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-speicherInfo
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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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- 1986-06-11 FR FR868608444A patent/FR2586311B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1986-08-05 US US06/893,494 patent/US5070481A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-08-18 JP JP61191786A patent/JPH0656573B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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