DE3240706A1

DE3240706A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung von elektronischen rechenbausteinen

Info

Publication number: DE3240706A1
Application number: DE19823240706
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 7257 Ditzingen Nitschke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-11-04
Filing date: 1982-11-04
Publication date: 1984-05-10
Also published as: FR2535872B1; US4625309A; IT8323581A0; IT1171792B; FR2535872A1; DE3240706C2

Description

15.10.1982 Ve/Hnf

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektronischen Rechenbausteinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektronischen Rechenbausteinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche₅ üblicherweise auch •als "Watchdog"-Schaltungen bezeichnete Schaltungsanordnungen dienen der Rücksetzung von elektronischen Rechenbausteinen, um einen erneuten Programmstart zu ermöglichen, wenn deren Ausgangssignale nicht einen vorbestimmten Rhythmus einhalten, und sind z.B. aus der DE-OS 29 03 638, der DE-OS 30 35 896 sowie der DE-OS 32 lh 006 bekannt. Dabei wird insbesondere die Einhaltung eines maximal zulässigen Signalabstands der Ausgangssignale überwacht. Probleme ergeben sich bei diesen bekannten Anordnungen bei Einschaltung der Versorgungsspannung, da zu diesem Zeitpunkt der zu überwachende Ausgang (port) des Rechenbausteins im allgemeinen noch keinen definierten Signalzustand aufweist. Ein solches Undefiniertes Signal könnte beispielsweise ein Kontrollsignal während eines

Programmdurchlaufs vortäuschen und dadurch das initialisierende Rücksetzsignal aufheben. Der Rechenbaustein würde dann bei noch unzureichenden Spannungsverhältnissen zu arbeiten beginnen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei Einschalten der Versorgungsspannung dem Rechenbaustein in jedem Falle für eine gevisse Zeit ein Rücksetzsignal zugeführt wird, unabhängig davon, welches (zufällige) Signal gerade am Ausgang des Rechenbausteins vorliegt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich.

Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Schaltvorrichtung als weiterer Komparator, an dem die Versorgungsspannung Hier einen Spannungsteiler angelegt ist und der nach Erreichen einer festgelegten Spannungsschwelle seinen Ausgangszustand wechselt und dadurch den Kondensator auf ein Potential legt, das den Rüeksetzzustand beendet. Indem ein Rücksetzsignal am Ausgang des ersten !Comparators auf diesen Spannungsteiler in dem Sinne einwirkt, daß bei einer Versorgungsspannung unterhalb einem vorgegebenen Wert der Kondensator in den Ladezustand versetzt wird, der am Ausgang des ersten Komparators ein Rücksetzsignal vorgibt, -werden zwei vorteilhafte Wirkungen erreicht: Zum einen wird unabhängig vom Signalzustand des Ausgangs der Rechenstufe bei Einschalten der Versorgungsspannung diese Recheneinheit für eine bestimmte Zeit (bis eine vorgegebene Spannung

«V If Y » O Vj* - - * * <* ♦ W

erreicht ist) im rückgesetzten Zustand gehalten und zum anderen wird bei Erzeugung eines Rücksetzsignals während des Betriebs der Recheneinheit (z.B. infolge eines zu großen Signalabstands) der rückgesetzte Zustand beibehalten, sofern die Versorgungsspannung unter einem vorgegebenen Wert liegt. Dies wird durch die Verriegelungsfunktion der erwähnten Schaltung erreicht. Diese Verriegelung tritt jedoch nicht schon bei Unterschreiten der Versorgungsspannung unter einen unzulässigen Wert ein, sondern erst dann, wenn zusätzlich die Rechenausgangssignale von ihrem vorgeschriebenen Rhythmus abweichen.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schaltungsmäßige Ausgestaltung eines ersten Ausführungsbeispiels und Figur 2 eine schaltungsmäßige Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist an eine stabilisierte Spannungsquelle 11 (Ustab) ein Kondensator 12 angeschlossen, der über einen Widerstand und die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 1 limit der Masseleitung in Verbindung steht. Zwischen dem Kondensator 12 und dem Widerstand 13 ist der invertierende Eingang eines als Komparator 15 geschalteten Operationsverstärkers angeschlossen. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 15 ist mit Widerständen 16 und verbunden, die einen Spannungsteiler bilden, wobei der

¹^ I/o

widerstand 16 an die Spannungsquelle 11 und der Widerstand 17 an die Masseleitung angeschlossen sind. Am Ausgang des !Comparators 15 führt ein Widerstand 18 zur Spannungsquelle 11, während ein Widerstand 19 mit dem invertierenden Eingang und ein Widerstand 20 mit dem nichtinvertierenden Eingang des !Comparators 15 "verbunden sind. Der Ausgang dieses !Comparators 15 ist an den Rücksetzeingang eines nicht näher dargestellten elektronischen Rechenbausteins, insbesondere eines Mikrocomputers angeschlossen. Von einem Eingang 21 führt ein Widerstand 22 und ein Kondensator 23 zur Basis des Transistors 1h. Dieser Eingang 21 ist mit einem Ausgang (port) des Mikrorechners "verbunden, der bei ordnungsgemäßer Funktion periodische Ausgangssignale erzeugt, die einen gewissen Maximalabstand einhalten müssen. Die Erzeugung solcher Signale erfolgt dadurch, daß an einer definierten Stelle im Programmdurchlauf des Mikrorechners, die bei jedem Programmzyklus durchlaufen -wird, ein Befehl steht, über einen bestimmten Ausgabekanal (port) einen Spannungsimpuls abzugeben. Bei ordnungsgemäßem Programmdurchlauf kommen daher diese Impulse in festen Zeitabständen. Zum Schutz des Transistors Ik ist an dessen Basis ein Widerstand 25 und eine Diode 2k angeschlossen, die mit ihrem jeweils zweiten Anschluß an Masse liegen.

Weiterhin ist die Spannungsquelle 11 und der invertierende Eingang des !Comparators 15 über die Schaltstrecke eines Transistors 26 miteinander verbunden. Die Reihenschaltung zweier Widerstände 27 ₅ 28 mit einem Kondensator 29 ist zwischen die Spannungsquelle 11 und Masse geschaltet. Dabei ist der Verknüpfungspunkt zwischen den beiden Widerständen 27, 28 an die Basis des Transistors 26 angeschlossen.

Die Schaltung der Bauteile 11 Ms 25 ist aus der eingangs angegebenen DE-OS 30 35 89& bekannt, -wo auch deren Punktion ausführlich beschrieben ist. Daher soll im folgenden auf diese Funktion nur noch kurz eingegangen -werden. Beim Einschalten der Versorgungsspannung ist das Potential am invertierenden Eingang des !Comparators höher als am nichtinvertierenden Eingang. Am Ausgang des Operationsverstärkers erhält man daher ein O-Signal, das zum Rücksetzen des angeschlossenen Mikrorechners dient. Betrachtet man zunächst nicht die Bauteile 26 bis 29, so wird nun der Kondensator 12 über den Widerstand 19 aufgeladen, so daß nach einer vorgegebenen Zeit der Komparator 15 umschaltet. Am Ausgang liegt nun ein 1-Signal an, das nun wiederum den Kondensator 12 über den Widerstand 19 entlädt. Nach Abschluß des Rücksetzvorgangs beginnt nun im Mikrorechner ein Programm zu laufen, das so gestaltet ist, daß nach Ablauf des Programms oder bei längerem Programm in bestimmten Zeitintervallen über einen Ausgang des Mikroprozessors Impulse an die Klemme 21 abgegeben werden. Mit dem Auftreten eines solchen Impulses wird der Transistor "11*- leitend geschaltet und der Kondensator 12 sehr schnell aufgeladen. Fach dem Schließen des Transistors entlädt sich der Kondensator 12 wiederum über den Widerstand 19· Tritt nun ein Fehler im Programmablauf ein, der bei einem geprüften Programm meist durch Spannungseinbrüche bewirkt wird, so gelangt der Folgeimpuls nicht rechtzeitig an den Eingang 21. Der Kondensator 12 entlädt sich dadurch soweit, daß die obere Schwellspannung des Komparators erreicht wird und der Komparator umschaltet, so daß an dessen Ausgang wiederum ein Rücksetzimpuls auftritt. Durch die Rückkopplung über den Widerstand 20 macht sich das auch am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 durch einen Spannungseinbruch bemerkbar. Über den Widerstand 19 wird nun der Kondensator 12 wieder entladen, bis die untere Schwelle

Q -- w a g ^j

erreicht ist. Danach schaltet der Ausgang des !Comparators wiederum auf ein 1-Signal, der Mikrocomputer ist wieder, startbereit, und ein neuer Programmablauf kann beginnen.

Bei Einschalten der Versorgungsspannung liegen zunächst noch Undefinierte Verhältnisse am Ausgang des Mikrorechners vor. Dadurch kann es vorkommen, daß sofort beim Einschalten der Versorgungsspannung ein 1-Signal an die Klemme 21 gelegt wird, durch das der Kondensator 12 sofort entladen wird. Wie bereits beschrieben, würde dann sofort das Rüeksetzsignal am Ausgang des Komparators 15 aufgehoben werden und der Mikrorechner würde gestartet, bevor sich die Versorgungsspannung stabilisiert hätte und bevor definierte Verhältnisse vorliegen. Um dies zu verhindern, wird durch die"Schaltungsanordnung 26₅ 29 bewirkt, daß beim Einschalten der Spannungsversorgung der Kondensator 12 über die Schaltstrecke des Transistors 26 kurzgeschlossen wird. Dadurch wird das Rüeksetzsignal am Ausgang des Komparators 15 erhalten, unabhängig davon, was für ein Signal an der Klemme 21 anliegt, lach einer durch Dimensionierung der Bauteile 27» 28, 29 festgelegten Zeit ist der Kondensator 29 soweit geladen, daß der Transistor 26 sperrt und gemäß dem zuvor Beschriebenen das Rüeksetzsignal aufgehoben wird.

Der mit einer durchbrochenen Linie umrandete Teil in Figur 2 entspricht im wesentlichen dem bekannten Teil von Figur 1, das ebenfalls mit einer durchbrochenen Linie umrahmt ist. Zum Unterschied zu Figur 1 sind jedoch die Bauteile 2U, 25» Ik anstelle mit Masse nunmehr mit der Spannungsquelle 11 verbunden. Der Transistor Λ\ ist jetzt vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp; der Kondensator 12 ist anstelle der Spannungsquelle 11 nunmehr an Masse angeschlossen. Diese

geänderte Schaltung wird dann verwendet, wenn der Mikrorechner anstelle eines O-Signals ein 1-Signal als Rücksetzsignal verlangt. Die beiden Schaltungen sind daher im wesentlichen komplementär aufgebaut.

Die Bauteile 26 bis 29 entfallen. Der Ausgang des !Comparators 15 ist nunmehr über die Reihenschaltung eines Inverters 30 mit zwei Widerständen 31, 32 an den niehtinvertierenden Eingang eines weiteren !Comparators 33 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang des ersten !Comparators 15 verbunden ist. Ein zwischen die Spannungsajuelle 11 und Masse geschalteter, aus zwei Widerständen 3k, 35 bestehender Spannungsteiler ist mit seinem Abgriff an den invertierenden Eingang des Komparators 33 angeschlossen. Eine Versorgungsspannung, insbesondere eine Batteriespannung Ub ist über die Reihenschaltung einer Z-Diode 36 mit zwei Widerständen 37, 38 an Masse angeschlossen. Parallel zum Widerstand 38 ist eine weitere Z-Diode 39 geschaltet. Der Verknüpfungspunkt zwischen den Widerständen 37, 38 ist an den Verknüpfungspunkt zwischen den Widerständen 31 und 32 angeschlossen.

Die Wirkungsweise des mit einer unterbrochenen Linie umrandeten Teils entspricht der Wirkungsweise des entsprechenden Teils des ersten Ausführungsbeispiels mit der Ausnahme, daß als Rücksetzsignal anstelle eines O-Signals nunmehr ein 1-Signal erzeugt wird. Solange ein O-Signal am Ausgang des Komparators 15 anliegt, also der Mikrocomputer regulär arbeitet, hat die Schaltung 30 bis 39 keinen Einfluß auf die Funktion der Schaltung 11 bis 25, da das erzeugte 1-Signal am Ausgang des Inverters 30 das Potential am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 33 über das Potential am invertierenden Eingang anhebt. Der Ausgang des Komparators 33, der einen offenen

Kollektor aufweist, sperrt daher und hat keinerlei Auswirkungen auf den Kondensator 12.

Wird bei Betriebsbeginn die Versorgungsspannung Ub eingeschaltet, so ist zunächst der Ausgang des Komparators 33 leitend, d.h., der Kondensator 12 ist kurzgeschlossen. Erst wenn durch die ansteigende Versorgungsspannung Ub das Potential am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 33 über das Potential am invertierenden Eingang ansteigt, sperrt der Ausgang dieses Komparators 33, und der Kurzschluß des Kondensators 12 ist aufgehoben. Dadurch wird gewährleistet, daß das Bücksetzsignal am Ausgang des Komparators 15 frühestens dann aufgehoben werden kann, wenn eine ausreichende Spannungsversorgung gewährleistet ist.

Die zweite Punktion der Schaltung 33 bis 39 ist die, daß bei Erzeugen eines Bücksetzsignals (1-Signals) am Ausgang des Komparators 15 ein 0-Signal am Ausgang des Inverters 30 erzeugt wird. Die Batteriespannung Ub muß jetzt größer als eine durch die Widerstände 31, 32, 37, 38 vorgegebene Spannungsschwelle sein, um zu verhindern, daß der Kondensator 12 kurzgeschlossen wird. Dieser Kurzschluß des Kondensators 12 würde ein Zwangs—Bücksetzsignal zur Folge haben, durch das der Mikrorechner solange rüekgesetzt bliebe, bis die Batteriespannung Ub die erwähnte Spannungsschwelle wieder überschreitet. Dadurch ist gewährleistet, daß bei zu niedriger Batteriespannung der Mikrorechner an einem erneuten Programmstart gehindert wird.

Die Z-Diode 39 schützt den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 33 vor positiven Spannungsspitzen der Batteriespannung Ub, die hier als Versorgungsspannung beispielsweise verwendet ist. Bei negativen Spannungsspitzen erfolgt eine Strombegrenzung durch den Wider-

I/o

stand 32. Die Z-Diode 36 ist so dimensioniert, daß die Batteriespannung UTa nur oberhalb einer vorgegebenen Span nung das Potential am Verknüpfungspunkt der Widerstände 31s 32, 37s 38 beeinflußt. Dabei wird durch die Z-Diode 39 eine Steigerung der Auflösung der gewünschten Spannungssclrwelle erreicht.

Es sei noch festgehalten, daß in sinngemäßer Abwandlung der Erfindung anstelle von Entladevorgängen bis zu einer unteren Schwelle grundsätzlich auch Ladevorgänge bis zu einer oberen Schwelle treten können. Anstelle eines Kurzschließens des Kondensators 12 kann dabei grundsätzlich auch über eine entsprechende Schalteinrichtung 26, 33 die Kondensatorspannung auf einen bestimmten Wert gesetzt werden, d.h., der Kondensator 12 mit einer bestimmten Spannungsq.uelle verbunden werden·.

Claims

15.10.1982 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

1.) Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektronischen Rechenbausteinen, die an einem ihrer Ausgänge bei ordnungsgemäßem Betrieb periodische Signale abgeben, mit einer durch diese Signale steuerbaren Lade-/Entladeeinrichtung für einen Kondensator, wobei bei Erreichen eines festlegbaren Spannungs-werts über einen Komparator ein Rücksetzsignal für den Rechenbaustein auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltvorrichtung (26, 33) vorgesehen ist, durch die nach Einschalten der Versorgungsspannung während einer versorgungsspannungsabhängigen Zeit der Kondensator (12) auf einem festen Ladezustand gehalten wird, der am Ausgang des Komparators (15) ein Rücksetzsignal erzeugt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung aus einem Halbleiterschalter (26) besteht, der durch die Versorgungsspannung über ein RC-Glied (27 — 29) gesteuert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2₃ dadurch gekennzeichnet _s daß der Halbleiterschalter (26) parallel zum Kondensator (12) geschaltet ist und nach einer durch das RC-Glied (27, 29) vorgegebene Zeit sperrt.

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k. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (12) über den Halbleiterschalter (26) mit einer Spannungsquelle verbindbar ist, ■wobei der Halbleiterschalter (26) nach einer durch das RC-Glied (27-29) vorgegebenen Zeit sperrt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung aus einem weiteren Komparator (33) besteht, daß die Versorgungsspannung an einem seiner Eingänge angelegt und daß der Komparator (33) nach Erreichen einer festgelegten Spannungsschwelle seinen Ausgangszustand wechselt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß durch den Komparatorausgang beim Einschalten der Versorgungsspannung zunächst der Kondensator (12) kurzgeschlossen ist.

7· Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Komparatorausgang beim Einschalten der Versorgungsspannung zunächst der Kondensator (12) mit einer Spannungsquelle verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rücksetzsignal am Ausgang des ersten Komparators (15) über ein Schaltglied (33) auf einen Spannungsteiler (37_S 38) für die Versorgungsspannung am Eingang des weiteren Komparators (33) in dem Sinne einwirkt, daß bei einer Versorgungsspannung unterhalb eines vorgegebenen Werts über den weiteren Komparator (33) der Kondensator (12) in den Ladezustand versetzt wird, der am Ausgang des ersten Komparators (15) ein Rücksetzsignal vorgibt.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Schaltglied (30) das Rücksetzsignal am Ausgang des ersten !Comparators (15) als O-Signal über einen Widerstand (31) dem Abgriff des Spannungsteilers (3T₅ 38) zugeführt ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spannungsteiler (37» 38) eine Z-Diode (36) vorgeschaltet ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis dadurch gekennzeichnet, daß der mit Masse verbundene" Teil (38) des Spannungsteilers durch eine Z-Diode (39) überbrückt ist.