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Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektronischen
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Rechenbausteinen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer
Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektronischen Rechenbausteinen nach der
Gattung des Hauptanspruchs. Solche, 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. Solche, z.B. aus der DE-OS 29 03 638, der
DE-OS 30 35 896 sowie der DE-OS 32 14 oo6 bekannte Überwachungsanordnungen überwachen
dabei die Einhaltung eines maximal zulässigen Signalabstands der Ausgangssignale.
Es ist jedoch auch schon aus der JP-OS 57 10 8938 und der JP-OS 57 10 8939 bekannt,
sowohl den maximal zulässigen Signalabstand, wie auch den minimal zulässigen Signalabstand
der Ausgangssignale eines Rechenbausteins zu überwachen. Wenn dann innerhalb des
überwachten Zeitfensters
infolge einer Fehlfunktion kein Ausgangssignal
erscheint, erfolgt eine Rücksetzung des Rechenbausteins.
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Diese bekannten Schaltungsanordnungen sind aus Zeitgliedern aufgebaut,
und benötigen noch zusätzliche Gatterschaltungen und nicht näher ausgeführte Schaltungsblöcke.
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Die Realisierung als diskrete Schaltung würde relativ aufwendig werden.
Darüber hinaus besteht der Nachteil, daß die bekannten Schaltungen bei Auftreten
eines Ausgangssignals außerhalb des überwachten Zeitfensters zwar ein Rücksetzsignal
erzeugen, jedoch bei Aufrechterhaltung der Störung, insbesondere bei Auftreten von
Rechenausgangssignalen mit zu engem Signalabstand, keine weiteren Ru'.cksetzsignale
mehr erzeugen können.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
die Schaltung mit geringem Rauelementenaufwand auskommt und im Fehlerfalle ein sich
immer wiederholendes, definiertes Rücksetzsignal erzeugt, durch das in festen Zeitabständen
wiederholt Programmstarts versucht werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung
möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, den Spannungsstoß am ersten Kondensator
über einen weiteren Kondensator auf den zweiten Kondensator zu übertragen, wobei
für das zu übertragende Signal eine Grenzwertstufe vorgesehen
ist,
durch die nur Signalpegel oberhalb des Grenzwerts wirksam werden. Diese Grenzwertstufe
ist vorteilhaft als Widerstands-Dioden-Netzwerk ausgebildet, wodurch gleichzeitig
eine Temperaturkompensation erreicht wird.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, ein Zeitglied zur Erzeugung
eines in seiner zeitlichen Dauer festgelegten Rücksetzsignals vorzusehen, indem
beim Auftreten eines Komparatorausgangssignals über ein Rückkopplungsglied der Ansprechschwellwert
des Komparators erhöht und über ein Halbleiterschaltglied eine Ladestufe für den
zweiten Kondensator eingeschaltet wird.
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Da dieser Komparator zur Erzeugung des Rücksetzsignals ohnehin zur
Erkennung der Ansprechschwelle bei Über-oder Unterschreitung des Zeitfensters in
Verbindung mit dem zweiten Kondensator benötigt wird und vorhanden ist, werden für
dieses Zeitglied keine weiteren teuren Bauelemente benötigt.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der weiteren Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1
eine schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels und Figur 2 ein Signaldiagramm
zur Erläuterung der Wirkungsweise.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels In dem in Figur 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Ausgang (port) eines als Rechenbaustein verwendeten
Mikrorechners 10 über die Reihenschaltung eines Kondensators 11 mit einem Widerstand
12 mit der Basis eines pnp-Transistors 13 verbunden, dessen Kollektor über einen
Kondensator 14 an Masse gelegt ist. Parallel
zum Kondensator 14
ist ein Entladewiderstand 15 geschaltet. Die Basis und der Emitter des Transistors
13 sind durch einen Widerstand 16 überbrückt. Dabei ist der Emitter über eine Klemme
17 mit einer stabilisierten Spannung Ustab verbunden. Der Abgriff eines aus zwei
Widerständen 18, 19 bestehenden Spannungsteilers, der zwischen der Klemme 17 und
Masse liegt, ist über eine Diode 20 mit dem Kollektor des Transistors 13 verbunden
Dieser Kollektor ist über die Reihenschaltung eines Kondensators 21 mit einer Diode
22 an einen Kondensator 23 angeschlossen, dessen zweiter Anschluß an Masse liegt.
Ein aus einem Widerstand 24 und zwei Dioden 25, 26 bestehender Spannungsteiler ist
ebenfalls zwischen die Klemme 17 und Masse gelegt. Dabei ist der Verknüpfungspunkt
zwischen dem Widerstand 24 und der Diode 25 über eine weitere Diode 27 mit dem Verknüpfungspunkt
zwischen dem Kondensator 21 und der Diode 22 verbunden. Die Kondensatorspannung
des Kondensators 23 ist dem invertierenden Eingang eines als Komparators geschalteten
Operationsverstärkers 28 zugeführt.
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Der Abgriff eines aus zwei Widerständen 29, 30 bestehenden und zwischen
die Klemme 17 und Masse geschalteten Spannungsteilers ist an den nichtinvertierenden
Eingang dieses Komparators 28 angeschlossen.
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Parallel zum Kondensator 23 ist ein Entladewiderstand 31 geschaltet.
Die Klemme 17 ist über einen Ladewiderstand 32 und eine dazu in Reihe geschaltete
Diode 33 mit dem Kondensator 23 verbunden. Der Abgriff zwischen dem Ladewiderstand
32 und der Diode 33- ist über eine weitere Diode 34 an den Ausgang des Komparators
28 gelegt, der über einen Widerstand 35 mit seinem nichtinvertierenden Eingang,
über einen Widerstand 36 mit der Klemme 17 sowie direkt mit dem Rücksetzeingang
(reset) des Mikrorechners 10 verbunden ist.
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Die Wirkungsweise des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels
soll im folgenden anhand des in Figur 2 dargestellten Signaldiagramms erläutert
werden. Mit U10 sind die Ausgangssignale des Mikrorechners 10 bezeichnet, die bei
ordnungsgemäßer Funktion innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters liegen müssen,
also einen gewissen Mindestabstand und einen gewissen Maximalabstand einhalten müssen.
Die Erzeugung dieser Signale U10 erfolgt dadurch, daß an einer definierten Stelle
im Programmdurchlauf des Mikrorechners 10, 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. Bei Unter-oder Überschreitung der festgelegten Zeitgrenzen werden
durch die Schaltungsanordnung zur Überwachung von elektronischen Rechenbausteinen
Signale erzeugt, die den Rechner neu starten und initialisieren. Bleibt die Störung
aufrechterhalten, so kommen diese Rücksetzsignale periodisch solange, bis der Rechner
wieder normal arbeitet. Dabei ist es wesentlich, daß der zeitliche Abstand dieser
Rücksetzsignale U28 so bemessen ist, daß zwischen je zwei Impulsen dem Rechner genügend
Zeit gegeben ist, im normalen Programmablauf über seinen Ausgang Signale U10 im
richtigen Zeitabstand auszugeben, so daß sich die Überwachungsschaltung wieder abschaltet.
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Die Basis des Transistors 13 ist statisch über den Widerstand 16 auf
das Potential des Emitters gebunden, so daß dieser Transistor 13 zunächst sperrt.
Durch die negative Flanke eines Signals U10, das über den Kondensator 10 entkoppelt
übertragen wird, leitet der Transistor 13 kurzzeitig und lädt den Kondensator 14
auf den Wert Ustab auf (unter Vernachlässigung von Uec des Transistors 13).
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Der Widerstand 12 dient der Strombegrenzung. Anschließend
wird
der Kondensator 14 über den Widerstand 15 nach einer e-Funktion entladen bis der
Transistor 13 erneut leitet und den Kondensator 14 wieder auf Ustab auflädt. Die
Entladung ist dabei durch den Spannungsteiler 18, 19 auf den Wert Ug begrenzt. Wenn
dieser Wert erreicht ist, leitet die Diode 20 und hält den Kondensator 14 auf dem
Wert Ug. Beim Leiteniwerden des Transistors 13 entsteht somit ein Spannungshub Ul
am Kondensator 14, der durch die Entladebegrenzung maximal den Wert Ustab - Ug haben
kann. Dieser Spannungshub wird über den Kondensator 21 galvanisch entkoppelt auf
den Kondensator 23 übertragen.
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Der untere Potentialwert des Potentialsprunges ist dabei durch die
Bauteile 24 bis 27 bestimmt, d.h., die Spannungshübe über diesem Wert werden am
Kondensator 23 wirksam. Dabei dient die Diodenkombination 25, 26, 27 einerseits
zur Abkoppelung bei positivem Spannungshub und andererseits in Verbindung mit der
Diode 22 zur Temperaturkompensation. Der Spannungshub U1 am Kondensator 14 wirkt
sich dadurch als Spannungshub U2 am Kondensator 23 aus.
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Der Kondensator 23 wird dabei ständig über den Widerstand 31 nach
einer e-Funktion entladen. Die maximale Spannung am Kondensator 23 ist somit bis
zum Erreichen eines maximalen Spannungshubes Ustab- Ug ein Maß für die Zeitdauer
zwischen zwei Signalen U10. In den ersten drei Zeilen ist der ordnungsgemäße Zustand
dargestellt, d.h., die Signale U10 werden innerhalb des zu überwachenden Zeitfensters
erzeugt, und die Spannung U23 am Kondensator 23 erreicht nicht die Schwellspannung
Us des Komparators 28.
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In den folgenden Zeilen von Figur 2 sind Störfälle gezeigt, wobei
zunächst die durchgezogenen Linien der Signalläufe betrachtet werden sollen, die
den Fall darstellen, daß der minimal zulässige Zeitabstand zwischen zwei Signalen
U10 unterschritten wird. Infolge dieser zu kurzen Abstände verkleinert sich der
Spannungshub U1
und demgemäß der übertragene Spannungshub U2 so
sehr, daß infolge der ständigen Entladung des Kondensators 23 zum Zeitpunkt tl der
Schwellwert Us des Komparators 28 erreicht wird. Der Ausgang des Komparators 28
schaltet demzufolge auf ein 1-Signal, was sich bei einem Komparator mit offenem
Kollektor-Ausgang, so darstellt, daß über den Widerstand 36 die Spannung Ustab an
diesem Ausgang vorliegt. Dadurch wird über den Widerstand 35 die Schwellspannung
Us auf den höheren Wert Us' angehoben.
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Gleichzeitig wird die Diode 34 gesperrt, so daß sich nunmehr der Kondensator
23 über den Widerstand 32 und die Diode 33 aufladen kann, bis zum Zeitpunkt t2 die
höhere Schwellspannung Us' erreicht ist. Der Ausgang des Komparators 28 schaltet
dadurch wieder auf ein O-Signal, d.h., der offe-ne Kollektor-Ausgang wird intern
an Masse gelegt. Die Schwellspannung sinkt daher wieder auf den ursprünglichen Wert
Us, durch Leitendwerden der Diode 34 wird der Ladevorgang des Kondensators 23 unterbrochen
und der Kondensator 23 entlädt sich wieder nach einer e-Funktion. Bleibt der Signalabstand
der Signale U10 auf einem zu niedrigen Wert, so wird nach einigen Perioden wieder
die untere Schwelle Us erreicht, was ein erneutes Rücksetzsignal U28 zur Folge hätte.
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Dieser Vorgang setzt sich solange fort, bis die Signale U10 wieder
im regulären Rhythmus erscheinen und sich die Verhältnisse der ersten drei Zeilen
von Figur 2 wieder einstellen.
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Die Verhältnisse bei zu großem Signalabstand der Signale U10 sind
durch das mit einer unterbrochenen Linie gezeichnete Signal U10 dargestellt. Durch
die lange Zeitdauer zwischen zwei Signalen U10 wird zwar der maximale Spannungshub
Ustab - Ug erreicht, die Zeit zwischen zwei Signalen ist jedoch so lang, daß die
Kondensatorspannung des Kondensators 23 die Schwellspannung Us zum Zeitpunkt t3
unterschreitet. Die Signalverläufe U14 und U23 sind strichpunktiert dargestellt.
Nach Unterschreitung dieser Schwelle Us erfolgt - wie bei zu kurzem Signalabstand
der
Signale U10 - ein Hochsetzen der Schwellspannung auf den Wert
Us' und ein Ladevorgang des Kondensators 23. Zur Vereinfachung ist dies nicht mehr
dargestellt.
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Es sei noch festgehalten, daß in sinngemäßer Abwandlung der Erfindung
anstelle der Entladevorgänge bis zu einer unteren Schwelle auch Ladevorgänge bis
zu einer oberen Schwelle treten können. Positive Spannungshübe würden dann durch
negative Spannungshübe ersetzt.