DE3640351A1

DE3640351A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung einer impulsfolge

Info

Publication number: DE3640351A1
Application number: DE19863640351
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Ing Mattes; Wolfram Dipl Ing Neth; Hartmut Dipl Ing Schumacher; Hartmut Dipl Phys Seiler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-11-26
Filing date: 1986-11-26
Publication date: 1988-06-09
Anticipated expiration: 2006-11-27
Also published as: WO1988004074A1; KR890700245A; DE3640351C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Impulsfolge entsprechend der Gattung des Hauptanspruchs. Zur Überwachung der Funktion von elektronischen Schaltungsanordnungen, bei denen Impulsfolgen auftreten, insbesondere bei Mikroprozessoren, sind schon Schaltungsanordnungen bekannt, die überprüfen, ob an einem für die Überwachung vorgesehenen Ausgang der elektronischen Schaltungsanordnung ein Impuls erzeugt wird. Derartige Überwachungsschaltungen werden auch als "Watch-dog-Schaltung" bezeichnet. Ein von der Überwachungsschaltung erkannter Impuls einer Impulsfolge setzt die elektronische Schaltungsanordnung wieder in ihren Ausgangszustand zurück und der Vorgang des Überwachens und Rücksetzens läuft erneut ab. Werden keine Impulse mehr erzeugt, so wird dies nach Ablauf der vorgesehenen Überwachungszeit von der Überwachungsschaltung erkannt und als Fehlfunktion der elektronischen Schaltungsanordnung interpretiert. In diesem Fall erzeugt die Überwachungsschaltung periodische Reset-Signale für die elektronische Schaltungsanordnung sowie ein Fehlersignal zur Betätigung von Notlauf- und/oder Warneinrichtungen.

Die von der elektronischen Schaltungsanordnung erzeugten und von der Überwachungsschaltung überwachten Impulse entstehen bei Verwendung eines Mikroprozessors in der Regel dadurch, daß der Mikroprozessor periodisch ein Prüfprogramm abarbeitet. Nachteilig bei bisher bekannten Überwachungsschaltungen ist, daß sie lediglich ein Ausbleiben von Impulsen einer Impulsfolge erkennen, jedoch nicht feststellen, wenn zuviel Impulse erzeugt werden, beispielsweise dadurch, daß Befehle in der Programmroutine übersprungen werden oder der zu überwachende Ausgang der elektronischen Schaltungsanordnung im Takt des Mikroprozessoroszillators schwingt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber der bekannten Überwachungsschaltung den Vorteil einer wesentlich verbesserten Überwachungsmöglichkeit, da auch Fehlfunktionen der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden können, die sich in einer zu hohen Impulsfolgefrequenz äußern. Dadurch wiederum läßt sich die Zuverlässigkeit der elektronischen Schaltungsanordnung wesentlich erhöhen, was von besonderer Bedeutung ist, wenn diese in Sicherheitseinrichtungen für Insassen von Fahrzeugen verwendet wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. Ihre Vorteile ergeben sich im folgenden aus der Beschreibung und Zeichnung des Ausführungsbeispiels.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Impulsfolge,

Fig. 2 Impulsdiagramme, wie sie an speziellen Punkten der Schaltungsanordnung von Fig. 1 auftreten und

Fig. 3 die Verwendung der Schaltungsanordnung in einer Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erkennt, ob die Taktfrequenz, bzw. die Periode T einer Impulsfolge von einem vorgegebenen Wert nach oben oder unten abweicht. Sofern eine Abweichung festgestellt wird, d. h. sofern die Periode T außerhalb eines Toleranzintervalls mit den Grenzen TU und TO liegt, werden von der Schaltungsanordnung zwei Ausgangssignale abgegeben, nämlich eine Ausgangsimpulsfolge BR und ein Dauersignal ER. Beide Signaltypen werden solange abgegeben, wie die Taktfrequenz der überwachten Impulsfolge vom vorgegebenen Sollwert abweicht.

Besonders zweckmäßig kann mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Funktion eines Mikroprozessors überwacht werden. Die Ausgangsimpulsfolge BR dient dabei als Reset-Signal für den Mikroprozessor. Das Dauersignal ER kann auf vorteilhafte Weise eine Notlauf- oder eine Warneinrichtung ansteuern, welche auf eine Fehlfunktion der elektronischen Schaltungsanordnung hinweisen und zusätzliche Informationen in Betrieb setzen.

Dies ist gerade bei Sicherheitseinrichtungen für Insassen von Fahrzeugen von besonderer Bedeutung, da diese auf die absolute Zuverlässigkeit der Sicherungseinrichtungen angewiesen sind und eingetretene Fehlfunktionen unverzüglich erkennen müssen.

Die Überwachungsschaltung umfaßt dazu Schaltungsmittel, die den Impulsabstand, bzw. die Periode T der der Eingangsstufe der Überwachungsschaltung zugeführten Impulsfolge P ermitteln und die bei außerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls liegenden Impulsabständen die Ausgangsstufe der Überwachungsschaltung zur Abgabe der vorstehend schon erwähnten Signale veranlassen. Zur Feststellung des Impulsabstandes der an der Eingangsstufe K 1 anliegenden Impulsfolge P umfaßt die Schaltungsanordnung einen Ladungsspeicher C 1, der über einen Vorwiderstand R 1 an einer Betriebsspanungsquelle UB liegt und von dieser aufgeladen wird. An der Eingangsstufe K 1 der Überwachungsschaltung anliegende Impulse der Impulsfolge P bewirken eine schnelle Entladung des Ladungsspeichers C 1 bis zu einem ersten Schwellenwert S 2. Nach dieser schnellen Entladung wird der Ladungsspeicher C 1 über den Vorwiderstand R 1 mit einer vorgebbaren Zeitkonstante aufgeladen, wobei die Ladespannung nach einer Zeit TU einen zweiten Schwellenwert S 4 durchläuft, die den unteren Grenzwert des vorgebbaren Zeitintervalls bestimmt. Wird der Impulsabstand T zu groß oder fehlen die Impulse P an der Eingangstufe K 1 der Schaltungsanordnung völlig, so kann sich der Ladungsspeicher C 1 weiter aufladen, bis ein dritter Schwellwert S 3 erreicht wird, der die obere Toleranzgrenze TO des vorgebbaren Zeitintervalls festlegt. S 3 liegt zweckmäßig etwa 1-2 unter der Betriebsspannung UB. Bei Erreichen dieser oberen Schaltschwelle S 3 schaltet ein Komparator K 3, der eine aus OR 3, FF 4, K 5, C 2 und dem Transistor T 2 bestehende, als monostabile Kippstufe wirkende Schaltungsgruppe ansteuert, die das Ausgangssignal BR abgibt. Das am Ausgang der bistabilen Kippstufe FF 4 anstehende invertierte Ausgangssignal BR wird rückgekoppelt und bewirkt dann unabhängig vom Eingangssignal P über NOR 5, FF 2, FF 1 eine Entladung des Ladungsspeichers C 1, wodurch die Überwachungsschaltung in den Oszillator-Betrieb übergeht und periodisch im Zeitabstand TO über die Ausgangsstufe Impulse BR abgibt. Diese setzen außerdem über ein NOR-Glied NOR 4 eine weitere bistabile Kippstufe FF 5, an deren Ausgang Q das Ausgangstignal ER ansteht, das beispielsweise zur Alarmgabe und/oder zur Aktivierung von Notlaufmitteln verwendbar ist. Der vorerwähnte Zustand der Schaltungsanordnung wird erst beendet, wenn durch Impulse P mit der Periode T an der Eingangsstufe K 1 der Schaltungsanordnung die Schwelle S 3 am Ladungsspeicher C 1 nicht mehr erreicht wird und somit durch die Ausgangsstufe keine Impulse BR mehr erzeugt werden.

Unter Bezugnahme auf die Impulsdiagramme in Fig. 2 wird nun erläutert, auf welche Weise die Schaltungsanordnung überwacht, daß der Impulsabstand der der Eingangsstufe zugeführten Impulsfolge innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls liegt. Es werde zunächst angenommen, daß die Periode der Eingangsimpulse P innerhalb einer unteren Grenze TU und einer oberen Grenze TO liege. Die der Eingangsstufe zugeführte Impulsfolge mit den Impulsen P ist in Fig. 2a dargestellt. Jede Rückflanke eines Eingangsimpulses P startet die Entladung des über R 1 an der Betriebsspannung UB liegenden Ladungsspeichers C 1. Die Entladung ist beendet, wenn eine untere Schwelle S 2 erreicht ist, bei der der Komparator K 2 schaltet und bei der die zusammenwirkenden bistabilen Kippstufen FF 2 und FF 1 das den Ladungsspeicher C 1 kurzschließende Schaltelement T 1 sperren. Diese untere Schwelle S 2 liegt zweckmäßig in einem Bereich von etwa 0,2 V bis 0,3 V. Nach Erreichen der unteren Schwelle S 2 und Sperren des Schaltelements T 1 über K 2, FF 2 und FF 1 kann sich der Ladungsspeicher wiederaufladen. Bei Erreichen eines mittleren Schwellwerts S 4 schaltet der Komparator K 4 und setzt die bistabile Kippstufe FF 3 zurück, so daß das am -Ausgang der bistabilen Kippstufe FF 3 liegende Ausgangssignal den Wert "high" und das am nachfolgenden NOR-Glied NOR 2 liegende Ausgangssignal den Wert "low" annimmt. Zweckmäßige Werte für die mittlere Schwelle 4 liegen im Spannungsbereich um 0,5 UB. Der Signalverlauf am Punkt 3 der Schaltungsanordnung, d. h. am Q-Ausgang der bistabilen Kippstufe FF 1 ist in Fig. 2c, der Signalverlauf am Ausgang des Komparators K 4 ist in Fig. 2d dargestellt.

Die Aufladung des Ladungsspeichers C 1 über den Vorwiderstand R 1 geht nun weiter, bis ein neuer Impuls P an der Eingangsstufe K 1 der Schaltungsanordnung anliegt und mit seiner Rückflanke wiederum eine erneute Entladung des Ladungsspeichers C 1 einleitet. Sobald bei diesem erneuten Entladevorgang die mittlere Schwelle S 4 wieder unterschritten wird, geht das am Ausgang des Komparators K 4 anstehende Ausgangssignal wieder auf "low" (siehe Fig. 2d) und gibt sowohl den Reset-Eingang R als auch den Set-Eingang S der bistabilen Kippstufe FF 3 frei. Der bisherige Schaltzustand dieser bistabilen Kippstufe FF 3 - das Ausgangssignal an ihrem -Ausgang war "high" - (vgl. Impulsdiagramm Fig. 2f) bleibt zunächst erhalten, so daß der Ausgang von NOR 2 auf low gehalten wird. Das hat zur Folge, daß das ODER-Glied OR 3 nicht angesteuert wird und die bistabilen Kippstufen FF 4 und FF 5 ihren Schaltzustand beibehalten. Von der Ausgangsstufe der Schaltungsanordnung werden somit keine Ausgangssignale BR und ER abgegeben. Ist der Ladungsspeicher C 1 wieder bis zum unteren Schwellwert S 2 entladen, wie oben bereits beschrieben, wird das Schaltelement T 1 wieder gesperrt, und der Signalpegel am Schaltungspunkt 3, also am Q-Ausgang der bistabilen Kippstufe FF 1, nimmt den Wert "low" an. Hierdurch wird über ein NOR-Glied NOR 1 die bistabile Kippstufe FF 3 gesetzt, d. h. das am -Ausgang dieser Kippstufe liegende Signal (vgl. Impulsdiagramm in Fig. 2f) nimmt den Pegel "low" an. Vorbedingung für eine ordnungsgemäße Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist, daß an Punkt 3 a der Schaltungsanordnung (vgl. Impulsdiagramm Fig. 2e) der Signalpegel "high" etwas früher ansteht als der Signalpegel "low" an Punkt 5 der Schaltungsanordnung, also am -Ausgang der bistabilen Kippstufe FF 3 (vgl. Impulsdiagramm Fig. 2f). Dies ist im Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung dadurch gewährleistet, daß im Signalweg bis zum Punkt 5 der Schaltungsanordnung eine größere Anzahl von Schaltungsgliedern angeordnet ist. Weiterhin trägt auch die Speicherzeit der Transistoren im NOR-Glied NOR 2 zu der hier erforderlichen Signalverzögerung bei.

Es werde nun angenommen, daß die Periode T kleiner sei als die untere Grenze TU des vorgebbaren Zeitintervalls. In diesem Fall bleibt der Ausgang von K 4 low, wodurch auch von FF 3 seinen bisherigen low-Pegel beibehält. Ein am Punkt 3 auftretendes high-Signal löst also über INV 1, das NOR-Glied NOR 2 und über das ODER-Glied OR 3 die Ausgangssignale BR und ER der Ausgangsstufe der Schaltungsanordnung aus. Dazu wird die bistabile Kippstufe FF 4 über ein an ihrem Set-Eingang S liegendes Eingangssignal von OR 3 gesetzt also BR = "high" und Signalpegel am -Ausgang der bistabilen Kippstufe FF 4, bzw. an Schaltungspunkt 7 der Schaltungsanordnung = "low" - und gibt über das Schaltelement T 2 die Aufladung eines zweiten Ladungsspeichers T 2 frei. Sobald während des Aufladevorgangs des Ladungsspeichers C 2 eine Schwelle S 5 erreicht wird, schaltet ein Komparator K 5 auf eine weitere, niedrigere Schwelle S 6 (Hysterese) und setzt somit die bistabile Kippstufe über ihren Reset-Eingang R wieder zurück, so daß das Ausgangssignal BR den Pegel "low" annimmt. Die Impulsdauer des Ausgangssignals BR wird somit durch die Aufladezeit des Ladungsspeichers C 2 bestimmt (Monoflop-Funktion). Sobald die Spannung am Ladungsspeicher C 2 den Schwellwert S 6 wieder unterschritten hat, schaltet der Komparator K 5 wieder auf den ersten Schwellwert S 5 zurück und gibt die bistabile Kippstufe wieder frei, so daß ein neuer BR-Impuls gestartet werden kann. Die BR-Impulse werden somit im Takt der an der Eingangsstufe der Schaltungsanordnung anliegenden Impulse P erzeugt. Kommen die Eingangsimpulse P in kürzeren Zeitabständen als die Monoflop-Zeit dauert, entsteht nur dann ein neuer Ausgangsimpuls BR, wenn die Monoflop-Zeit abgelaufen ist und am Ausgang von OR 3 wieder der Signalpegel "high" liegt. Die vorbeschriebene Überwachungsschaltung ermöglicht somit die Feststellung, ob die Periode T eine an der Eingangsstufe K 1 der Schaltungsanordnung anliegenden Impulsfolge P innerhalb der Grenzen TU und TO eines vorgebbaren Zeitintervalls liegt. Sofern dies nicht der Fall ist, also die Periode T außerhalb dieses Intervalls liegt (T < TU, bzw. T < TO), werden von der Ausgangsstufe der Schaltungsanordnung Ausgangssignale BR bzw. ER ausgegeben. Die Zeitmessung der Periode T erfolgt dabei über die an einem Ladungsspeicher C 1 anstehende Ladespannung. Während des Aufladevorgangs des Ladungsspeichers wird nach der Zeit TU eine Spannungsschwelle S 4 überschritten. Dies wird mit der Priorität (NOR-Glied NOR 1) in einer bistabilen Kippstufe FF 3 gespeichert. Der nächste an der Eingangstufe K 1 der Schaltungsanordnung anstehende Impuls der Impulsfolge P startet mit seiner Rückflanke den Entladeimpuls (vgl. Impulsdiagramm gemäß Fig. 2c), für den Ladungsspeicher C 1 und dieser dient gleichzeitig als Clock-Impuls für die Abfrage der in der bistabilen Kippstufe FF 3 gespeicherten Information. Letztere entscheidet über das an ihrem -Ausgang liegenden Ausgangssignal (vgl. Impulsdiagramm an Punkt 5 der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2f) und das Ausgangssignal am NOR-Glied NOR 2 (vgl. Impulsdiagramm an Punkt 6 der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2g), ob die Ausgangsstufe der Schaltungsanordnung Ausgangsimpulse BR erzeugt oder nicht. Zu der Ausgangsstufe der Schaltungsanordnung gehören die Schaltungselemente FF 4, K 5, T 2, C 2, die als monostabile Kippstufe wirksam sind. Ein von der Ausgangsstufe abgegebener Impuls BR setzt eine weitere bistabile Kippstufe FF 5, die ein weiteres Ausgangssignal ER liefert. Das Rücksetzen der bistabilen Kippstufe FF 3 für die nächste Auswertung der Periode T erfolgt dann, wenn der Impuls an Schaltungspunkt 3 (vgl. Impulsdiagramm gem. Fig. 2c) beendet ist.

Ein besonderer Rücksetzimpuls ist daher nicht erforderlich. Sofern sich die Periode T wiederum innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls befindet, wird auch die bistabile Kippstufe FF 5 wieder zurückgesetzt, an deren Ausgangsanschluß Q das Ausgangssignal ER anstand. Die Rücksetzung erfolgt durch das am Reset-Eingang R der bistabilen Kippstufe FF 5 anliegende Ausgangssignal des NOR-Gliedes NOR 4, mit dessen drei Eingängen drei Signale verknüpft werden, nämlich Ausgangssignal BR der bistabilen Kippstufe FF 4, Ausgangssignal am Q-Ausgang der bistabilen Kippstufe FF 3 und Ausgangssignal des Inverters INV 1 (Signalform gem. Fig. 2e), die nur in diesem Fall gleichzeitig den Signalpegel "low" aufweisen. Besonders zweckmäßig wird die Schaltungsanordnung in Sicherheitseinrichtungen für Fahrzeuginsassen eingesetzt, bei der ganz besonders hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit gestellt sind. Dies wird schematisch anhand der Fig. 3 erläutert, in der ein Fahrzeug 30 mit einem Insassen 31 dargestellt ist. Die Sicherheitseinrichtung zum Schutz des Insassen 31 umfaßt Rückhaltemittel, wie beispielsweise einen Sicherheitsgurt 33 mit Gurtstrammer sowie einen Airbag 34, die im Gefahrfall den Fahrzeuginsassen 31 in einer solchen Lage im Sitz festhalten bzw. vor Gesichtsverletzungen schützen. Gurt 33 und Airbag 34 werden von einer im Fahrzeug 30 angeordneten Sicherheitseinrichtung 32 aktiviert, die Beschleunigungsaufnehmer und eine Schaltungseinrichtung zur Auswertung der von den Beschleunigungsaufnehmern abgegebenen Signale umfaßt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Impulsfolge mit einer Eingangsstufe, der die zu überwachenden Impulse zugeführt werden, mit Schaltungsmitteln zur Feststellung des Vorhandenseins eines Impulses der Impulsfolge, sowie mit einer Ausgangsstufe, die bei Fehlen eines Impulses einerseits ein Fehlersignal, andererseits eine Ausgangsimpulsfolge abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungsmittel vorgesehen sind, die den Impulsabstand der der Eingangsstufe zugeführten Impulsfolge ermitteln und die bei einem außerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls liegenden Impulsabstand die Ausgangsstufe ebenfalls zur Abgabe eines Fehlersignals und einer Ausgangsimpulsfolge veranlassen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel zur Feststellung des Impulsabstandes der an der Eingangsstufe (K 1) anliegenden Impulsfolge einen Ladungsspeicher (C 1) umfassen, der über einen Vorwiderstand (R 1) von einer Spannungsquelle (UB) aufladbar ist und der durch einen an der Eingangsstufe (K 1) anliegenden Impuls (P) der Impulsfolge zumindest teilweise entladen wird.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe eine monostabile Kippstufe (OR 3, FF 4, K 5, C 2) umfaßt, die vom Ausgangsanschluß eines Komparators (K 3) bei Ausbleiben eines Impulses innerhalb eines vorgebbare Zeitintervalls ansteuerbar ist und dabei eine Ausgangsimpulsfolge (BR) abgibt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schaltungsmittel für die am Ladungsspeicher (C 1) anstehende Spannung drei Schaltschwellen (S 2, S 3, S 4) vorgegeben sind, wobei

a) bei Erreichen der niedrigsten Schaltschwelle (S 2) der Entladevorgang des Ladungsspeichers (C 1) beendet wird,
b) bei Erreichen der mittleren Schaltschwelle (S 4) eine bistabile Kippstufe (FF 3) zurückgesetzt wird (d. h. von FF 3 nimmt Signalpegel "high" an;
c) und bei Erreichen der oberen Schaltschwelle (S 3) oder bei Nicht-Erreichen der mittleren Schaltschwelle (S 4)* die monostabile Kippstufe (OR 3, FF 4, K 5, C 2) angesteuert wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der die Schaltschwellen (S 2, S 3, S 4) Komparatoren (K 2, K 3, K 4) verwendet werden.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schaltschwelle (S 2, S 3, S 4) folgende Bedingungen gelten:

0,1 V < S 2 < 0,3 V
S 4 ca. 0,5 · UB
S 3 < UB - 2 V.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ladungsspeicher (C 1) ein Schaltelement (T 1) geschaltet ist, das im Entladungsfall den Ladungsspeicher (C 1) kurzschließt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (T 1) ein Transistor ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zum Ladungsspeicher (C 1) geschaltet ist, und dessen Basisanschluß mit dem Q-Ausgang einer ersten bistabilen Kippstufe (FF 1) verbunden ist, deren Reset-Eingang (R) mit dem Ausgang (Q) einer zweiten bistabilen Kippstufe (FF 2) verbunden ist, deren Set-Eingang (S) mit dem Ausgang des Komparators (K 2) verbunden ist, der bei Erreichen der Schaltschwelle (S 2) schaltet.

9. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen.