DE4112672A1 - Herabsetzung der stoerstroeme eines mikroprozessors - Google Patents
Herabsetzung der stoerstroeme eines mikroprozessorsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herabset
zung der Störströme eines Mikroprozessors, der mit einer
bestimmten Arbeitstaktfrequenz angesteuert wird.
Die Störströme eines Mikroprozessors sind bekanntlich von
der Arbeitstaktfrequenz abhängig und können umso niedriger
gehalten werden, je geringer die Arbeitstaktfrequenz
gewählt wird. Auf der anderen Seite sinkt selbstverständ
lich die Leistung eines Mikroprozessors mit der Verminde
rung der Arbeitstaktfrequenz, so daß Störströme im Hinblick
auf die Ausnutzung der Arbeitsleistung des Mikroprozessors
nicht restlos zu vermeiden sind.
Das Auffinden eines technisch/wirtschaftlichen Kompromisses
bei der Auslegung von Mikroprozessoren wird außerdem
dadurch erschwert, daß Mikroprozessoren im allgemeinen
nicht für einen engen, genau definierten Anwendungszweck
konzipiert werden, weil dann nur geringe Stückzahlen benö
tigt werden und eine wirtschaftliche Fertigung nicht mög
lich ist. So werden beispielsweise Mikroprozessoren die für
die Anzeigegeräte im Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs
bestimmt sind, so ausgelegt, daß sie für alle Varianten der
vorgesehenen Kraftfahrzeug-Baureihe geeignet sind. Dabei
muß man sich nach dem Modell der Baureihe richten, bei dem
die höchste Programmaktivität erforderlich ist. Für das
Modell der Baureihe mit der niedrigsten Programmaktivität
ist der Mikroprozessor dann selbstverständlich mehr oder
weniger überdimensioniert, ohne daß es wirtschaftlich ver
tretbar wäre, für die Baureihe mehr als einen Mikroprozes
sor zu konzipieren.
Eine weitere wichtige Einflußgröße sind die als
Arbeitstaktfrequenzgeber benutzten Oszillatoren, die eben
falls im Hinblick auf eine wirtschaftliche Großserienferti
gung nicht für beliebige Frequenzen ausgelegt werden. Es
werden vielmehr für gewisse, häufig benutzte Standardfre
quenzen Quarze bzw. Keramikresonatoren angeboten, die so
preiswert sind, daß man sich bei der Auslegung der Mikro
prozessoren nach solchen Frequenzen richtet.
Zur Herabsetzung der Störströme eines Mikroprozessors, der
mit einer bestimmten Arbeitstaktfrequenz beaufschlagt wird,
kann man so vorgehen, daß man die Störströme bei einem Pro
belauf mit der vorgesehenen Programmaktivität in der Appli
kationsschaltung mißt und den Mikroprozessor auf der Pla
tine dann zusätzlich mit entsprechenden Filterbauelementen,
wie Drosseln, Kondensatoren usw. beschaltet. Es leuchtet
ein, daß dieses Verfahren sehr aufwendig ist und - bei
spielsweise wegen der Anpassung an die verschiedenen
Kraftfahrzeugmodelle einer Baureihe - eine erhebliche Kom
plizierung bei der Herstellung der Leiterplatten mit sich
bringt, wodurch erhebliche Anteile der bei der Standardi
sierung der Mikroprozessoren erzielten Einsparungen wieder
verlorengehen. Hinzu kommt, daß sich die verschiedenen Lei
terplatten äußerlich kaum voneinander unterscheiden, so daß
leicht Verwechselungen mit erheblichen Folgeschäden auf tre
ten können.
Es besteht somit die Aufgabe, unter Berücksichtigung der
beschriebenen Randbedingungen ein Verfahren zur Herabset
zung der Störströme eines Mikroprozessors zu entwickeln,
das die genannten Nachteile nicht aufweist und das ohne
großen Aufwand auf die unterschiedlichen Programmaktivitä
ten eines Mikroprozessors bestimmter Rechenleistung anwend
bar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der mit
einer bestimmten Arbeitstaktfrequenz angesteuerte Mikropro
zessor in Abhängigkeit von der Programmaktivität zeitweise
auf eine wesentlich niedrigere Arbeitstaktfrequenz umge
schaltet wird. Zweckmäßigerweise geht man so vor, daß die
Programmaktivität des Mikroprozessors in einem Testlauf von
ausreichender Dauer und unter bestimmungsgemäßer Belastung
ermittelt wird, daß daraus die mittlere Programmaktivität
pro Zeiteinheit (Leistung) berechnet und durch einen Ver
gleich mit der Auslegungsleistung ein Maß für das Verhält
nis der Einschaltdauer von hoher zu niedriger Arbeitstakt
frequenz gewonnen wird. Es ist aber auch möglich, daß die
Programmaktivität des Mikroprozessors unter
Betriebsbedingungen laufend durch einen Pausenzähler ermit
telt wird, für eine vorgebbare Periode die mittlerer Pro
grammaktivität pro Zeiteinheit (Leistung) berechnet und
daraus durch einen Vergleich mit der Auslegungsleistung ein
Maß für das Verhältnis der Einschaltdauer von hoher zu
niedriger Arbeitstaktfrequenz gewonnen wird. Das Umschalten
von hoher auf niedrige Arbeitstaktfrequenz kann dann peri
odisch erfolgen oder von einem Zufallsgenerator gesteuert
werden. Ferner ist es möglich, nur das Umschalten von hoher
Arbeitstaktfrequenz auf niedrige Arbeitstaktfrequenz peri
odisch oder zufällig vorzunehmen und das Umschalten von
niedriger auf hohe Arbeitstaktfrequenz von ausgewählten
Eingangssignalen des Mikroprozessors zu steuern. Nach einer
weiteren Variante soll das Umschalten in beiden Richtungen
grundsätzlich periodisch oder zufällig erfolgen, durch aus
gewählte Eingangssignale bei Bedarf aber ein Umschalten auf
die hohe Arbeitstaktfrequenz und - nach Beendigung der
durch das Eingangssignal ausgelöste Programmaktivität -
zurück auf periodische oder zufällige Arbeitstaktänderung
bewirkt werden.
Andere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den
Ansprüchen 8 bis 14 beschrieben. Weitere Einzelheiten des
Erfindungsgedankens werden anhand der Fig. 1 bis 7 näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt die relative Programmaktivität eines Mikro
prozessors über der Zeit,
Fig. 2 zeigt ein periodisches Umschaltmuster,
Fig. 3 zeigt ein zufälliges Umschaltmuster,
Fig. 4 zeigt ein Umschaltmuster mit Hochschalten bei
einem ausgewählten Eingangssignal,
Fig. 5 zeigt ein Umschaltmuster mit Hoch- und Runter
schalten bei ausgewählten Eingangssignalen,
Fig. 6 zeigt die mittlere Arbeitstaktfrequenz in Abhän
gigkeit von der relativen Programmaktivität,
Fig. 7 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild für die Durch
führung des Verfahrens.
In Fig. 1 ist ein Beispiel für die relative Programmakti
vität eines Mikroprozessors über der Zeit aufgetragen, d. h.
es ist dargestellt, zu welchem Prozentsatz die mit 100%
angenommene Auslegungskapazität des Mikroprozessors während
eines beliebigen Zeitintervalls ausgenutzt wird. Sofern
dieses Zeitintervall für die gesamte Programmaktivität
repräsentativ ist, läßt sich daraus auch leicht die durchschnittliche
Leistung x des Mikroprozessors berechnen oder
anderweitig ermitteln. Die im dargestellten Beispiel bei
etwa 43% liegt.
In Fig. 2 ist ein periodisches Umschaltmuster für zwei
Verschiedene Arbeitstaktfrequenzen dargestellt. Wird die
hohe bzw. Auslegungsfrequenz mit f0 und die niedrige Fre
quenz mit f1 bezeichnet, dann erhält man aus den folgendem
Gleichungen die erforderlichen Einschaltzeiten.
x · f₀=t₀ · f₀+t₁ · f₁
mit t₀+t₁=T
x · f₀=t₀ · f₀+(T-t₀) · f₁
t₁=T(1-x) / (1-f₀/f₁)
Wählt man f₀/f₁<0,01, d. h. die niedrigere Arbeitstaktfrequenz
kleiner als 0,01 · f₀, dann kann man den Nenner der
letzten Gleichung vernachlässigen und erhält:
t₁=T(1-x) und t₀=T · x
In dieser verkürzten Definition ist t1 stets etwas zu
klein, t0 etwas zu groß, so daß man hinsichtlich der erfor
derlichen Einschaltzeiten immer auf der sicheren Seite
liegt.
Das Umschaltmuster gemäß Fig. 2 ist auf die durchschnitt
liche Leistung x des Mikroprozessors nach Fig. 1 abge
stimmt, d. h. bei 43% der Gesamtzeit T ist die hohe
Arbeitstaktfrequenz f0 eingeschaltet und in der restlichen
Zeit die niedrige Arbeitstaktfrequenz f1. Dabei kann der
Zeitmaßstab in weiten Grenzen gewählt werden. Es muß nur
gewährleistet sein, daß pro Sekunde mindestens 1000mal auf
die niedrige Arbeitstaktfrequenz umgeschaltet wird, damit
das Störstromniveau der effektiven mittleren Arbeitstakt
frequenz entspricht.
Dieselben Randbedingungen gelten auch für ein Umschaltmu
ster gemäß Fig. 3, bei dem das Umschalten von einem
Zufallsgenerator gesteuert wird. Durch zufälliges umschal
ten läßt sich der Störpegel noch besser auf die von der
durchschnittlichen Mikroprozessor-Leistung abhängige mitt
lere Arbeitszeitfrequenz reduzieren als beim periodische
Umschaltmuster.
Bestimmte Eingangssignale, beispielsweise die Angaben über
die Raddrehzahlen bei ABS-Anlagen, müssen sofort mit hoher
Arbeitstaktfrequenz verarbeitet werden. Für solche Fälle
ist deswegen vorgesehen, daß zumindest das Umschalten auf
die hohe Arbeitstaktfrequenz direkt von ausgewählten Ein
gangssignalen gesteuert wird. Das sich daraus ergebende
Umschaltmuster ist in Fig. 4 dargestellt. Einem periodi
schen Umschalttakt mit x = 0,33 sind drei Eingangssignale
überlagert, die ein sofortiges Umschalten auf hohe
Arbeitstaktfrequenz bewirken, wobei im übrigen das periodi
sche Umschaltmuster beibehalten wird. Es leuchtet ein, daß
in diesem System keine optimale Absenkung des Störpegels
möglich ist, weil die Gesamtzeit mit hoher Arbeitsstaktfre
quenz zwangsläufig höher liegt als die optimale Zeit t0.
Um diesen Nachteil auszugleichen, kann man vorsehen, daß
auch das Umschalten auf niedrige Arbeitstaktfrequenz von
(anderen) ausgewählten Eingangssignalen gesteuert wird.
Dabei ergibt sich ein Umschaltmuster gemäß Fig. 5.
Die gleichen vorgreifenden Umschaltungen sind selbstver
ständlich auch bei einem zufälligen Umschaltmuster gemäß
Fig. 3 möglich. Außerdem ist es möglich, das Umschalten
auf die niedrigere Arbeitstaktfrequenz von demselben Ereig
nis steuern zu lassen, das ein Umschalten auf die hohe
Arbeitstaktfrequenz bewirkt hat.
In Fig. 6 ist die mittlere Arbeitstaktfrequenz fm bezogen
auf die hohe Arbeitstaktfrequenz f0 über der durchschnitt
lichen Leistung x des Mikroprozessors dargestellt. Man
sieht, daß bei f1/f0= 0,01 (und kleiner) die mittlere
Arbeitstaktfrequenz fm in Prozenten praktisch identisch mit
der durchschnittlichen Leistung x des Mikroprozessors ist.
Mit anderen Worten, für genügend große Unterschiede
zwischen f0 und f1 kann man die für den Störpegel maßge
bende mittlere Arbeitstaktfrequenz fm mit der durchschnitt
lichen Leistung x des Mikroprozessors gleichsetzen und die
mögliche Störpegelabsenkung direkt abschätzen.
Im Schaltbild gemäß Fig. 7 wird der Mikroprozessor 1 von
einem Oszillator 2 über einen Taktbuffer 3 und einen
Umschalter 4 mit der jeweiligen Arbeitstaktfrequenz ange
steuert. Dem Oszillator 2 sind verschiedene Frequenzteiler
5.1, 5.2.. 5.n zugeordnet, die die höchste Arbeitstaktfre
quenz von beispielsweise 4,194 MHz (=222) in verschiedenen
vorgebbaren Verhältnissen herabsetzen. Dementsprechend kann
der Mikroprozessor 1 wahlweise mit der höchsten
Arbeitstaktfrequenz von 4,194 MHz oder mit einer (oder meh
reren verschiedenen) wesentlich niedrigeren Arbeitstaktfre
quenzen angesteuert werden. Dabei wird das Umschalten von
einer Steuerschaltung 6 bewirkt, die für periodisches
Umschalten von einem Timer 7 oder für zufälliges Zuschalten
von einem Zufallsgenerator 8 angesteuert wird.
Die Steuerschaltung 6 kann ferner von einer Interrupt-Logik
9 angesteuert werden, die ihrerseits von ausgewählten Ein
gangssignalen 14, 15 (z. B. Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwin
digkeit etc.) aktiviert wird. Die Interrupt-Logik 9 ist
außerdem über einen Datenbus und einen IO-Port mit dem
Mikroprozessor 1 verbunden.
Zur Schaltung gehört ferner ein IO-Port 11 für sonstige
Eingangssignale 16, 17, wie z. B. Blinker, Lampenkontrolle
sowie ein IO-Port 13 für eine Anzeige 12, die ebenfalls
über einen Datenbus mit dem Mikroprozessor 1 verbunden
sind.
Claims (14)
1. Verfahren zur Herabsetzung der Störströme eines Mikro
prozessors, der mit einer bestimmten Arbeitstaktfrequenz
angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikropro
zessor in abhängig von der Programmaktivität zeitweise auf
eine wesentlich niedrigere Arbeitstaktfrequenz umgeschaltet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Programmaktivität des Mikroprozessors in einem Testlauf
von ausreichender Dauer und unter bestimmungsgemäßer Bela
stung ermittelt, daß daraus die mittlere Programmaktivität
pro Zeiteinheit (Leistung) berechnet und durch einen Ver
gleich mit der Auslegungsleistung ein Maß für das Verhält
nis der Einschaltdauer von hoher zu niedriger Arbeitstakt
frequenz gewonnen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Programmaktivität des Mikroprozessors unter Betriebsbe
dingungen laufend durch einen Pausenzähler ermittelt, die
für eine vorgebbare Periode mittlere Programmaktivität pro
Zeiteinheit (Leistung) berechnet und daraus durch einen
Vergleich mit der Auslegungsleistung ein Maß für das Ver
hältnis der Einschaltdauer von hoher zu niedriger
Arbeitstaktfrequenz gewonnen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Umschalten von hoher Arbeitstakt
frequenz auf niedrige Arbeitstaktfrequenz und umgekehrt
periodisch erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Umschalten von hoher Arbeitstakt
frequenz auf niedrigere Arbeitstaktfrequenz und umgekehrt
durch einen Zufallsgenerator gesteuert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Umschalten von hoher Arbeitstakt
frequenz auf niedrigere Arbeitstaktfrequenz periodisch oder
zufällig erfolgt und daß das Umschalten von niedriger auf
hohe Arbeitstaktfrequenz von ausgewählten Eingangssignalen
des Mikroprozessors gesteuert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
nach einem durch ein ausgewählten Eingangssignal erfolgtes
Umschalten von niedriger auf hohe Arbeitstaktfrequenz wie
der auf periodische bzw. zufällige Arbeitstaktänderung
umgeschaltet wird, wenn die durch das ausgewählte
Eingangssignal ausgelöste Programmaktivität beendet ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die hohe Arbeitstaktfrequenz von einem
Oszillator vorgegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die hohe Arbeitstaktfrequenz um den Faktor 2n, mit n = 1
bis 10, größer ist als die niedrigere Arbeitstaktfrequenz.
10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeich
net, daß die hohe Arbeitstaktfrequenz 4,192 MHz beträgt und
daß die niedrige Arbeitstaktfrequenz um den Faktor 1/256
kleiner ist.
11. Verfahren zur Herabsetzung der Störströme eines Mikro
prozessors, der mit einer bestimmten Arbeitstaktfrequenz
angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikropro
zessors in Abhängigkeit von der Programmaktivität zeitweise
auf unterschiedliche, wesentlich niedrigere Arbeitstaktfre
quenzen umgeschaltet wird.
12. Anwendung von einer oder mehrerer der Maßnahmen nach
den Ansprüchen 2 bis 9, auf das Verfahren nach Anspruch 11.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die niedrige Arbeitstaktfrequenz durch
eine oder mehrere einem Oszillator nachgeschalteten Teiler
stufen ohne Treiberfähigkeit erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
den Teilerstufen eine Bufferstufe nachgeschaltet ist, die
in Abhängigkeit von der Programmaktivität auf die verschie
denen Teilerstufen geschaltet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4112672A DE4112672C2 (de) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Herabsetzung der Störströme eines Mikroprozessors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4112672A DE4112672C2 (de) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Herabsetzung der Störströme eines Mikroprozessors |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4112672A1 true DE4112672A1 (de) | 1992-10-22 |
DE4112672C2 DE4112672C2 (de) | 2003-06-26 |
Family
ID=6429861
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4112672A Expired - Fee Related DE4112672C2 (de) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Herabsetzung der Störströme eines Mikroprozessors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4112672C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008045708A1 (de) * | 2008-09-04 | 2010-03-11 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Verfahren zum Betreiben einer taktgesteuerten Einheit |
EP2653952A3 (de) * | 2012-04-18 | 2017-04-12 | Robert Bosch Gmbh | Mikrocontroller |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63209318A (ja) * | 1987-02-26 | 1988-08-30 | Sony Corp | 受信機 |
DE3802863A1 (de) * | 1988-02-01 | 1989-08-10 | Vdo Schindling | Verfahren zum betrieb einer taktgesteuerten einrichtung und taktgesteuerte einrichtung |
JPH02284536A (ja) * | 1989-04-25 | 1990-11-21 | Pioneer Electron Corp | 音響再生装置 |
-
1991
- 1991-04-18 DE DE4112672A patent/DE4112672C2/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008045708A1 (de) * | 2008-09-04 | 2010-03-11 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Verfahren zum Betreiben einer taktgesteuerten Einheit |
EP2653952A3 (de) * | 2012-04-18 | 2017-04-12 | Robert Bosch Gmbh | Mikrocontroller |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4112672C2 (de) | 2003-06-26 |
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