DE3611956C3

DE3611956C3 - Signalformungsschaltung

Info

Publication number: DE3611956C3
Application number: DE3611956A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Miyazaki; Mitsuaki Ishii
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1986-04-09
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2006-04-10
Also published as: DE3611956A1; KR880004643A; US4668875A; DE3611956C2; JPS61234118A; KR900006045B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalformungsschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer Signalformungsschaltung der vorstehend genannt Art. Die Schaltung umfaßt eine Gleichspannungsversorgung 1, die eine 12 V- Batterie für ein Kraftfahrzeug ist, einen mit der Span nungsversorgung 1 gekoppelten Steuerkreis 100 und einen mit dem Steuerkreis 100 gekoppelten Schalter 101. Ferner ist ein Spannungsregler 2 vorgesehen, mit dem die von der Gleichspannungsversorgung gelieferte 12-V-Spannung auf 5 V geregelt wird. Ein Pull-up-Widerstand 3 mit einem Widerstandswert von 820 Ω ist zwischen eine 12-V-Span nungsleitung und den Schalter 101 geschaltet. Ein Ende eines Widerstands 4 mit einem Wert von 6,8 kΩ ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 3 und dem Schal ter 101 verbunden, während ein Kondensator 5 mit einer Kapazität von 10 µF mit dem anderen Ende des Widerstands 4 verbunden ist und einen Tiefpaß bildet. Eine Schutzdiode 12 begrenzt die Höhe der Spannung, wenn eine negative Spannung zugeführt wird. Ein Widerstand 13 mit einem Wert von 2,2 kΩ bildet zusammen mit dem Widerstand 4 einen Spannungsteiler; die Basis eines npn-Transistors 14 ist mit dem Ausgang des Spannungsteilers verbunden, und ein Widerstand 16 von 10 kΩ ist mit dem Kollektor des Transi stors 14 und einer 5-V-Leitung gekoppelt, die die Aus gangsleitung des Spannungsreglers 2 ist. Ein Mikrocomputer 10 empfängt die Kollektorspannung des Transistors 14 als digitales Eingangssignal.

Nachstehend wird die Funktionsweise der Schaltung nach Fig. 1 erläutert. Wenn der Schalter 101 geöffnet wird, wird dem Transistor 14 durch die Widerstände 3 und 4 ein Basisstrom zugeführt. Daher wird dieser Transistor 14 leitend, und die Eingangsspannung E des Mikrocom puters 10 wird 0 V. Wenn dagegen der Schalter 101 ge schlossen wird, wird die Spannung an einem Punkt A zu 0 V. Daher wird der Transistor 14 gesperrt, und die Spannung am Punkt E wird 5 V.

Die Spannung am Punkt A, entsprechend der der Transistor 14 durchgesteuert oder gesperrt wird, ist durch die Basis-Emitter-Spannung (ca. 0,7 V) des Transistors 14 und den aus den Widerständen 4 und 13 bestehenden Spannungs teiler bestimmt, da der Strom des Transistors 14 hoch ist. Im Fall von Fig. 1 wird der Transistor 14 durchgesteuert, wenn die Spannung am Punkt A ca. 2,9 V oder mehr beträgt, und wird gesperrt, wenn die Spannung unter diesem Wert liegt. Der Kondensator 5 bildet zusammen mit dem Wider stand 4 den Tiefpaß, der verhindert, daß der Transistor 14 irrtümlich infolge von Störsignalen schaltet, die im Kabelsatz für die Verbindung des Schalters 101 mit dem Steuerkreis 100 entstehen.

Da die bekannte Signalformungsschaltung in der vorstehend beschriebenen Art ausgelegt ist, weist sie den Nachteil auf, daß der Vergleichspegel für die Eingangsspannung Schwankungen unterliegt, wenn die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 14 sich mit der Umgebungstemperatur ändert. Ein weiteres Problem liegt darin, daß ein teures Schaltungselement wie der Transistor 14 verwendet wird.

Aus der US-PS 39 14 735 ist es bekannt, daß man eine Zener- Diode verwenden kann, um eine Spannung zu begrenzen. Bei der dort gezeigten Schaltung ist außerdem ein tiefpaßarti ges Zeitverzögerungselement vorgesehen, um im Zusammenhang mit einer Warneinrichtung ein elektrisches Bauelement in einem Kraftfahrzeug zeitverzögert anzusteuern.

Aus Triebel: "Integrated Digital Electronics", Prentice-Hall, Inc., 1979, Englewood Cliffs, N.J., S. 302, ist es bekannt, daß man die einer digitalen Schaltung zuführbare Eingangs spannung über eine auf Masse und eine auf die Versorgungs spannung gelegte Diode begrenzen kann.

Aus der DEZ "ELEKTOR", Juli/August 1974, 7-83: "Startautomatik" ist eine Signalformungsschaltung für ein Schaltersignal bekannt, die einen eingangsseitig am Schalter liegenden Spannungsteiler und einen zu dem auf Masse geführten Spannungsteiler- Widerstand parallel geschalteten Kondensator mit einer dazu parallelen Schutzdiode (gegen negative Spannungen) aufweist. Zum Schutz vor positiven Überspannungen ist eine Diode vorgesehen, deren Anode auf der Signalspannung und deren Kathode auf der Betriebsspannung der integrierten Schaltung liegt. Bei dieser Anordnung wird somit die der integrierten Schaltung zuführbare Eingangsspannung auf Werte begrenzt, die bei -0,6 V bzw. 5,6 V (Spannungsversorgung 5 V) liegen. Auch derartige Über- bzw. Unterspannungen können zu Störungen der integrierten Schaltung bzw. deren Arbeitsverhalten führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signalformungsschaltung auf kostengünstige Weise dahingehend weiterzubilden, daß die Störsicherheit erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände eines der Ansprüche 1 bis 4 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild einer bekannten Signalformungsschaltung;

Fig. 2 das Schaltbild der Signalformungsschaltung nach der Erfindung; und

Fig. 3 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Die Schaltung umfaßt einen Wider stand 4 von 8,2 kΩ, dessen eines Ende mit dem Verbin dungspunkt A zwischen einem Schalter 101 und einem Pull- up-Widerstand 3 von 820 Ω verbunden ist, sowie einen Kon densator 5 von 2,2 µF, der mit dem Widerstand 4 so gekop pelt ist, daß ein Tiefpaß 102 gebildet ist. Eine Diode 6 begrenzt den Höchstwert der Ausgangsspannung (an einem Punkt B) des Tiefpasses 102 auf ca. 5,6 V, und eine Diode 7 begrenzt den Niedrigstwert der Ausgangsspannung (am Punkt B) des Tiefpasses 102 auf -0,6 V. Widerstände 8 und 9 bilden einen Spannungsteiler 104, durch den das Aus gangssignal des Tiefpasses 102, das durch einen Spannungs begrenzer 103 einer Spannungsbegrenzung unterliegt, auf einen Wert von ca. ²/₃ geteilt wird. Der Widerstand 8 hat einen Wert von 4,7 kΩ, und der Widerstand 9 hat einen Wert von 10 kΩ.

Nachstehend wird die Funktionsweise dieser Ausführungsform erläutert. Wenn der Schalter 101 geöffnet ist, geht die Spannung am Punkt B auf 5,9 V zu. Da sie jedoch auf 5,6 V begrenzt ist, wird die Spannung an einem Punkt C, wo die Ausgangsspannung des Spannungsteilers 104 anliegt, 3,8 V. Dann wird am Eingang des Mikrocomputers 10 eine "1" erfaßt, weil seine Schwellenspannung ca. 1.2 V beträgt.

Wenn dagegen der Schalter 101 geschlossen ist, beträgt die Spannung an den Punkten A, B und C jeweils 0 V. Da die Spannung am Punkt C unter den Schwellenspannung liegt, wird am Eingang eine "0" erfaßt.

Der Mikrocomputer 10 erfaßt den Hochpegel-Eingang, wenn die Spannung am Punkt A mehr als 2,7 V beträgt, und erfaßt den Niederigpegel-Eingang, wenn die Spannung am Punkt A unter 2,7 V liegt. Die Schwellenspannung des aus NMOS-FET′s aufgebauten Mikrocomputers 10 wird durch die Umgebungstemperatur kaum beeinflußt und ist daher stabil.

In der Umgebung von Kraftfahrzeugen ist das Erdpotential je nach Ort unterschiedlich und kann zwischen -0,5 V und +1,0 V schwanken, und es können Störsignale von mehr als ±100 V auftreten. Auch in solchen Fällen wird jedoch die Spannung am Punkt B durch den Tiefpaß 102 und den Span nungsbegrenzer 103 innerhalb des Bereichs von -0,6 V und +5,6 V gehalten. Daher liegt die Spannung am Punkt C zwi schen -0,4 V und +3,8 V, so daß der Mikrocomputer 10 stabil arbeitet.

Bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform besteht der Spannungsbegrenzer 103 zwar aus den Dioden 6 und 7, er kann jedoch auch durch eine Z-Diode 11 entsprechend Fig. 3 gebildet sein.

Bei den Ausführungsbeispielen ist der Spannungsbegrenzer 103 in der dem Tiefpaß 102 nachgeschalteten Stufe ange ordnet. Die gleiche Wirkung ergibt sich jedoch, wenn der Tiefpaß 102 in der dem Spannungsbegrenzer 103 nachge schalteten Stufe vorgesehen ist, wodurch der Tiefpaß noch zuverlässiger arbeitet.

Wie vorstehend beschrieben, wird bei der Erfindung die Schwellenspannung einer digitalen IS, z. B. eines Mikro computers, als Vergleichspegel verwendet, und die Schnitt stellenschaltung besteht aus einem Tiefpaß, einem Span nungsbgrenzer und einem Spannungsteiler. Durch die Erfin dung wird somit eine Signalformungsschaltung angegeben, die kostengünstig aufgebaut ist, durch Umgebungstempera turen kaum beeinflußt wird und jederzeit, auch bei Auf treten von Störsignalen großer Amplitude, stabil arbeitet.

Claims

1. Signalformungsschaltung für ein Schaltersignal zum Ansteuern einer digitalen integrierten Schaltung (10) in einem Kraftfahrzeug mit folgenden Merkmalen:

a) eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (3) und dem abzutastenden Schalter (101), die zwischen Masse und einer Versorgungsleitung im Bordnetz des Kraftfahrzeuges liegt, erzeugt das Schaltersignal;
b) das Schaltersignal wird der integrierten Schaltung (10) über einen Tiefpaß (102) zugeführt;
c) eine Spannungsbegrenzungseinrichtung (103) begrenzt die der integrierten Schaltung (10) zugeführte Spannung im wesentlichen auf deren Betriebsspannung;

dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsbegrenzungseinrichtung (103) eine Diode (6) umfaßt, deren Anode auf der Signalspannung und deren Kathode auf der Betriebsspannung (5 V) der integrierten Schaltung (10) liegt, und
daß der Tiefpaß (102) der Spannungsbegrenzungseinrichtung im Signalfluß (103) nachgeschaltet ist.

2. Signalformungsschaltung nach dem Oberbegriff des An spruches 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungsbegrenzungseinrichtung (103) eine Zener- Diode (11) umfaßt, deren Anode auf Masse und deren Kathode auf der Signalspannung liegt, wobei die Zener- Spannung der Zener-Diode (11) in der Nähe der Betriebs spannung der integrierten Schaltung liegt, und
daß der Tiefpaß (102) der Spannungsbegrenzungseinrichtung im Signalfluß (103) nachgeschaltet ist.

3. Signalformungsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungsbegrenzungseinrichtung (103) eine Diode (6) umfaßt, deren Anode auf der Signalspannung und deren Kathode auf der Betriebsspannung (5 V) der integrierten Schaltung (10) liegt, und
daß im Signalfluß direkt vor der integrierten Schaltung (10) ein Spannungsteiler (104) mit Widerständen (8, 9) derart angeordnet ist, daß die begrenzte Signalspannung geteilt wird.

4. Signalformungsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzungseinrichtung (103) eine Zener- Diode (11) umfaßt, deren Anode auf Masse und deren Kathode auf der Signalspannung liegt, wobei die Zener- Spannung der Zener-Diode (11) in der Nähe der Betriebsspannung der integrierten Schaltung liegt, und
daß im Signalfluß direkt vor der integrierten Schaltung (10) ein Spannungsteiler (104) mit Widerständen (8, 9) derart angeordnet ist, daß die begrenzte Signalspannung geteilt wird.

5. Signalformungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalfluß direkt vor der integrierten Schaltung (10) ein Spannungsteiler (104) mit Widerständen (8, 9) derart angeordnet ist, daß die begrenzte Signalspannung geteilt wird.

6. Signalformungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß (102) der Spannungsbegrenzungseinrichtung im Signalfluß (103) nachgeschaltet ist.