ferner ist die Referenzspannungsquelle 203 mit einem zweiten Komparator 212 verbunden und kann diesen zweiten Komparator 212 mit einer zweiten Referenzspannung versorgen.
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Der erste Komparator 204 ist dazu eingerichtet, einen Vergleich mit der ersten Referenzspannung durchzuführen um einen High-Pegel des Aktivierungssignals zu erkennen. Der zweite Komparator 212 ist dazu eingerichtet, einen Vergleich mit der zweiten Referenzspannung durchzuführen um die benötigte Einschaltverzögerung umzusetzen.
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Ebenso ist die Referenzspannungsquelle 203 ist mit einem Ladekondensator 299 verbunden und dient somit zur Bereitstellung eines Ladestroms, sobald der Komparator 204 dieses zulässt. Ebenso ist die Referenzspannungsquelle 203 über den Spannungsteiler 260 mit dem zweiten Komparator 212 verbunden. Der Ausgang des Spannungsteilers 260 dient hierbei als Vergleichswert für den Vergleich mit der Spannung des Kondensators 299. Der Ausgang des Komparators 212 dient zur Ansteuerung einer Pulsverlängerungsschaltung 214. Die Komparatoren 204 und 212 können als Doppelkomparator ausgeführt sein. Ferner ist auch der EMV-Filter 205 mit dem Komparator 204 und dem Schalter 208 verbunden. Der Schalter 208 dient insbesondere zur geschalteten Versorgung der Komparatoren 204, 212 sowie der Referenzspannungsquelle 203. Somit wird die Referenzspannungsquelle 203 über den Schalter 208 aus der Versorgungsspannungsquelle 240 gespeist und belastet somit im Gegensatz zu der Referenzspannungsquelle 103 der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung 100 die WUL 250 nicht.
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Die Referenzspannungsquelle 203 ist direkt mit einem Mikrocontrolleranschluss 224 und somit mit dem Mikrocontroller 231 verbunden, ohne zusätzlichen zwischengeschalteten Transistor 109.
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Im Gegensatz zu der Schaltungsanordnung 100 ist nicht der Highside-Schalter 108, sondern die Referenzspannungsquelle 203 mit einem Widerstand 207 verbunden. Hiermit ist eine gute Wiederholgenauigkeit in der Pulsverlängerungsschaltung 214 sichergestellt.
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Dieser Widerstand 207 sowie der Komparator 212 sind vorzugsweise mit einer Pulsverlängerungseinrichtung 214 verbunden, welche wiederum über einen Spannungsversorgungsaktivierungsanschluss 225 mit der Spannungsversorgung 232 des Steuergeräts 230 verbunden ist.
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Mittels dieser Pulsverlängerungseinrichtung 214 ist es zweckmäßigerweise möglich, einen Puls bzw. eine Pulsdauer des Aktivierungssignals zu verlängern, beispielsweise auf über 50ms. Mittels eines derartig verlängerten Pulses des Aktivierungssignals kann insbesondere erreicht werden, dass der Mikrocontroller 231 starten und die Spannungsversorgung 232 bzw. einen Spannungsregler selbst aktiviert halten kann.
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Der Doppelkomparator 204 und 212 und die Referenzspannungsquellen 203 werden zweckmäßigerweise nur versorgt, wenn von dem Anschluss 223 des EMV-Filters 205 ein Aktivierungssignal an den Schalter 208 geleitet wird, welches eine Schaltschwelle des Schalters 208 überschreitet. Zweckmäßigerweise liegt die Schaltschwelle des High-Side-Schalters zwischen dem High-Pegel, der niedrigsten Spannung die zur Aktivierung der Recheneinheit führen soll, und dem Low-Pegel, der höchsten Spannung, die nicht zu einer Aktivierung führen soll.
Durch die Verwendung von nur einer Referenzspannungsquelle 203, von welcher eine weitere Referenzspannung z.B. in dem Verhältnis 1:1 abgeleitet wird, können Toleranzen in der ersten dieser beiden Referenzspannung zweckmäßigerweise nicht zu einer signifikant ungenauen, zeitlichen Verzögerung führen. Diese erste Referenzspannung wird insbesondere direkt in dem Komparator 204 verwendet, um zwischen High-Pegel und Low-Pegel des Aktivierungssignals zu unterscheiden. Insbesondere kann dabei ein kostengünstiger Standard-Komparator als Doppel-Komparator 204 und 212 verwendet werden. Bei erkanntem High-Pegel des Aktivierungssignals werden nach einer Verzögerung um ein vorgegebenes Zeitintervall von beispielsweise 10ms zweckmäßigerweise die Spannungsversorgung 232 und der Mikrocontroller 231 aktiviert.
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Der Komparator 204 kann alternativ auch durch einen MOSFET oder Bipolartransistor oder eine Kombination daraus ersetzt werden, um zwischen einem Maximalwert („High-Pegel“) und einem Minimalwert („Low-Pegel“) des Aktivierungssignals zu unterscheiden und den Kurzschluss des Kondensators erst zu beenden, wenn ein „High-Pegel“ an der Schnittstelle 222 erkannt wird.
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Insbesondere wird bei erkanntem High-Pegel die erste Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 203 zur Versorgung des Widerstands 207 verwendet und stellt zweckmäßigerweise eine geregelte Eingangsspannung für die Pulsverlängerungseinrichtung 214 bereit, so dass diese für eine genaue Verlängerung des Pulses nicht unnötig verteuert werden muss. Die Pulsverlängerungseinrichtung 214 kann daher kostengünstig und aufwandsarm realisiert werden, beispielsweise mit einer Diode und einem Kondensator.
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Ferner wird die erste Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 203 über den Mikrocontrolleranschluss 224 direkt in den Mikrocontroller 231 eingelesen, wobei insbesondere keine weitere Signalaufbereitung und kein Signalschutz benötigt wird.
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Es besteht insbesondere nicht die Gefahr, dass eine geforderte Eingangsimpedanz an 122 von z.B. 10kΩ kann nicht eingehalten werden kann, da die Versorgung der Referenzspannungsquelle 203 über den Schalter 208 aus dem Versorgungsspannungsanschluss 221 geschieht.
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Im Gegensatz zu der Schaltungsanordnung 100, wie sie in 1 gezeigt ist, werden bei einer Schaltungsanordnungen 200 im Rahmen der Erfindung somit keine zwei verschiedenen, unterschiedlich driftenden,
Referenzspannungsquellen 103, 110 verwendet, sondern es wird von einer Referenzspannungsquelle 203 eine weitere Referenzspannung in dem Spannungsteiler 260 abgeleitet. Dabei wird dieselbe Spannungsreferenz insbesondere sowohl zum Laden eines Zeitglieds als auch zum Generieren eines Vergleichswerts verwendet; somit heben sich Toleranzen der Referenzspannung 203 weitestgehend auf. Ferner wird diese Spannungsreferenz auch zur Erzeugung der Pulsverlängerung wiederverwendet.
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Die Komparatoren 204 und 212 und die Referenzspannungsquelle 203 können über den Schalter 208 direkt an den Versorgungsquellenanschluss 221 und somit direkt an der KI30-Klemme betrieben werden. Es wird keine teure, aufwendige Dauerversorgung benötigt. Die Komparatoren 204 und 212 können in kostengünstige integrierte Schaltkreise implementiert werden. Die Referenzspannungsquelle 203 kann beispielsweise kostengünstig als Zener-Diode implementiert werden.
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Analog zu obigen Erläuterungen können noch weitere Steuergeräte 230' mit dem Kommunikationssystem 250 bzw. der WUL 250 verbunden sein, insbesondere mit zwischengeschalteter Schaltungsanordnung 200', welche insbesondere analog zu dem Steuergerät 230 bzw. der Schaltungsanordnung 200 ausgestaltet sein können. Um ein externes Steuergerät 230' zu aktivieren, kann beispielsweise aktiv von dem Ansteuerelement 201 ein Aktivierungssignal erzeugt werden (aktiver Modus) und über die WUL 250 an weitere Steuergeräte 230' bzw. deren Schaltungsanordnungen 200' übermittelt werden.
