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Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung und ein Verfahren zu deren Betrieb. Insbesondere betrifft die Erfindung die Übermittlung von Signalen über Ein-/Ausgangskontakte der integrierten Schaltung.
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Bekannte integrierte Schaltungen sind an ihren Anschlusskontakten, z.B. Pins, mittels verschiedener Arten elektrischer Signale gemäß verschiedener Kommunikationsprotokolle ansteuerbar. Eine bekannte Schnittstelle einer integrierten Schaltung kann dabei eine UART-Schnittstelle (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) sein, bei der auf besonders einfache und robuste Weise Daten übertragen werden können. Bekanntlich sieht UART-Datenübertragung an zwei Ein-/Ausgangskontakten RX, TX asynchrone Spannungssignale gegenüber Masse vor.
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Eine weitere für integrierte Schaltungen bekannte Form der Kommunikation ist die Signalübertragung mittels CAN-Datenbus als differenzielle, symmetrische Spannungssignale an zwei Ein-/Ausgangskontakten CAN_L, CAN_H gemäß dem CAN-Bus-Protokoll.
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Es ist bereits die Übertragung von UART-Signalen über einen CAN-Datenbus bekannt. Hierfür können CAN-Transceiver, bspw. HS-CAN oder CAN-FD Transceiver genutzt werden, mit denen zur Datenübertragung zwischen zwei Geräten ein erstes Gerät UART-Signale an einen CAN-Transceiver übermittelt, diese dort als CAN-Bus-Signale umgesetzt und zu einem weiteren CAN-Transceiver übertragen werden. Von diesem werden die Signale wieder in UART-Signale gewandelt und an die zweite Komponente übermittelt.
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Die
KR 20220125649 A beschreibt Mehrfach-UART-Kommunikation über einen CAN-Bus. Ein integrierter Controller kann in einem CAN-Modus und einem UART-Modus betrieben werden. Wenn ein RxD-Signal eingegeben wird, erfolgt die Verarbeitung in einem UART-Empfangszustand zum Speichern der eingegebenen RxD-Daten in einem Sendepuffer und Ausgabe der RxD-Daten im CAN-Modus als CANH- und CANL-Signale über den CAN-Bus. Wenn ein CAN-Signal an den integrierten Controller über den CAN-Bus gegeben wird, werden die CAN-Daten in einem FIFO-Empfangspuffer gespeichert und als TxD-Signal im UART-Sendemodus ausgegeben.
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Es kann als Aufgabe angesehen werden, eine integrierte Schaltung mit breiter Verwendbarkeit anzugeben.
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Im Hinblick auf die Aufgabe werden eine integrierte Schaltung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Betrieb gemäß Anspruch 10 vorgeschlagen.
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Die erfindungsgemäße integrierte Schaltung umfasst eine Mehrzahl von Anschlusskontakten, darunter zumindest ein erster und ein zweiter Ein-/Ausgabekontakt, also bspw. zwei Pins.
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Teil der integrierten Schaltung ist ein CAN-Transceiver bspw. ein HS-CAN oder CAN-FD Transceiver, der ausgelegt ist zum Umsetzen von Signalen zwischen CAN-Datenbus-Anschlüssen und UART-Anschlüssen, also Anschlüssen für UART-Signale, d.h. Spanungssignale gegenüber Masse an TX/RX-Anschlüssen (single-ended). Der CAN-Transceiver ist bevorzugt als monolithisch integrierter Teil vorgesehen. Die Signalumsetzung kann uni- oder bevorzugt bidirektional sein.
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Die integrierte Schaltung umfasst erfindungsgemäß weiter eine UART-Kommunikationseinheit zum Senden und/oder Empfangen von UART-Signalen an UART-Kommunikationsanschlüssen. Die UART-Kommunikationseinheit kann bevorzugt ebenfalls monolithisch integrierter Teil der Schaltung sein.
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Die UART-Anschlüsse des CAN-Bus-Transceivers sind mit den UART-Kommunikationsanschlüssen der UART-Kommunikationseinheit gekoppelt. Während die Kopplung indirekt über zwischengeschaltete Funktionseinheiten möglich ist, ist eine direkte Verbindung bevorzugt.
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Erfindungsgemäß ist eine Umschalteinheit vorgesehen, die verschaltet ist zwischen den Ein-/Ausgangskontakten der integrierten Schaltung, den CAN-Datenbus-Anschlüssen des CAN-Bus-Transceivers und den UART-Kommunikationsanschlüssen der UART-Kommunikationseinheit. Die Umschalteinheit ist umschaltbar zwischen zumindest zwei Zuständen. In einem ersten Zustand trennt sie den ersten und zweiten Ein-/ Ausgangskontakt von den UART-Kommunikationsanschlüssen und verbindet sie mit den CAN-Datenbus-Anschlüssen. In einem zweiten Zustand trennt die Umschalteinheit den ersten und zweiten Ein-/Ausgangskontakt von den CAN-Datenbus-Anschlüssen und verbindet sie mit den UART-Kommunikationsanschlüssen.
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Auf diese Weise ist eine Umschaltmöglichkeit gegeben, die die Nutzung der Ein-/ Ausgangskontakte gemäß verschiedener Signalarten ermöglicht. Im ersten Zustand sind der erste und zweite Ein-/Ausgangskontakt mit dem CAN-Bus-Transceiver verbunden, so dass an den beiden Anschlüssen CAN-Bus-Signale, speziell UART-over-CAN-Bus-Signale, gesendet bzw. empfangen werden können. Durch die Kopplung der UART-Anschlüsse des CAN-Bus-Transceivers mit den UART-Kommunikationsanschlüssen der UART-Kommunikationseinheit werden die Signale nach Umsetzung an letztere übermittelt. Im zweiten Zustand hingegen ist der CAN-Bus-Transceiver abgetrennt und die UART-Kommunikationseinheit erhält direkt vom ersten und zweiten Ein-/Ausgabekontakt dort angelegte UART-Signale.
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Entsprechend erfolgt bei den erfindungsgemäßen Betriebsverfahren, wenn die Umschalteinheit in den ersten Zustand geschaltet ist, eine Kommunikation zwischen der UART-Kommunikationseinheit über den CAN-Bus-Transceiver mit einem an die Ein-/Ausgangskontakte angeschlossenen Gerät mittels UART-over-CAN-Bus-Signalen. Wenn die Umschalteinheit in den zweiten Zustand geschaltet ist, kommuniziert die UART-Kommunikationseinheit mit einem an die Ein-/Ausgangskontakte angeschlossenen Gerät mittels UART-Signalen.
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In beiden Fällen erfolgt somit die Kommunikation über die UART-Kommunikationseinheit der integrierten Schaltung, allerdings wahlweise gemäß dem Zustand der Umschalteinheit mit zwei verschiedenen Signalarten. Die integrierte Schaltung ist somit flexibel nutzbar gemäß verschiedener Anschlussarten, ohne dass zusätzliche Ein-/Ausgangskontakte notwendig sind. Dabei kann auch der interne Aufbau weiter sehr einfach gehalten werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die integrierte Schaltung eine Funktionseinheit, die mit der UART-Kommunikationseinheit zum Senden und/oder Empfangen von Daten, Kommandos und/oder Signalen gekoppelt ist. Die Funktionseinheit kann somit Signale von der UART-Kommunikationseinheit empfangen oder über diese versenden. Die Funktionseinheit kann auf verschiedene Weise realisiert sein, auch als Zentraleinheit zur Ausführung von Befehlen, bspw. einer gespeicherten Programmierung. Art und Funktion der Funktionseinheit können je nach Einsatzzweck der integrierten Schaltung sehr unterschiedlich ausgebildet sein, bspw. zum Aussenden von Daten, z.B. von einem Sensor, zur Übermittlung mittels der UART-Kommunikationseinheit. Bevorzugt handelt es sich bei der Funktionseinheit um eine Steuerschaltung, die mittels der von der UART-Kommunikationseinheit empfangenen Signale steuerbar ist und eine Steuerfunktion ausfüllt, bzw. mit Ansteuerung eines oder mehrerer Ein/Ausgangskontakte. Insbesondere kann die Funktionseinheit eine Leuchtmittelsteuerschaltung realisieren, bspw. zur Ansteuerung von LED-Leuchtmitteln oder -Modulen. Mittels der am ersten und zweiten Ein/Ausgangskontakt empfangenen Signale kann die Steuerschaltung zum Ausführen von Steuerfunktionen angesprochen werden, bspw. zur Einstellung verschiedener Betriebsparameter eines angeschlossenen Leuchtmittels. Die Funktionseinheit ist dann wahlweise steuerbar mittels UART-Signalen, oder mittels umgesetzter UART-over-CAN-Signale.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Umschalteinheit mindestens einen ersten und einen zweiten Umschalter umfassen. Die CAN-Datenbus-Anschlüsse können bspw. einen ersten und einen zweiten CAN-Datenbus-Anschlusskontakt umfassen und die UART-Kommunikationsanschlüsse können bspw. einen ersten und zweiten UART-Kommunikationsanschluss umfassen. Der erste Umschalter ist bevorzugt verbunden mit dem ersten Ein-/Ausgangskontakt, ersten CAN-Datenbus-Anschlusskontakt und ersten UART-Kommunikationsanschluss. Er ist bevorzugt ausgelegt zur wahlweisen Verbindung des ersten Ein-/Ausgangskontakts entweder mit dem ersten CAN-Datenbus-Anschlusskontakt oder dem ersten UART-Kommunikationsanschluss. Spiegelbildlich ist der zweite Umschalter bevorzugt verbunden mit dem zweiten Ein-/Ausgangskontakt, zweiten CAN-Datenbus-Anschlusskontakt und zweiten UART-Kommunikationsanschluss. Er ist bevorzugt ausgelegt zur wahlweisen Verbindung des zweiten Ein-/Ausgangskontaktes entweder mit dem zweiten CAN-Datenbus-Anschlusskontakt oder dem zweiten UART-Kommunikationsanschluss.
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Die Umschalteinheit und bevorzugt deren erster und zweiter Umschalter sind vorzugsweise mit einem Umschaltsignal umschaltbar zwischen dem ersten und zweiten Zustand. Bevorzugt sind der erste und zweite Umschalter stets synchron hinsichtlich der Zustände.
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Gemäß einer Weiterbildung kann ein nichtflüchtiger Zustandsspeicher vorgesehen sein, in dem mindestens ein erster und ein zweiter Wert speicherbar sind. Der Zustandsspeicher kann zur Ansteuerung der Umschalteinheit direkt oder indirekt mit dieser gekoppelt sein, um diese in den ersten Zustand zu schalten, wenn der erste Wert gespeichert ist und in den zweiten Zustand, wenn der zweite Wert gespeichert ist. So kann mittels des nichtflüchtigen Zustandsspeichers der Betriebsmodus vorgegeben und dauerhaft, d.h. auch über zwischenzeitliches Ausschalten der integrierten Schaltung hinaus, gespeichert sein.
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Dabei ist bevorzugt, dass in dem Zustandsspeicher bei erstmaliger Inbetriebnahme der integrierten Schaltung der erste Wert gespeichert ist, die integrierte Schaltung demnach im UART-over-CAN-Modus arbeitet. In einer alternativen Ausführung ist es aber auch möglich, dass in dem Zustandsspeicher bei erstmaliger Inbetriebnahme der zweite Wert gespeichert ist.
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Bevorzugt ist der in dem Zustandsspeicher gespeicherte Wert änderbar, bspw. durch externe Programmierung, z.B. über einen hierfür vorgesehenen Programmieranschluss und/oder durch eine Zentral- oder Funktionseinheit der integrierten Schaltung.
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Es ist möglich, im Fall der Änderung des in dem Zustandsspeicher gespeicherten Werts unmittelbar eine Ansteuerung der Umschalteinheit zu bewirken, so dass diese gemäß dem geänderten Wert in den zugehörigen Zustand gebracht wird. Bevorzugt erfolgt jedoch keine spontane Umschaltung im aktiven Betrieb der integrierten Schaltung, sondern erst bei einer erneuten Inbetriebnahme, d.h. bspw. Anschluss an Leistungsversorgung nach vorheriger Trennung von der elektrischen Leistungsversorgung oder Reduktion derselben. Vom Verfahrensablauf kann somit vorgesehen sein, im Fall einer Änderung des im Zustandsspeicher gespeicherten Werts im laufenden Betrieb der integrierten Schaltung zunächst keine Umschaltung der Umschalteinheit vorzunehmen. Eine Ansteuerung der Umschalteinheit zur Umschaltung kann dann erst bei - erstmaliger oder erneuter - Inbetriebnahme der integrierten Schaltung erfolgen, indem der Wert im Zustandsspeicher ausgelesen und die Umschalteinheit gemäß dem ausgelesenen Wert angesteuert wird.
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Während der Zustand der Umschalteinheit und somit die Art der an den Ein-/Ausgangskontakten verarbeiteten Signale durch externe Vorgabe bzw. Programmierung festgelegt werden kann, ist gemäß einer optionalen Weiterbildung auch eine automatische Detektion der Beschaltung möglich. Hierzu kann eine Detektionseinheit mit einem oder mehreren der Ein-/ Ausgangskontakte (sowie ggfs. mit weiteren Kontakten, bspw. Masse) gekoppelt und dazu ausgelegt sein, einen Anschluss der Ein-/Ausgangskontakte an einen CAN-Bus oder eine UART-Verbindung zu erkennen. Eine solche Erkennung ist bspw. durch Analyse von Spannungspegeln an einem oder mehreren der Ausgangskontakte gegenüber Masse bzw. gegeneinander möglich.
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Die Detektionseinheit kann mit der Umschalteinheit und/oder mit dem nicht flüchtigen Zustandsspeicher so gekoppelt sein, dass die Umschalteinheit in den ersten Zustand geschaltet wird, wenn die Detektionseinheit einen Anschluss an einen CAN-Bus erkennt und in den zweiten Zustand, wenn die Detektionseinheit einen Anschluss an eine UART-Verbindung erkennt. So kann sichergestellt sein, dass die integrierte Schaltung stets nach der durch externen Anschluss vorgegebenen Betriebsart im richtigen Modus arbeitet.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer integrierten Schaltung;
- 2a ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung aus 1 in einer ersten Konfiguration;
- 2b ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung aus 1 in einer zweiten Konfiguration.
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1 zeigt in einem schematischen (Block-)Schaltbild Elemente einer integrierten Schaltung 10 mit Ein-/Ausgabekontakten (Pins) 12a - e. Es sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung in 1 ebenso wie die nachfolgende Beschreibung sich auf die für die vorliegende Ausführungsform maßgeblichen und von bekannten integrierten Schaltungen abweichenden Aspekte konzentriert, während weitere, dem Fachmann generell bekannte Elemente, Verbindungen und Baugruppen integrierter Schaltungen hier nicht näher dargestellt und beschrieben sind.
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Bei der beispielhaft gezeigten integrierten Schaltung 10 gemäß 1 handelt es sich bspw. um eine LED-Treiberschaltung, wobei allerdings das in der integrierten Schaltung 10 umgesetzte und nachfolgend erläuterte Konzept der Kommunikation über zwei der Ein-/ Ausgabekontakte auch für viele andere Typen von integrierten Schaltungen verwendbar ist.
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Im Beispiel von 1 umfasst die integrierte Schaltung 10 eine Funktionseinheit 50, die ein an Ein-/Ausgabekontakten, hier beispielhaft als Pin 12d mit der Bezeichnung „LED“ dargestellt, angeschlossenes LED-Leuchtmittel bzw. -Modul in verschiedenen Betriebsmodi ansteuern kann. Der jeweils anzusteuernde Betriebsmodus des Leuchtmittels wird dabei extern vorgegeben durch Signale an zwei Pins 12b, 12c, hier mit den Bezeichnungen „BUS_H/TX“ und „BUS_L/RX“ bezeichnet.
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Der Signalpfad zwischen dem ersten und zweiten Ein-/Ausgangskontakt 12b, 12c und der Funktionseinheit 50 sieht dabei eine Umschalteinheit 40, eine UART-Kommunikationseinheit 30 und dazwischen, je nach Schaltzustand, einen CAN-Transceiver 20 vor.
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Der CAN Transceiver umfasst CAN-Datenbus-Anschlüsse 22a, 22b (Bezeichnung „CANH“, „CANL“) einerseits und andererseits UART-Anschlüsse 24a, 24b (Bezeichnung „TX“, „RX“). Die CAN-Datenbus-Anschlüsse 22a, 22b ermöglichen den direkten Anschluss an einen CAN-Bus und die Datenübermittlung darüber gemäß dem CAN-Protokoll. Die UART-Anschlüsse 24a, 24b bilden ein UART-Interface zur Übertragung von UART-Signalen (d.h. Spannungssignalen gegenüber Masse). Der CAN-Bus-Transceiver 20 setzt zwischen dem CAN-Bus-Interface 22a, 22b und dem UART-Interface 24a, 24b bidirektional Signale um, so dass am CAN-Bus-Interface 22a, 22b empfangene UART-over-CAN-Signale in UART-Signale umgesetzt und am UART-Interface 24a, 24b ausgegeben werden.
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Die UART-Kommunikationseinheit 30 umfasst ein UART-Interface an UART-Kommunikationsanschlüssen 32a, 32b sowie eine direkte, interne Datenverbindung zur Funktionseinheit 50. Die UART-Kommunikationseinheit 30 kann an den UART-Kommunikationsanschlüssen 32a, 32b UART-Signale senden und empfangen und entsprechende Daten an die Funktionseinheit 50 übermitteln bzw. von dieser erhalten.
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Die Umschalteinheit 40 umfasst einen ersten Umschalter 42a und einen zweiten Umschalter 42b. Der erste Umschalter 42a ist mit einem ersten Kontakt direkt verbunden mit dem ersten Ein-/Ausgangskontakt 12c (BUS_H/TX) und so geschaltet, dass er diesen in einem ersten Zustand wie in 1 gezeigt verbindet mit dem ersten CAN-Datenbus-Anschluss 22a (CANH) des CAN-Bus-Transceivers 20 oder in einem alternativen zweiten Zustand mit dem ersten UART-Kommunikationsanschluss 32a. Der Schaltzustand des ersten Umschalters 42a wird durch ein Schaltsignal SW1 bestimmt. Spiegelbildlich ist der zweite Umschalter 42b verbunden mit dem zweiten Ein-/Ausgangskontakt 12b und koppelt diesen, gemäß dem durch ein zweites Schaltsignal SW2 vorgegebenem Zustand, wahlweise mit dem zweiten CAN-Datenbus-Anschluss 22b des CAN-Transceivers 20 oder mit dem zweiten UART-Kommunikationsanschluss 32b der UART-Kommunikationseinheit 30.
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Im durch die Schaltsignale SW1, SW2 vorgegebenen ersten Zustand (diese Schalterstellung ist in 1 beispielhaft gezeigt) ist somit die UART-Kommunikationseinheit 30 nicht direkt, sondern über den CAN-Transceiver 20 mit den Ein-/Ausgangskontakten 12b, 12c verbunden. Im umgeschalteten zweiten Zustand (in 1 nicht dargestellt) hingegen wird der CAN-Transceiver überbrückt und die UART-Kommunikationseinheit 30 direkt mit den Ein-/Ausgangskontakten 12b, 12c verbunden.
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Ein nichtflüchtiger Zustandsspeicher 60 dient zur Speicherung des Betriebszustandes des durch die Ein-/Ausgangskontakte 12b, 12c gebildeten Interfaces. In dem Zustandsspeicher 60 können zwei verschiedene Werte gespeichert sein, wobei bei Speicherung eines ersten Werts die stets synchronen Schaltsignale SW1, SW2 den gezeigten ersten Zustand der Umschalteinheit 40 ansteuern und im Fall eines gespeicherten zweiten Werts die Schaltsignale SW1, SW2 den umgeschalteten zweiten Zustand der Umschalteinheit 40 ansteuern.
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Der Inhalt des nichtflüchtigen Zustandsspeichers 60 ist initial auf den ersten Wert festgelegt, so dass bei erster Inbetriebnahme der integrierten Schaltung 10 die Umschalteinheit 40 in den gezeigten ersten Zustand geschaltet wird. Der Inhalt des Zustandsspeichers 60 kann geändert werden, bspw. durch externe Programmierung (Ein-/Ausgangskontakt 12e, Bezeichnung „PRG“), durch die Funktionseinheit 50 oder auf andere Weise. Allerdings erfolgt bevorzugt die Umschaltung der Umschalteinheit 40 zwischen dem ersten und zweiten Zustand auch bei einer Änderung des im Zustandsspeicher 60 gespeicherten Werts nicht spontan während des Betriebs der integrierten Schaltung 10, sondern es wird bei jeder Inbetriebnahme der integrierten Schaltung 10 der Zustandsspeicher 60 ausgelesen und mittels der Schaltsignale SW1, SW2 die entsprechende Ansteuerung der Umschalteinheit 40 vorgenommen.
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Durch das umschaltbare Interface der integrierten Schaltung 10 ist, wie in 2a, 2b dargestellt, eine Nutzung mit verschiedener Beschaltung aber unter Nutzung der identischen Anschlusskontakte 12b, 12c möglich:
- Wie beispielhaft in 2a gezeigt, kann ein Leuchtmittel-Steuergerät 70 UART-Steuersignale ausgeben (die Masseverbindung ist in 2a, 2b zur Vereinfachung nicht dargestellt).
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Bei der in 2a gezeigten Konfiguration werden die UART-Signale des Steuergeräts 70 in einem CAN-Transceiver 72 in UART-over-CAN-Signale umgesetzt und über eine CAN-Bus-Verbindung 74 mit dem ersten und zweiten Ein-/ Ausgangskontakt 12b, 12c verbunden. In dieser Konfiguration ist die Umschalteinheit 40 (1) in den ersten Zustand zu schalten, so dass innerhalb der integrierten Schaltung 10 die Ein-/Ausgangskontakte 12b, 12c mit dem internen CAN-Transceiver 20 verbunden sind. So können die über den CAN-Bus 74 empfangenen UART-over-CAN-Signale in UART-Signale gewandelt und der UART-Kommunikationseinheit 30 der integrierten Schaltung 10 zugeführt werden. Hierdurch kann bspw. eine Ansteuerung der Funktionseinheit 50 derart erfolgen, dass ein an den hierfür vorgesehenen Anschluss 12d angeschlossenes LED-Modul 80 in einer gewünschten Betriebsart betrieben wird.
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Alternativ kann die integrierte Schaltung 10 in einer Schaltkonfiguration mit direkter UART-Verbindung gemäß 2b angeschlossen sein. Hier ist das Steuergerät 70 über eine UART-Datenverbindung 76 direkt zur Ausgabe von UART-Signalen an die Ein-/ Ausgangskontakte 12b, 12c angeschlossen. In diesem Fall ist die Umschalteinheit 40 in den zweiten Schaltzustand zu schalten, so dass der interne CAN-Bus-Transceiver 20 überbrückt und die interne UART-Kommunikationseinheit 30 direkt mit den Ein-/Ausgangskontakten 12b, 12c verbunden wird. Auch in dieser Anschlussart können die UART-Steuersignale des Steuergeräts 70, umgesetzt durch die UART-Kommunikationseinheit 30, die Funktionseinheit 50 zur Ansteuerung eines angeschlossenen LED-Moduls 80 anweisen.
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Die integrierte Schaltung 10 ist somit flexibel in verschiedenen Schaltkonfigurationen einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Integrierte Schaltung
- 12a-e
- Ein-/ Ausgabekontakte (Pins)
- 20
- CAN Transceiver
- 22a, b
- CAN-Datenbus-Anschlüsse
- 24a, b
- UART-Anschlüsse 24a, 24b
- 30
- UART-Kommunikationseinheit
- 32a, b
- UART-Kommunikationsanschlüsse
- 40
- Umschalteinheit
- 42a, b
- Umschalter
- 50
- Funktionseinheit
- 60
- Zustandsspeicher
- 70
- Steuergerät
- 72
- CAN Transceiver
- 74
- CAN-Bus
- 76
- UART-Datenverbindung
- 80
- LED-Modul
