DE3529494A1 - Schaltungsanordnung umfassend einen mikrocomputer und einen mit diesem im datenaustausch stehenden halbleiter-speicher - Google Patents

Schaltungsanordnung umfassend einen mikrocomputer und einen mit diesem im datenaustausch stehenden halbleiter-speicher

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Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Schaltungsanordnung umfassend einen Mikrocomputer und einen mit diesem im Datenaustausch stehenden Halbleiter-Speicher nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei derartigen Anordnungen dient der Halbleiter-Speicher dazu, gegebenenfalls umfangreiche, vom Computer erstellte Datensätze abzuspeichern, um sie bei Bedarf wieder abzurufen. Im Kraftfahrzeug werden solche Anordnungen z. B. dazu verwendet, um die Funktionen von elektronisch gesteuerten Getrieben, Kennfeld-Zündungen und dgl. zu überwachen bzw. charakteristische Betriebsdaten zu Diagnosezwecken abzuspeichern.
Ein Problem bei derartigen Anordnungen besteht darin, daß beim Abschalten der Betriebsspannung für den Mikrocomputer von diesem undefinierte Daten in der Abschaltphase an den Halbleiter-Speicher transferiert werden können, so daß beim Wiedereinschalten der zuletzt eingeschriebene Datensatz gegebenenfalls fehlerhaft ist.
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es bekannt, die Daten mehrfach hintereinander einzuschreiben, um dann auf einen letzten, gegebenenfalls unvollständigen oder fehlerhaften Datensatz verzichten zu können. Dies macht allerdings die Erhöhung der Speicherkapazität allein zu diesem Zweck erforderlich.
Es ist weiter bekannt, vom Mikrocomputer z. B. nach je 8 Bits einen Code generieren zu lassen, wobei man davon ausgeht, daß ein derartiger Code nur dann ordnungsgemäß erzeugt wird, wenn der Mikrocomputer über eine entsprechend hohe Betriebsspannung verfügt, und wobei im Halbleiter-Speicher ein Datensatz nur dann abgespeichert wird, wenn er ordnungsgemäß codiert ist. Diese Ausgestaltung kann aber dazu führen, daß bei einem plötzlichen Ausfall der Betriebsspannung ein gegebenenfalls wesentlicher letzter Datensatz zwar nicht falsch aber dafür überhaupt nicht abgespeichert wird.
Eine weitere Kontrollmöglichkeit besteht bei sich kontinuierlich ändernden Datenfolgen darin, diese auf das Auftreten von Sprüngen zu überprüfen, wobei ein festgestellter derartiger Sprung als Anzeichen dafür genommen wird, daß ein sprunghaft abweichender Datenwert fehlerhaft sein muß. Eine derartige Kontrolle eignet sich aber nicht für die Überwachung von Betriebssystemen an Kraftfahrzeugen, wobei sich durchaus sprunghafte Zustandsänderungen ergeben können.
NV-RAMs und EEPROMs der Firma Intel besitzen eine Datenschutzschaltung, welche jeden Schreibvorgang sperrt, wenn die gemeinsame Betriebs- bzw. Versorgungsspannung von Mikrocomputer und Halbleiter-Speicher eine Spannung von 4 Volt unterschreitet (Intel Application Note AP-165). Auch diese Lösung eignet sich nicht für solche Anwendungsfälle, wo sichergestellt werden soll, daß im Falle eines Abschaltens der Spannungsversorgung oder eines unfallbedingten Ausfalls derselben der jeweils letzte Datensatz noch vollständig eingeschrieben wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der in Betracht stehenden Art so auszugestalten, daß ein Halbleiter-Speicher mit möglichst kleiner Speicherkapazität verwendet werden kann, und daß auch bei einem unvorhergesehenen Spannungsausfall, z. B. bei einem Unfall eines Kraftfahrzeugs, sichergestellt ist, daß der Halbleiter-Speicher mit dem den Zustand unmittelbar vor dem Spannungsausfall wiedergebenden Datensatz beschrieben wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Soweit dort von einem Chip-Select-Eingang die Rede ist, ist hierunter im allgemeinen Sinn ein Eingang zu verstehen, welcher beim Anliegen einer (positiven) Spannung zwischen einer unteren und oberen Schwellspannung und nur dann das Beschreiben des Halbleiter-Speichers gestattet.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Dimensionierung der Schaltungsanordnung wird erreicht, daß einerseits absolut zuverlässig verhindert wird, daß während eines undefinierten Betriebszustandes des Mikrocomputers fehlerhafte Daten in den Halbleiter-Speicher geschrieben werden, wobei andererseits erreicht wird, daß auch bei einem unfallbedingten plötzlichen Spannungsausfall der Datentransfer jedenfalls noch solange aufrechterhalten wird, bis ein vollständiger Datensatz in den Halbleiter-Speicher eingeschrieben ist.
Im einfachsten Fall läßt sich das angestrebte zeitliche Abklingverhalten durch das Vorsehen entsprechend dimensionierter Kapazitäts-Widerstands-Anordnungen entsprechend Anspruch 2 erzielen. Die konkrete Dimensionierung hängt dabei von den Daten des verwendeten Mikrocomputers bzw. Halbleiter-Speichers ab.
Vorteilhafterweise ist in der Spannungsversorgungsanordnung für die Betriebsspannung des Mikrocomputers entsprechend Anspruch 3 ein Regler mit einem vorgeschalteten Kondensator vorgesehen, wobei dann in das Abklingverhalten der Betriebsspannung für den Mikrocomputer auch das Verhalten der Regler-Kondensatoranordnung eingeht.
Die Ansprüche 4 und 5 geben unterschiedliche Möglichkeiten der Bereitstellung der Versorgungsspannung für den Halbleiter-Speicher an. Gemäß Anspruch 4 ist hierfür eine gesonderte Batterie vorgesehen, während gemäß Anspruch 5 die Spannung von der Spannungsquelle für den Mikrocomputer abgegriffen wird, wobei dann durch einen Kondensator größerer Kapazität dafür gesorgt wird, daß diese Spannung auch nach einem Ausfall der Spannungsquelle hinreichend lange aufrechterhalten wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Dabei zeigen
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
Fig. 2a bis d Diagramme des zeitlichen Abklingverhaltens der Spannungen U B , U 1, U 2 und U 3.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Schaltungsanordnung umfaßt einen Mikrocomputer und einen Halbleiter- Speicher, welche über einen Datenbus im Datenaustausch stehen. Als Mikrocomputer kann z. B. ein Motorola 68HC11 mit einer Maschinenzykluszeit von eine Mikrosekunde verwendet werden. Als Halbleiter-Speicher wird im Ausführungsbeispiel ein CMOS-RAM 80C52 verwendet. Grundsätzlich könnte hier auch ein EEPROM, ein NV-RAM oder ein EPROM verwendet werden. Letzteres kommt nur in Betracht, wenn z. B. in Verbindung mit einem Crash-Sensor ein einmaliger Einschreibvorgang der relevanten Betriebsdaten eines Kraftfahrzeugs unmittelbar vor einem Unfall vorgenommen werden soll.
Als Betriebsspannung für den Mikrocomputer und den Halbleiter-Speicher dient bei Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einem Kraftfahrzeug die Batteriespannung U B , welche in der Regel zwischen 11 und 15 Volt liegt.
In der Spannungsversorgungsleitung 1 für den Mikrocomputer, welche am Plus-Pol der Kraftfahrzeugbatterie U B angeschlossen ist, ist zunächst eine Diode D 4 angeordnet, wobei sich aufgrund deren Schwellspannung ein Spannungsabfall von etwa 0,6 Volt ergibt. Von der Leitung 1 zu der mit dem Minus-Pol gegen Masse liegenden Batterie parallelgeschaltet sind nachfolgend ein Kondensator C 1, eine Zener-Diode D 1 und ein Kondensator C 5. Der Kondensator C 5 und die Zener-Diode D 1 dienen der Entstörung von Spannungsspitzen, während der Kondensator C 1 das Abklingverhalten der Spannung U B im Falle des Abschaltens der Spannung bestimmt.
Nach dem parallelgeschalteten Kondensator C 5 ist in der Leitung 1 ein Regler (z. B. LM2930) vorgesehen, welcher eine konstante Ausgangsspannung von 5 Volt aufrechterhält, solange an seinem Eingang eine Spannung von über 5,6 Volt anliegt.
Dem Regler nachgeordnet sind jeweils parallelgeschaltet ein Kondensator C 2 und eine weitere Zener-Diode D 2 vorgesehen. Letztere dient als Entstörsicherheitsglied für den Regler und gleiche Überschwingungen des Reglers aus. Der Kondensator C 2 bestimmt das Abklingverhalten der am Reglerausgang anliegenden Spannung U 2 beim Abschalten der Spannung. Im weiteren ist die Spannung U 2 mit dem Eingang (+) des Mikrocomputers verbunden.
Von der gleichen Batterieklemme, von welcher die Leitung 1 wegführt, wird eine Leitung 2 zur Bereitstellung der Spannung für den einen Chip-Select-Eingang CSA des Halbleiter-Speichers weggeführt. In dieser Leitung 2 ist eine Spannungsteileranordnung umfassend Widerstände R 1 und R 2 vorgesehen. Danach ist eine parallelgeschaltete Zener-Diode D 3 zur Spannungsbegrenzung angeordnet. Im Anschluß hieran teilt sich die Leitung 2 und führt einerseits zum Mikrocomputer-Eingang U B und andererseits über eine Diode D 6 und einen parallelgeschalteten Kondensator C 3 sowie einen parallelgeschalteten Widerstand R 5 zum Eingang CSA des Halbleiter-Speichers, welcher einen Schmitt-Trigger-Eingang aufweist, so daß die anliegende positive Spannung U 3 zunächst über einem oberen Schwellwert U 3OS und anschließend über einem unteren Schwellwert U 3US durchgeschaltet wird, d. h. beim Anliegen einer Spannung in diesem Bereich können vom Mikrocomputer (μ C) daten in den Halbleiter-Speicher (CMOS-RAM) eingeschrieben werden.
Zur Bereitstellung der Versorgungsspannung U 4 für den Halbleiter-Speicher (CMOS-RAM) dient eine nicht dargestellte Batterie, wobei deren Plus-Klemme (U BRAM ) ein Widerstand R 6 in Reihe sowie eine Zener-Diode D 4 und ein Kondensator C 4 parallel nachgeschaltet sind. Zener-Diode D 4 und Kondensator C 4 dienen zur Spannungsstabilisierung.
Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Schaltung kann die Versorgungsspannung für den Halbleiter-Speicher auch von der Leitung 1 abgegriffen werden wie die Betriebsspannung über den Regler für den Mikrocomputer, wobei in diesem Fall dann jedoch der Kondensator C 4 so groß dimensioniert werden muß, daß in jedem Fall gewährleistet ist, daß die Versorgungsspannung U 4, welche am Eingang 16 des Halbleiter-Speichers anliegt, beim Ausfall der Batteriespannung solange aufrechterhalten bleibt, bis die Eingangsspannung am Eingang CSA den unteren Schwellwert U 3SU unterschreitet. Als Halbleiterspeicher käme in diesem Fall dann ein EEPROM in Betracht.
Beim Abschalten des Zündschlosses bzw. beim Ausfall dieser Spannung U B aufgrund eines Unfalls wird zunächst die Spannung U 2 durch den Regler auf 5 Volt konstant gehalten, bis am Eingang des Reglers zum Zeitpunkt T 1 eine Spannung U 1 anliegt, die 5,6 Volt unterschreitet (vgl. Verlauf der Spannung U 2 in Fig. 2c). Der zeitliche Abfall der Spannung U 1 am Eingang des Reglers nach dem Zeitpunkt des Abschaltens der Spannung U B wird im wesentlichen bestimmt durch die Kapazität des Kondensators C 1 und den Innenwiderstand des Mikrocomputers μ C (vgl. Fig. 2b).
Der weitere zeitliche Verlauf des Abfalls der Spannung U 2 am Ausgang des Reglers bzw. am Eingang (+) des Mikrocomputers wird bestimmt durch die Kapazität des Kondensators C 2 und den Innenwiderstand des Mikrocomputers (μ C) mit einer Stromaufnahme von z. B. 50 mA bei 5 Volt. Der Verlauf des Spannungsabfalls U 2 ist in Fig. 2c dargestellt. Zu einem Zeitpunkt T 2 unterschreitet die Spannung U 2 die Mindestbetriebsspannung U 2min des Mikrocomputers (μ C).
Der Abfall der Spannung U 3 nach Abschalten der Spannung U B wird bestimmt durch den Kondensator C 3 und den parallelliegenden Widerstand R 5, da der Schmitt-Trigger- Eingang des CMOS-RAM sehr hochohmig ist.
Beispielhafte Dimensionierungen der wesentlichen Bauteile sind 47 µF für den Kondensator C 1, 220 µF für den Kondensator C 2, 22 nF für den Kondensator C 3, 47 µF für den Kondensator C 4, 11 KΩ für den Widerstand R 5 bei einer Stromaufnahme von 50 mA bei 5 Volt des Mikrocomputers und einer Maschinenzykluszeit von 1 µs des Mikrocomputers.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Schaltung und Dimensionierung und des dadurch erzielten Abklingverhaltens der relevanten Spannungen U 2 und U 3 wird folgendes erreicht:
Bei einem Abschalten der Batterie-Spannung U B bzw. bei einem unfallbedingten Ausfall derselben zu einem Zeitpunkt T 0 fällt die Spannung U B , wie in Fig. 2a (nicht maßstabsgerecht) dargestellt, ab. Frühestens ab einem Zeitpunkt T 3 nach dem Zeitpunkt T 0 kann der Mikrocomputer μ C aufgrund einer zyklischen Abfrage der Batteriespannung U B , z. B. alle 20 ms erkennen, daß ein Spannungsabfall eingetreten ist. Dies kann z. B. bei U B = 5,1 V, wie im Ausführungsbeispiel gezeichnet, der Fall sein. Von diesem Zeitpunkt T 3 ab werden nach dem Erkennen des Spannungsabfalles von dem Mikrocomputer μ C keine Daten mehr an den Halbleiterspeicher CMOS-RAM transferiert. Es ist aber möglich, daß in dem Zeitraum zwischen T 0 und T 3 eine Spannungsabfrage und anschließend der Beginn der Übertragung eines Datensatzes liegt. Die für die Übertragung eines vollständigen Datensatzes erforderliche Zeit beträgt Δ T. Erfindungsgemäß wird nun erreicht, daß sichergestellt ist, daß während dieser Zeit noch ordnungsgemäße Betriebsbedingungen aufrechterhalten werden.
Wenn nach dem Zeitpunkt T 0 die Spannung am Eingang des Reglers (LM 2930) zum Zeitpunkt T 1 den Wert von 5,6 Volt unterschreitet (vgl. Fig. 2b), fällt auch die Spannung U 2 zum Betrieb des Mikrocomputers μ C ab (vgl. Fig. 2c) bis zu einem Zeitpunkt T 2 die Mindestbetriebspannung U 2min , im Ausführungsbeispiel 4 Volt, erreicht ist (vgl. Fig. 2c).
Vom Zeitpunkt T 0 ab fällt auch die Spannung U 3 am Chip-Select-Eingang CSA ab und unterschreitet zu einem Zeitpunkt T 4 die untere Schwellspannung U 3US am Eingang CSA des Halbleiterspeichers CMOS-RAM (vgl. Fig. 2d).
Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird nun sichergestellt, daß einerseits zum Zeitpunkt T 4, zu welchem der Eingang CSA gesperrt wird, in jedem Fall der Mikrocomputer μ C noch betriebsfähig ist, d. h. U 2 liegt über U 2min , so daß gewährleistet ist, daß keinesfalls während eines undefinierten Betriebszustandes des Mikrocomputers μ C noch Daten in den Halbleiterspeicher CMOS-RAM eingeschrieben werden.
Gleichzeitig ist die Bedingung erfüllt, daß bis zum zeitpunkt T 3, zu welchem der Mikrocomputer μ C den Abfall der Spannung U B frühestens erkennen und einen weiteren Datentransfer dementsprechend unterbinden kann, ein vorher begonnener Datentransfer noch unter ordnungsgemäßen Bedingungen zu Ende gebracht wird, d. h. nach dem Zeitpunkt T 3 steht mindestens noch eine Zeitspanne Δ T, z. B. 150 µsec, für einen solchen vollständigen Datentransfer zur Verfügung, bis die untere Schwellspannung U 3US zum Zeitpunkt T 4 unterschritten wird.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung umfassend einen Mikrocomputer und einen mit diesem im Datenaustausch stehenden Halbleiter- Speicher, insbesondere ein CMOS-RAM, ein NV-RAM, ein EEPROM od. dgl., sowie eine Spannungsquelle U B mit je einer nachgeschalteten Spannungsversorgungsanordnung für die Betriebsspannung (U 2) des Mikrocomputers und zur Erzeugung der Spannung (U 3) für wenigstens einen Chip-Select-Eingang od. dgl. des Halbleiterspeichers sowie eine Spannungsquelle mit nachgeschalteter Spannungsversorgungsanordnung für die Versorgungsspannung U 4 des Halbleiterspeichers, wobei die Spannung der Spannungsquelle U B von dem Mikrocomputer zyklisch abgefragt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungsanordnungen für die Betriebsspannung des Mikrocomputers (μ C) und die Spannung des Chip-Select-Eingangs (CSA) des Halbleiterspeichers (CMOS-RAM) so ausgebildet sind, daß bei einem Ausfall oder bei einem Abschalten der Spannungsquelle (U B ), von welcher die Betriebsspannung (U 2) des Mikrocomputers (μ C) abgeleitet wird, zu einem Zeitpunkt (T 0 ) der relative zeitliche Spannungsabfall der Betriebsspannung (U 2) des Mikrocomputers (μ C) und der Spannung (U 3) an dem wenigstens einen Chip-Select-Eingang (CSA) des Halbleiterspeichers (CMOS-RAM) so verlaufen, daß die Zeit T 3-T 0) bis zum frühestmöglichen Erkennen des Abfalls der Spannung (U B ) aufgrund der zyklischen Abfrage des Mikrocomputers (μ C) nach dem Zeitpunkt (T 0) zuzüglich der Zeit (Δ T) für einen vollständigen Datentransfer zwischen Mikrocomputer (μ C) und Halbleiterspeicher (CMOS-RAM) gleich oder kleiner ist als die Zeit (T 4-T 0 ) zwischen dem Zeitpunkt (T 0 ) des Abfalls der Spannung (U B ) und dem Zeitpunkt (T 4) des Unterschreitens der unteren Schwellspannung des Chip-Select-Eingangs (CSA) des Halbleiterspeichers (CMOS-RAM), und daß dieser Zeitpunkt (T 4) früher liegt als der Zeitpunkt (T 2) des Unterschreitens der Mindestbetriebsspannung (U 2min ) zur Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Funktion des Mikrocomputers (μ C).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungsanordnung für die Betriebsspannung (U 2) des Mikrocomputers (μ C) und die Spannungsversorgungsanordnung für die Spannung (U 3) am Chip-Select-Eingang des Halbleiterspeichers (CMOS-RAM) eine das zeitliche Abklingverhalten bestimmende Kondensator-Widerstands-Anordnung (C 3, R 5 bzw. C 1, C 2, μ C) umfassen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungsanordnung für die Betriebsspannung (U 2) des Mikrocomputers (μ C) einen Regler (LM2930) mit einem vorgeschalteten Kondensator (C 1) umfaßt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung (U 4) für den Halbleiterspeicher (CMOS-RAM) von einer Spannungsquelle (U BRAM ) abgegriffen wird, welche unabhängig von der Spannungsquelle (U B ) für die Betriebsspannung (U 2) des Mikrocomputers (μ C) ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle für die Betriebsspannung des Halbleiterspeichers identisch ist mit der Spannungsquelle für die Betriebsspannung des Mikrocomputers, und daß die Spannungsversorgungsanordnung für die Betriebsspannung des Halbleiterspeichers einen Kondensator umfaßt.
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