DE19900118C2 - Aufruf-Generator zur Verwendung mit einem Mehrstellen-Widerstandsleiterschalter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraft­ fahrzeug-Elektroniksysteme und insbesondere auf eine Schal­ tung mit einem niedrigen Ruhestrom zum "Aufwecken" von Kraftfahrzeug-Elektroniksystemen aus einem Inaktivitäts- oder Schlaf- bzw. Ruhemodus.

Kraftfahrzeug-Elektrosysteme führen heutzutage eine Reihe von Betriebs-, Sicherheits- und Komfortfunktionen unter Ver­ wendung verschiedener Steuermodule durch. Diese Systeme und Steuermodule beziehen ihre elektrische Energie letztlich von der Fahrzeugbatterie. Wenn die Maschine nicht in Betrieb ist, liefert die Batterie Strom, ohne daß diese gleichzeitig wiederaufgeladen wird, wodurch die Batterie letztlich entla­ den wird, was dazu führen kann, daß der Fahrzeugmotor nicht mehr gestartet werden kann. Viele Elektronikmodule weisen deshalb einen Inaktivitäts- oder Ruhemodus auf, bei dem der Stromverbrauch reduziert ist.

Häufig weisen Kraftfahrzeug-Elektronikmodule weiterhin einen Eingangsschaltkreis auf, bei dem ein Pull-up-Widerstand und eine Spannungs-Referenz eingesetzt werden, um mit dem Wider­ stand in einem Mehrfachwiderstands-Funktionsschalter einen Spannungsteiler zu bilden und so eine Spannung zu erzeugen, die die jeweils ausgewählte Schalterstellung darstellt. Die Modul-Mikrocontrollereinrichtung überprüft periodisch den Spannungspegel an diesem Schaltkreis, um zu ermitteln, ob irgendeine Tätigkeit erforderlich ist. Dabei ist von Nach­ teil, daß diese periodische Überprüfung zusammen mit dem den Schalterwiderständen zugeführten Vorspannungsstrom Energie verbraucht, wodurch die Batterie entladen wird, wenn die Ma­ schine abgeschaltet ist. Zudem hängt die verbrauchte Energie von der durch den Multifunktionsschalter gewählten Wider­ standsposition ab.

Ein System, bei welchem ein Mikrocontroller aus einem Ruhe­ modus aufgeweckt wird, ist auch aus der WO 97/42385 A1 bekannt. Die dortige Schaltung eignet sich zur Auswertung eines digi­ talen Datenstromes, wobei ein Empfänger aus den digitalen Daten zunächst ein analoges, transientes Signal erzeugt, und wobei ein Detektor nach Überschreiten einer vorgegebenen Spannungsschwelle durch das transiente Signal ein Aufweck- Signal an den Mikrocontroller weiterleitet. Typischerweise werden mit einer derartigen Schaltung digitale Signale mit einer Frequenz von etwa 1 kHz verarbeitet. Eine solche Schaltung ist für die Kraftfahrzeugelektronik ungeeignet, da dort das Aufwecken eines Elektromoduls nicht bei Eintreffen hochfrequenter Datenströme sondern vielmehr nach Betätigung eines Schalters durch den Benutzer erfolgen muss. Aus der EP 0 641 086 A1 ist eine Einrichtung bekannt, die Schalterstellungen in einem Bedienelement durch einen Mikro­ prozessor abfragt und auswertet. Das Schließen eines Schal­ ters greift dabei an einem durch Widerstände gebildeten Spannungsteiler an einem für den Schalter charakteristischen Punkt die Spannung ab und leitet diese einer Auswerteschaltung zu. In der Auswerteschaltung wird das ana­ loge Spannungssignal zum einen in einem Analog-Digital- Wandler in ein entsprechendes digitales Signal umgewandelt und zum anderen in einer "Signalformung" in ein Signal für den Interrupt-Eingang des Mikroprozessors umgeformt. Die Si­ gnalformung informiert über einen Interrupt-Eingang den Mi­ kroprozessor über die Betätigung eines Bedienelementes, und der Analog-Digital-Wandler identifiziert über die abgegrif­ fene Spannung das betätigte Bedienelement. Nach einer sol­ chen Betätigung eines Bedienelementes kann der Mikroprozes­ sor somit am Analog-Digital-Wandler erfahren, welches Be­ dienelement betätigt wurde. Für die Ausgestaltung der Si­ gnalformung werden in der EP 0 641 086 A1 die Realisierungen durch einen Komparator, einen Transistor oder einen Schmitt- Trigger genannt.

Bei einem anderen Verfahren wird die von dem Mehrfachwider­ stands-Funktionsschalter angelegte Spannung mit einem festen Spannungs-Bezugswert verglichen. Dieses Verfahren liefert ein Aufwachsignal nur dann, wenn der Schalter in eine be­ stimmte Stellung gebracht ist. Vor diesem Hintergrund wäre ein Schaltkreis wünschenswert, der die Mikrocontrollerein­ richtung bei Schaltung aus jeder Stellung in jede andere Stellung wachruft und dabei sehr wenig Energie verbraucht.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementspre­ chend darin, eines oder mehrere der vorgenannten Probleme zu überwinden und einen Aufruf-Generator zum Erzeugen eines Un­ terbrechungssignals für eine Mikrocontroller-Einrichtung be­ reitzustellen, welcher unter Minimierung des Energie­ verbrauches die Abfrage von dauerhaften Betätigungszuständen in einem Mehrstellen-Widerstandsleiterschalter ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen Aufruf-Generator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun­ gen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Kurz zusammengefaßt weist gemäß einem Aspekt der vorliegen­ den Erfindung ein Aufruf-Generator zum Erzeugen eines Unter­ brechungsimpulses für eine Mikrocontrollereinrichtung eines Elektronikmoduls unter Ansprechen auf eine Schalterstel­ lungsänderung eines Mehrstellen-Widerstandsleiterschalters, wobei der Unterbrechungsimpuls die Mikrocontrollereinrich­ tung aus einem Niedrigstrom-Ruhemodus aufrufen kann, eine Konstantstromquelle und einen Detektor auf. Die Niedrig­ strom-Konstantstromquelle liefert einen Abtaststrom für den Schalter, wobei eine Spannung, die sich quer über dem Schal­ ter entwickelt, entsprechend der gewählten Schalterstellung variiert und jede Schalterstellung eine andere Spannung er­ zeugt. Der Detektor ermittelt eine Änderung in der Spannung über dem Schalter aufgrund einer Schalterstellungsänderung und erzeugt den Unterbrechungsimpuls.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei­ spielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungs­ form eines Aufruf-Generators zur Erzeugung eines Aufrufimpulses für eine Mikrocontrollereinrichtung eines Kraftfahrzeug-Steuermoduls;

Fig. 2 ein schematisches Schaubild des Aufruf-Generators aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Graph, der die Beziehung zwischen verschie­ denen Eingangssignalen und Ausgangssignalen von Komponenten des Aufruf-Generators aus Fig. 1 dar­ stellt;

Fig. 4 einen Graph ähnlich Fig. 3, der die Eingangssigna­ le und das Ausgangssignal eines Komparators für eine bestimmte Anwendung darstellt, und

Fig. 5 einen Graph ähnlich Fig. 4, der die Eingangssigna­ le und das Ausgangssignal eines Vergleichers für eine weitere Anwendung darstellt.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Eine Mikrocon­ trollereinrichtung 10 wird aus ihrem Inaktivierungs- oder Schlaf- bzw. Ruhemodus aufgerufen, wenn sie ein Aufrufsignal von einem Detektor 12 empfängt. Wenn die Mikrocontrollerein­ richtung 10 aus ihrem Ruhemodus durch einen Aufrufimpuls eingeschaltet bzw. wachgerufen ist, verarbeitet sie das Si­ gnal von einem Mehrfachwiderstand-Stellungsschalter 14, das sie über einen Puffer 16 empfängt. Eine Konstantstromquelle 18 liefert einen Fühl- bzw. Abtaststrom für den Mehrfachwi­ derstand-Stellungsschalter 14 über einen Lastwiderstand 20. Die Aufruf-Generatorschaltung erzeugt einen Unterbrechungs­ impuls für die Mikrocontrollereinrichtung des Elektronikmo­ duls, der zum Aufrufen der Mikrocontrollereinrichtung aus einem Niedrigstrom-Ruhemodus geeignet ist. Der Unterbrechungsimpuls wird immer dann erzeugt, wenn eine signifikante Abweichung in der analogen Eingangsspannung des Schaltkrei­ ses bzw. der Schaltkreise ermittelt wird. In der Aufruf-Ge­ neratorschaltung ist eine Niedrigstrom-Konstantstromquelle zur Lieferung des Abfragestroms für den Mehrfachwiderstand- Stellungsschalter sowie ein Schaltkreis, der eine Änderung in der Spannung über dem Stellungsschalter aufgrund einer Schalterstellungsänderung ermittelt, vorgesehen.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist der invertie­ rende Eingang des Verstärkers 22 an einen Widerstand 24 und an einen Rückkopplungswiderstand 26 angeschlossen, der an den Ausgang des Verstärkers 22 angeschlossen ist. Der Wider­ stand 24 und der Schalter 14 sind am Knoten 28 miteinander verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 22 ist an einen Widerstand 30 angeschlossen, dessen anderes En­ de geerdet ist, und an einen Widerstand 32 angeschlossen, der am Knoten 34 mit einem Festkondensator 36 verbunden ist. Die andere Seite des Kondensators 36 ist am Knoten 38 mit einem Widerstand 40 verbunden, der an den Ausgang des Ver­ stärkers 22 angeschlossen ist. Der invertierende Eingang ei­ nes Umkehrverstärkers 42 ist an den Knoten 38 angeschlossen. Der nichtinvertierende Eingang des Umkehrverstärkers 42 ist an die negative Bezugsspannung angeschlossen. Der Ausgang des Invertierers 42 ist an den Knoten 34 angeschlossen. Der Widerstand 20 ist zwischen die Knoten 28 und 34 geschaltet.

Die Konstantstromquelle 18 erzeugt vorzugsweise einen 250-µA -Strom unter Verwendung des Verstärkers 42 als Strom- Treiberquelle und des Verstärkers 22 als einen Strom/Span­ nungs-Rückkopplungsverstärker. Der den Widerstand 20 durch­ laufende Strom ist derselbe Strom, der den Widerstands-Stel­ lungsschalter durchläuft. Die Spannung fällt über dem Wider­ stand 20 dadurch ab, daß der Strom vom Verstärker 22 und den diesem Verstärker zugeordneten Komponenten, nämlich die Wi­ derstände 24, 26, 30 und 32, verstärkt wird. Das Ausgangs­ signal des Verstärkers 22 wird mit einer 5-Volt-Bezugs­ spannung vom Verstärker 42 verglichen. Der Verstärker 42 stellt den den Widerstand 20 durchlaufenden Strom so ein, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 22 auf die 5-Volt- Bezugsspannung abgestimmt ist. Der Widerstand 40 und der Kondensator 36 bilden eine Schleifenkompensation, um die Konstantstromquelle stabil zu halten, wenn der Widerstand des Stellungsschalters sich abrupt ändert.

Der Eingang des Puffers 16 ist an den Knoten 28 angeschlos­ sen, um das Spannungssignal vom Schalter 14 zu empfangen. Der Puffer 16 liefert an die Mikrocontrollereinrichtung ein Signal, das die Schalterposition repräsentiert.

Der Detektor 12 ist an den Knoten 34 angeschlossen, dessen Spannung sich ändert, wenn die Position des Schalters 14 sich ändert. Der Detektor 12 weist einen Komparator 46 auf, an dessen nichtinvertierenden Eingang ein geerdeter Konden­ sator 50 und ein geerdeter Widerstand 48 parallel ange­ schlossen sind und an dessen invertierenden Eingang ein Kon­ densator 52 und ein Widerstand 54 parallel angeschlossen sind. Der Kondensator 52 und der Widerstand 54 sind eben­ falls an die Versorgungsspannung angeschlossen. In Reihe ge­ schaltete Dioden 56, 58 sind quer über die Vergleicherein­ gänge angeschlossen, wobei der Mittelpunkt der Dioden an den Knoten 34 angeschlossen ist. Ein Widerstand 60 ist an den nichtinvertierenden Eingang des Vergleichers 46 und an den Knoten 34 angeschlossen und ein Widerstand 62 ist an den in­ vertierenden Eingang des Vergleichers 46 und an den Knoten 34 angeschlossen.

Der Ausgang des Vergleichers 46 ist an einen Ausgangswider­ stand 64 angeschlossen, der an den Mittelpunkt in Reihe ge­ schalteter Dioden 66, 68 angeschlossen ist. Die Anode der Diode 66 ist an die positive Bezugsspannung angeschlossen und die Kathode der Diode 68 ist geerdet.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, bleibt der den Widerstand 20 durchlaufende Abtaststrom (Spur 4) konstant, wenn das Schal­ terspannungsausgangssignal (Spur 1) bei sich ändernder Schalterstellung variiert. Das Spannungsausgangssignal (Spur 3) des Verstärkers 22 bleibt im wesentlichen konstant. Dage­ gen ist das Spannungsausgangssignal (Spur 2) der Verglei­ chers 46 ein Impuls, der jedesmal auftritt, wenn sich die Schalterstellung ändert.

In Fig. 4 ist eine Anwendung des Signalgenerators darge­ stellt, die bei einem Beleuchtungsmodul eingesetzt wird, bei dem der Schalter betätigt wird, um die Parkleuchten einzu­ schalten. Der Widerstandswert beträgt in diesem Fall 3,9 kΩ. Das Konstantstrom-Ausgangssignal steigt auf sein stationäres Niveau an. Die Vergleicher-Eingangssignale gehen von einem gleichbleibenden Wert, der ein Niedrigpegel-Ausgangssignal erzeugt, zu ungleichen Werten über, was einen Impuls er­ zeugt, der andauert, bis die Eingangssignale wieder ausge­ glichen sind, und dann zurück auf seinen niedrigen Pegel fällt. Wenn sich der Schalterwiderstand ändert, ändert sich die Spannung am Knoten 34. Eine Änderung, die größer als un­ gefähr 0,6 Volt ist, übersteuert eine der Richtungsdioden in Vorwärtsrichtung, wodurch diese leitend wird und so ein Aus­ gangssignal am Vergleicher 46 erzeugt. Eine positive Ände­ rung läßt die Diode 58 leitend werden, um den Kondensator 50 zu laden, und läßt das Ausgangssignal des Vergleichers 46 bezüglich der positiven Versorgungsspannung in den Zustand "High" gehen. Die Diode 66 leitet, wenn das Vergleicher- Ausgangssignal die positive Bezugsspannung überschreitet, was die Größe des Aufrufsignals auf die positive Bezugsspan­ nung begrenzt. Eine negative Änderung läßt die Diode 56 lei­ ten, um den Kondensator 52 zu laden, und läßt das Ausgangs­ signal des Vergleichers 46 in den Zustand "High" gehen. Die Dioden 56, 58 leiten so das sich ändernde Schalterstellungs- Spannungssignal, um den Vergleicher 46 zum Erzeugen des Auf­ wachimpulses zu veranlassen.

In Fig. 5 ist eine Anwendung des Signalgenerators bei einem Beleuchtungsmodul dargestellt, bei dem der Schalter betätigt wird, um die Scheinwerfer einzuschalten. Der Widerstandswert beträgt in diesem Falle nominell 0,0 kΩ. Das Konstantstrom- Ausgangssignal steigt bis auf ein stationäres Niveau. Die Vergleicher-Eingangssignale gehen von einem gleichbleibenden Wert aus, durch den ein Niedrigpegel-Ausgangssignal erzeugt wird, und zu ungleichen Werten über, was einen Impuls er­ zeugt, der andauert, bis die Eingangssignale erneut ausge­ glichen sind, und dann zurück auf seinen niedrigen Pegel fällt. Wenn der Schalterwiderstand sich ändert, ändert sich die Spannung am Knoten 34. Eine Änderung, die größer als un­ gefähr 0,6 Volt ist, übersteuert eine der Richtungsdioden in Vorwärtsrichtung, wodurch diese leitend wird und so ein Aus­ gangssignal am Vergleicher 46 erzeugt. Eine positive Ände­ rung läßt die Diode 58 leiten und das Ausgangssignal des Vergleichers 46 bezüglich der positiven Versorgungsspannung in den Zustand "High" gehen. Die Diode 66 leitet, wenn das Vergleicher-Ausgangssignal die positive Bezugsspannung über­ schreitet, was das Aufrufsignal auf einen kurzen Impuls be­ schränkt. Eine negative Änderung läßt die Diode 56 leiten und das Ausgangssignal des Vergleichers 46 auf den Zustand Hoch gehen. Die Dioden 56, 58 leiten auf diese Weise das sich ändernde Schalterstellungs-Spannungssignal, um den Ver­ gleicher 46 zum Erzeugen des Aufwachimpulses zu veranlassen.

Der vorstehend ausführlich beschriebene Aufrufsignal-Gene­ rator enthält eine Schaltung, die beim Ermitteln einer Ände­ rung der Stellung eines Mehrfachwiderstand-Stellungsschal­ ters durch ein Elektronikmodul von Nutzen ist, das sich in einem inaktiven Modus befindet. Die Konstantstromquelle be­ schränkt die Größe des vom Modul zum Ermitteln der Stellung des Mehrstellungsschalters verbrauchten Ruhestroms, unabhän­ gig von dem durch den Schalter gewählten Widerstandswert. Der zum Ermitteln der Stellung des Schalters benötigte Strom wird reduziert und bleibt konstant, gleichgültig welche Stellung am Schalter gewählt ist. Die Schaltung ermöglicht der Mikrocontrollereinrichtung, ihren Niedrigststrom-Be­ triebsmodus bei jeder Änderung in der Schalterstellung zu verlassen.

In den Beispielen sind die Schaltkreise auf Operationsver­ stärker vom Typ LM2902N ausgelegt, jedoch können selbstver­ ständlich auch andere Komponenten verwendet werden.

Claims (3)

1. Aufruf-Generator zum Erzeugen eines Unterbrechungsimpul­ ses für eine Mikrocontrollereinrichtung (10) eines Elek­ tronikmoduls unter Ansprechen auf eine Schalterstel­ lungsänderung eines Mehrstellen-Widerstandsleiterschal­ ters (14), wobei der Unterbrechungsimpuls zum Aufrufen der Mikrocontrollereinrichtung (10) aus einem, Niedrig­ strom-Ruhemodus geeignet ist, mit:
einer Niedrigstrom-Konstantstromquelle (18), die einen Abtaststrom für den Schalter (14) liefert, wobei eine sich über dem Schalter (14) entwickelnde Spannung ent­ sprechend der gewählten Schalterstellung variiert und jede Schalterstellung eine andere Spannung entwickelt, und mit
Detektoreinrichtungen (12) zum Ermitteln einer Änderung in der Spannung über dem Schalter (14) aufgrund einer Schalterstellungsänderung und zum Erzeugen des Unterbre­ chungsimpulses, wobei die Detektoreinrichtungen (12) Richtungsdioden (56, 58, 66, 68) aufweisen, die eine Spannungsänderung in beiden Richtungen oberhalb eines vorgewählten Grenzwertpegels ermitteln.

2. Aufruf-Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Niedrigstrom-Konstantstromquelle (18) einen Ausgangsstrom von ungefähr 250 Mikroampere liefert.

3. Aufruf-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 2, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Puffer (16) vorgesehen ist, der die über dem Schalter (14) entwickelte Spannung empfängt und ein Signal an die Mikrocontrollereinrich­ tung (10) liefert, das die Schalterstellung repräsen­ tiert.