DE102019204176A1

DE102019204176A1 - Schaltungsanordnung zum Verhindern der fehlerhaften Datenübertragung über eine Busschnittstelle

Info

Publication number: DE102019204176A1
Application number: DE102019204176.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wunderlich; Alfons Fisch
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: CN217008192U; DE102019204176B4; WO2020193642A1

Abstract

Sie Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Verhindern der fehlerhaften Datenübertragung über eine Busschnittstelle (BUS) mit einem Mikrocontroller (MC), einem mit dem Mikrocontroller (MC) verbundenen Busschnittstellenbaustein (BT) und einer den Mikrocontroller (MC) überwachenden Überwachungseinheit (MU), wobei sowohl der Mikrocontroller (MC) als auch die Überwachungseinheit (MU) einen Abschaltausgang aufweisen, die mit je einem Eingang einer logischen UND-Schaltung (AND) verbunden sind, und wobei eine den Busschnittstellenbaustein (BT) mit einem Versorgungsspannungspotential (VDDx) verbindende Schalteinheit (SE; SR) mit dem Ausgang der UND-Schaltung (AND) verbunden ist, um im Fehlerfall den Busschnittstellenbaustein (BT) von einer Versorgungsspannung trennen zu können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Verhindern der fehlerhaften Datenübertragung über eine Busschnittstelle mit einem Mikrocontroller, einem mit dem Mikrocontroller verbundenen Busschnittstellenbaustein und einer den Mikrocontroller überwachenden Überwachungseinheit.
Bus-Schnittstellen wie CAN, Flexray, Ethernet oder LIN, die im Fahrzeug zur Ansteuerung sicherheitsrelevanter Aktoren durch ein Steuergerät verwendet werden, sind zumeist in ein Sicherheits-Abschaltkonzept eingebunden. Ziel ist es dabei, die Bus-Kommunikation im Fehlerfall zu blockieren.
Bei einer ersten Möglichkeit dient zur Abschaltung ein an einem Busschnittstellenbaustein oder Bus-Transceiver vorhandener Enable-Pin, auch Mode-Control-Pin genannt. Über diesen kann die Senderichtung blockiert oder der Transceiver komplett deaktiviert werden.
Bei einer weiteren Möglichkeit wird eine Mikrocontroller-interne Abschaltung des Sendepfades verwendet. Die Funktion wird dabei intern über Software oder extern über einen Pin am Mikrocontroller getriggert.
Oben genannte Lösungen erfüllen jedoch möglicherweise nicht die geforderten FIT-Raten für ASIL D Sicherheitsziele, da Common Cause Fehler wie beispielsweise das Spannungsversorgungskonzept von Mikrocontroller, Logik und Bus-Transceiver nicht auszuschließen sind.
Die DE 10 2011 016 706 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung für ein Steuergerät zur Umsetzung einer Fail-Silent- bzw. Fail-Safe-Funktion mit einem Mikrocontroller, der eine hardwarerealisierte Überwachungseinrichtung umfasst, die Fehler in einzelnen Modulen des Mikrocontrollers erfasst und mindestens einen Ausgang aufweist, um externe Komponenten mittels einer Signalspannung über erfasste Fehler zu informieren, und mit einem Bustreiber, der zur Kommunikation des Steuergeräts mit einem Busnetzwerk dient, wobei die am Ausgang der Überwachungseinrichtung geführte Signalspannung dazu genutzt wird, um bei Erfassung eines Fehlers durch die Überwachungseinrichtung den Bustreiber derart zu steuern, dass die Bus-Kommunikation des Steuergeräts unterbrochen wird.
Dabei kann der Bustreiber eine Buswächter-Schnittstelle mit einem Eingang umfassen und der Ausgang der Überwachungseinrichtung mit dem Eingang der Buswächter-Schnittstelle verbunden sein, wobei im Normalfall ein High-Pegel und im Fehlerfall ein Low-Pegel der Signalspannung am Ausgang der Überwachungseinrichtung geführt wird und der Bustreiber die Bus-Kommunikation unterbricht, wenn am Eingang der Buswächter-Schnittstelle ein Low-Pegel anliegt.
Diese Lösung und das oben erstgenannte Konzept können nicht für alle Bus-Transceiver im automotiven Bereich verwendet werden, da der Enable-Pin nicht bei allen Bus-Schnittstellenbausteinen bzw. Bus-Transceivern vorhanden ist.
Die Mikrocontroller-interne Abschaltung ist außerhalb des spezifizierten Spannungsbereiches nicht garantiert und existiert bei Mikrocontrollern einiger Hersteller nicht.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Verhindern der fehlerhaften Datenübertragung über eine Busschnittstelle anzugeben, die unabhängig von speziellen Eigenschaften des Mikrocontrollers und des Bus-Transceivers ist.
Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demnach ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Verhindern der fehlerhaften Datenübertragung über eine Busschnittstelle mit einem Mikrocontroller, einem mit dem Mikrocontroller verbundenen Busschnittstellenbaustein und einer den Mikrocontroller überwachenden Überwachungseinheit gebildet, wobei sowohl der Mikrocontroller als auch die Überwachungseinheit einen Abschaltausgang aufweisen, die mit je einem Eingang einer logischen UND-Schaltung verbunden sind, und wobei eine den Busschnittstellenbaustein mit einem Versorgungsspannungspotential verbindende Schalteinheit mit dem Ausgang der logischen UND-Schaltung verbunden ist, um im Fehlerfall den Busschnittstellenbaustein von einer Versorgungsspannung trennen zu können.
Unabhängig von speziellen Eigenschaften des Mikrocontrollers oder einem Enable-Eingang des Bus-Transceivers oder des Busschnittstellenbausteins kann somit in vorteilhafter und einfacher Weise eine Datenübertragung bei einem Fehlerfall verhindert werden, da die Spannungsversorgung des Busschnittstellenbausteins unterbrochen wird und dieser folglich nicht mehr arbeiten kann.
Die Schalteinheit kann dabei ein Schaltelement sein, das zwischen einem Versorgungsspannungspotential - vorzugsweise dem positiven Versorgungsspannungspotential - einer den Busschnittstellenbaustein versorgenden Versorgungsspannung und dessen entsprechendem Versorgungsspannungseingang verschaltet ist. In diesem Fall wird der Busschnittstellenbaustein einfach von der Versorgungsspannung getrennt.
In einer alternativen Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Schalteinheit ein Spannungsregler, von dem der Busschnittstellenbaustein mit einer Versorgungsspannung versorgt wird. Dieser wird von einem definierten Pegel am Ausgang der logischen UND-Schaltung deaktiviert, so dass ebenfalls keine Versorgungsspannung mehr am Busschnittstellenbaustein anliegt und dieser ebenfalls inaktiv wird.
In einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind der Spannungsregler und die Überwachungseinheit und ggf. auch die UND-Schaltung in einem elektronischen Baustein integriert ausgebildet. Es handelt sich dann also um einen sogenannten power-supply-ASIC (applicant specific integrated circuit) mit integrierter watchdog-Schaltung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen

1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
2 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung

In der ersten Variante einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wie sie in 1 dargestellt ist, weist ein Mikrocontroller MC unter anderem zwei Datenanschlüsse auf, von denen der eine mit einer Datensendeleitung TxD und der andere mit einer Datenempfangsleitung RxD Datens verbunden ist. Die Datensende- und die Datenempfangsleitung sind mit entsprechenden Ein bzw. Ausgängen eines Busschnittstellenbausteins BT, der auch häufig als Bustreiber oder Bustransceiver bezeichnet wird, verbunden. Der Busschnittstellenbaustein BT gibt dann entsprechend den Busspezifikationen Signale bestimmter Pegel auf entsprechende Leitungen BUS oder hat Empfangsschaltungen, um solche empfangen und umsetzen zu können. Als Busse kommen dabei alle möglichen Busse wie beispielsweise die derzeit gängigen CAN-, Flexray-, Ethernet- oder LIN-Busse in Frage.
Der Busschnittstellenbaustein BT ist an eine Spannungsversorgungsquelle VDDx in erfindungsgemäßer Weise über eine angeschlossen, die im Ausführungsbeispiel der 1 mit einem Schaltelement gebildet ist, das beispielsweise mit einem MOS-FET gebildet ist.
Der Mikrocontroller MC wird in bekannter Weise von einer Überwachungseinheit MU, die häufig als Watchdog bezeichnet wird, auf korrekte Funktion überwacht und weist ebenso wie der Mikrocontroller MC einen Abschaltausgang DIS auf.
Der Abschaltausgang DIS sowohl des Mikrocontrollers MC als auch der Überwachungseinheit MU ist mit einem jeweiligen Eingang einer logischen UND-Schaltung AND verbunden, die z.B. als einfaches UND-Gatter ausgebildet sein kann.
Die Überwachungseinheit MU und die logischer UND-Schaltung können getrennt oder als integrierter Baustein ausgelegt sein.
Der Ausgang dieser logischen UND-Schaltung AND ist mit einem Steuereingang der Schalteinheit SE verbunden, um diese im Fehlerfall öffnend ansteuern zu können, so dass der Busschnittstellenbaustein BT nicht mehr mit dem positiven Potential VDDx der Spannungsversorgungsquelle verbunden ist und folglich nicht mehr versorgt wird. Als Konsequenz kann er keine Signale mehr über den Bus BUS übertragen, so dass beispielsweise Aktoren, wie Einspritzventile, nicht fehlerhaft angesteuert werden können.
In der zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wie sie in 2 dargestellt ist, sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen und sind auch in gleicher Weise miteinander verbunden. Sie werden daher nicht noch einmal beschrieben, es wird hierzu auf die Beschreibung der Variante der 1 verwiesen.
Der Busschnittstellenbaustein BT ist an eine Spannungsversorgungsquelle angeschlossen, die als Spannungsregler SR ausgebildet ist und ebenfalls ein positives Spannungsversorgungspotential VDDx sowie ein negatives Spannungsversorgungspotential GND für den Busschnittstellenbaustein BT zur Verfügung stellt. Dieser ist hier also in erfindungsgemäßer Weise an einen Spannungsregler SR angeschlossen, der in einer integrierten Schaltung IC ausgebildet ist, welche häufig als Power-Supply-ASIC bezeichnet wird.
Diese integrierte Schaltung IC ist zur Kommunikation und zur Überwachung über eine oder mehrere Leitungen Comm/MO verbunden. Sie weist außerdem einen Anschluss auf, der mit dem Abschaltanschluss DIS des Mikrocontrollers MC und innerhalb der integrierten Schaltung IC mit einem Eingang der logischen UND-Schaltung AND verbunden ist. Die wird im dargestellten Ausführungsbeispiel von der Fahrzeugbatterie mit einer Spannung Vbatt versorgt.
Die Überwachungseinheit MU ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls in der integrierten Schaltung IC ausgebildet und ebenso die logische UND-Schaltung AND. Hierbei kann in vorteilhafter Weise ein Abschaltausgang der Überwachungseinheit MU direkt auf dem Halbleiterchip mit einem Eingang der logischen UND-Schaltung AND verbunden werden. In gleicher Weise ist der Ausgang der logischen UND-Schaltung AND direkt auf dem Halbleiterchip mit dem Spannungsregler SR verbunden, um diesen im Fehlerfall deaktivieren zu können.
Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird ein flexibles Abschaltkonzept realisiert, das für die unterschiedlichsten Transceiver und zudem auch Mikrocontroller-Hersteller-unabhängig verwendet werden kann. Es können dabei alle sicherheitsrelevanten Ansteuer-Aufgaben die über Busschnittstellen realisiert werden, sicher erfüllt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011016706 A1 [0006]

Claims

Schaltungsanordnung zum Verhindern der fehlerhaften Datenübertragung über eine Busschnittstelle (BUS) mit einem Mikrocontroller (MC), einem mit dem Mikrocontroller (MC) verbundenen Busschnittstellenbaustein (BT) und einer den Mikrocontroller (MC) überwachenden Überwachungseinheit (MU), wobei sowohl der Mikrocontroller (MC) als auch die Überwachungseinheit (MU) einen Abschaltausgang aufweisen, die mit je einem Eingang einer logischen UND-Schaltung (AND) verbunden sind, und wobei eine den Busschnittstellenbaustein (BT) mit einem Versorgungsspannungspotential (VDDx) verbindende Schalteinheit (SE; SR) mit dem Ausgang der UND-Schaltung (AND) verbunden ist, um im Fehlerfall den Busschnittstellenbaustein (BT) von einer Versorgungsspannung trennen zu können.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Schalteinheit (SE) ein Schaltelement ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Schalteinheit (SE) ein Spannungsregler (SR) ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Spannungsregler (SR) und die Überwachungseinheit (MU) in einem Baustein (IC) integriert ausgebildet sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, bei der auch die UND-Schaltung (AND) in dem Baustein (IC) integriert ausgebildet ist.