DE3240706C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektronischen Rechenbausteinen nach der Gattung des Haupt­ anspruchs.

Solche, üblicherweise auch als "Watchdog"-Schaltungen bezeichnete Schaltungsanordnungen dienen der Rücksetzung von elek­ tronischen 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 31 06 869 bekannt. Dabei wird ins­ besondere die Einhaltung eines maximal zulässigen Signalabstands der Ausgangssignale überwacht.

Die bekannte Überwachungsschaltung nach der DE-OS 31 06 869 umfaßt eine Störsignalschaltung, die eine Oszillatorschaltung beeinflußt, welche die Rückstellung eines Mikroprozessors bewirken kann. Die Störsignalschaltung wird bei normalem Programmablauf im Mikro­ prozessor durch von diesem erzeugte Rechteckimpulse angesteuert. Die so erzeugten Störspannungen werden an die, nach Erreichen eines bestimmten Wertes freischwingende, Oszillatorschaltung weiter­ gegeben und unterdrücken so das Rücksetzsignal an deren Ausgang. Beim Ein- und Ausschalten der Versorgungsspannung und bei sonstigem Ausbleiben der Rechteckimpulse des Mikroprozessors wird dagegen ein Rücksetzsignal erzeugt, bevor der Mikroprozessor seine Tätigkeit wieder aufnimmt. Probleme ergeben sich bei diesen bekannten Anord­ nungen bei Einschaltung der Versorgungsspannung, da zu diesem Zeit­ punkt der zu überwachende Ausgang des Rechenbausteins im allgemeinen noch keinen definierten Signalzustand aufweist. Ein solches unde­ finiertes Signal könnte beispielsweise ein Kontrollsignal während eines Programmdurchlaufs vortäuschen und dadurch das initialisieren­ de Rücksetzsignal aufheben. Der Rechenbaustein würde dann bei noch unzureichenden Spannungsverhältnissen zu arbeiten beginnen.

Es war daher eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, die gewährleistet, daß dem Rechenbaustein beim Einschalten der Versorgungsspannung in jedem für eine gewisse Zeit ein Rücksetzsignal zugeführt wird.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Schaltungs­ anordnung mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

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

Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Schalt­ vorrichtung als weiterer Komparator, an dem die Versor­ gungsspannung über einen Spannungsteiler angelegt ist und der nach Erreichen einer festgelegten Spannungs­ schwelle seinen Ausgangszustand wechselt und dadurch den Kondensator auf ein Potential legt, das den Rücksetz­ zustand beendet. Indem ein Rücksetzsignal am Ausgang des ersten Komparators 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 vor­ teilhafte Wirkungen erreicht: Zum einen wird unabhängig vom Signalzustand des Ausgangs der Rechenstufe bei Ein­ schalten der Versorgungsspannung diese Recheneinheit für eine bestimmte Zeit (bis eine vorgegebene Spannung 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 beibe­ halten, sofern die Versorgungsspannung unter einem vor­ gegebenen Wert liegt. Dies wird durch die Verriegelungs­ funktion der erwähnten Schaltung erreicht. Diese Ver­ riegelung tritt jedoch nicht schon bei Unterschreiten der Versorgungsspannung unter einen unzulässigen Wert ein, sondern erst dann, wenn zusätzlich die Rechenaus­ gangssignale von ihrem vorgeschriebenen Rhythmus ab­ weichen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schaltungsmäßige Ausgestaltung eines ersten Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 eine schaltungsmäßige Ausgestaltung eines zweiten Aus­ führungsbeispiels.

In dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist an eine stabilisierte Spannungsquelle 11 (Ustab) ein Kondensator 12 angeschlossen, der über einen Widerstand 13 und die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 14 mit der Masseleitung in Verbindung steht. Zwischen dem Kondensator 12 und dem Widerstand 13 ist der invertieren­ de Eingang eines als Komparator 15 geschalteten Opera­ tionsverstärkers angeschlossen. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 15 ist mit Widerständen 16 und 17 verbunden, die einen Spannungsteiler bilden, wobei der Widerstand 16 an die Spannungsquelle 11 und der Widerstand 17 an die Masseleitung angeschlossen sind. Am Ausgang des Komparators 15 führt ein Widerstand 18 zur Spannungs­ quelle 11, während ein Widerstand 19 mit dem invertie­ renden Eingang und ein Widerstand 20 mit dem nichtinver­ tierenden Eingang des Komparators 15 verbunden sind. Der Ausgang dieses Komparators 15 ist an den Rücksetzeingang eines nicht näher dargestellten elektronischen Rechen­ bausteins, insbesondere eines Mikrorechners angeschlos­ sen. Von einem Eingang 21 führt ein Widerstand 22 und ein Kondensator 23 zur Basis des Transistors 14. Dieser Eingang 21 ist mit einem Ausgang (port) des Mikrorechners verbunden, der bei ordnungsgemäßer Funktion periodische Ausgangssignale erzeugt, die einen gewissen Maximalab­ stand 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 besteht, über einen bestimmten Ausgabekanal (port) einen Spannungs­ impuls abzugeben. Bei ordnungsgemäßem Programmdurchlauf kommen daher diese Impulse in festen Zeitabständen. Zum Schutz des Transistors 14 ist an dessen Basis ein Widerstand 25 und eine Diode 24 angeschlossen, die mit ihrem jeweils zweiten Anschluß an Masse liegen.

Weiterhin ist die Spannungsquelle 11 und der invertie­ rende Eingang des Komparators 15 über die Schaltstrecke eines Transistors 26 miteinander verbunden. Die Reihen­ schaltung zweier Widerstände 27, 28 mit einem Konden­ sator 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 bis 25 ist aus der eingangs angegebenen DE-OS 30 35 896 bekannt, wo auch deren Funktion 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 Komparators höher als am nicht­ invertierenden Eingang. Am Ausgang des Operationsver­ stärkers erhält man daher ein 0-Signal, das zum Rück­ setzen des angeschlossenen Mikrorechners dient. Be­ trachtet 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 Rücksetz­ vorgangs beginnt nun im Mikrorechner ein Programm zu laufen, das so gestaltet ist, daß nach Ablauf des Pro­ gramms oder bei längerem Programm in bestimmten Zeit­ intervallen über einen Ausgang des Mikroprozessors Impulse an die Klemme 21 abgegeben werden. Mit dem Auftreten eines solchen Impulses wird der Transistor 14 leitend geschaltet und der Kondensator 12 sehr schnell aufge­ laden. Nach 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 recht­ zeitig 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 Spannungsein­ bruch bemerkbar. Über den Widerstand 19 wird nun der Kondensator 12 wieder entladen, bis die untere Schwelle erreicht ist. Danach schaltet der Ausgang des Komparators 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 Mikrorech­ ners 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 Rücksetzsignal am Ausgang des Kompara­ tors 15 aufgehoben werden und der Mikrorechner würde gestartet, bevor sich die Versorgungsspannung stabili­ siert hätte und bevor definierte Verhältnisse vorliegen. Um dies zu verhindern, wird durch die Schaltungsanord­ nung 16 bis 29 bewirkt, daß beim Einschalten der Spannungs­ versorgung der Kondensator 12 über die Schaltstrecke des Transistors 26 kurzgeschlossen wird. Dadurch wird das Rücksetzsignal am Ausgang des Komparators 15 er­ halten, unabhängig davon, was für ein Signal an der Klemme 21 anliegt. Nach einer durch Dimensionierung der Bauteile 27, 28, 29 festgelegten Zeit ist der Konden­ sator 29 soweit geladen, daß der Transistor 26 sperrt und gemäß dem zuvor Beschriebenen das Rücksetzsignal aufgehoben wird.

Der mit einer durchbrochenen Linie umrandete Teil in Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem bekannten Teil von Fig. 1, das ebenfalls mit einer durchbrochenen Linie umrahmt ist. Zum Unterschied der Fig. 1 sind jedoch die Bauteile 24, 25, 14 anstelle mit Masse nun­ mehr mit der Spannungsquelle 11 verbunden. Der Tran­ sistor 14 ist jetzt vom entgegengesetzten Leitfähig­ keitstyp; der Kondensator 12 ist anstelle an der Span­ nungsquelle 11 nunmehr an Masse angeschlossen. Diese geänderte Schaltung wird dann verwendet, wenn der Mikro­ rechner anstelle eines 0-Signals ein 1-Signal als Rück­ setzsignal verlangt. Die beiden Schaltungen sind daher im wesentlichen komplementär aufgebaut.

Die Bauteile 26 bis 29 entfallen. Der Ausgang des Kompa­ rators 15 ist nunmehr über die Reihenschaltung eines Inverters 30 mit zwei Widerständen 31, 32 an den nicht­ invertierenden Eingang eines weiteren Komparators 33 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang des ersten Komparators 15 verbunden ist. Ein zwischen die Spannungsquelle 11 und Masse geschalteter, aus zwei Widerständen 34, 35 bestehender Spannungsteiler ist mit seinem Angriff an den invertierenden Eingang des Komparators 33 angeschlossen. Eine Versorgungsspan­ nung, 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 Verknüpfungs­ punkt zwischen den Widerständen 37, 38 ist an den Verknüpfungs­ punkt 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 0-Signals numehr ein 1-Signal erzeugt wird. Solang ein 0-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 Aus­ wirkungen auf den Kondensator 12.

Wird bei Betriebsbeginn die Versorgungsspannung Ub einge­ schaltet, 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 Kompa­ rators 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 Rücksetzsignal am Ausgang des Komparators 15 frühestens dann aufgehoben werden kann, wenn eine ausreichende Spannungsversorgung gewährlei­ stet ist.

Die zweite Funktion der Schaltung 33 bis 39 ist die, daß bei Erzeugen eines Rücksetzsignals (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 Konden­ sator 12 kurzgeschlossen wird. Dieser Kurzschluß des Kondensators 12 würde ein Zwangs-Rücksetzsignal zur Folge haben, durch das der Mikrorechner solange rückgesetzt bliebe, bis die Batteriespannung Ub die erwähnte Span­ nungsschwelle wieder überschreitet. Dadurch ist gewähr­ leistet, daß bei zu niedriger Batteriespannung der Mikro­ rechner an einen 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 Spannungs­ spitzen erfolgt eine Strombegrenzung durch den Wider­ stand 32. Die Z-Diode ist so dimensioniert, daß die Batteriespannung Ub nur oberhalb einer vorgegebenen Span­ nung das Potential am Verknüpfungspunkt der Widerstände 31, 32, 37, 38 beeinflußt. Dabei wird durch die Z-Diode 39 eine Steigerung der Auflösung der gewünschten Span­ nungsschwelle 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 grund­ sätzlich auch über eine entsprechende Schalteinrich­ tung 26, 33 die Kondensatorspannung auf einen bestimm­ ten Wert gesetzt werden, d. h., der Kondensator 12 mit einer bestimmten Spannungsquelle verbunden werden.

Claims (11)

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektronischen Rechen­ bausteinen, die an einem ihrer Ausgänge bei ordnungsgemäßem Betrieb periodische Signale abgeben, mit einer durch diese Signale steuer­ baren Lade-/Entladeeinrichtung für einen Kondensator, wobei bei Erreichen eines festlegbaren Spannungswerts 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 vorgebbaren Zeit der Kondensator (12) auf einem festen Ladezustand gehalten wird, der am Ausgang des Komparators (15) ein Rücksetz­ signal 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 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (26) parallel zum Kondensator (12) geschaltet ist und nach einer durch das RC-Glied (27-29) vorgegebenen Zeit sperrt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (12) über den Halbleiterschalter (26) mit einer Spannungsquelle (U _stab ) verbindbar ist, wobei der Halbleiter­ schalter (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 (U _b ) an einem seiner Eingänge angelegt und daß der Komparator (33) nach Erreichen einer festgelegten Spannungsschwelle seinen Ausgangszustand wechselt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Komparatorausgang beim Einschalten der Versorgungsspannung (U _b ) zunächst der Kondensator (12) kurgeschlossen ist.

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

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rücksetzsignal am Ausgang des ersten Komparators (15) über ein Schaltglied (30) auf einen Spannungsteiler (37, 38) für die Versorgungsspannung (U _b ) am Eingang des weiteren Komparators (33) in dem Sinne einwirkt, daß bei einer Versorgungs­ spannung 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 gekenn­ zeichnet, daß durch das Schaltglied (30) das Rücksetz­ signal am Ausgang des ersten Komparators (15) als 0-Signal über einen Widerstand (31) dem Abgriff des Spannungsteilers (37, 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 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Masse verbundene Teil (38) des Spannungsteilers durch eine Z-Diode (39) überbrückt ist.