DE602004013168T2 - Konfigurierbare steuerung - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Steuerungssysteme, die sowohl analoge als auch digitale Betriebsparameter haben und im spezielleren auf eine Computer to Plate (CTP) Steuervorrichtung, wie eine elektronische Leiterplatte umfassend eine programmierbare Logik und verbunden mit sowohl analogen als auch digitalen Peripheriegeräten.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Moderne Technologien können eine Vielzahl von Prozessen umfassen, die gesteuert und automatisiert werden müssen. Für das Beispiel von CTP Systemen können diese Prozesse umfassen: Das Laden der Platte, das Auswerfen der Platte, das Weiterbewegen, Zentrieren und Stanzen, sowie da Auswuchten der Trommel, usw. Es werden elektronische Steuerungen verwendet, um diese Aufgaben zu steuern.
  • Eine Vielzahl elektronischer Steuerungen, wie sie heute verwendet werden, basieren auf Mikroprozessoren, die eine Software verwenden, um den Betrieb des Systems zu definieren. Allerdings ist aufgrund der unterschiedlichen Sensortypen mit unterschiedlicher Signalbearbeitungshardware oder unterschiedlichen Lasten für unterschiedliche Typen von Treibern die Benutzung derselben Steuerungsleiterplatine in unterschiedlichen Geräten durch bloße Änderungen der Software oft nicht realisierbar. Daher wird bei heutigen Konstruktionen die gewünschte Steuerfunktionalität erreicht durch eine Modifikation der Konstruktion und Bereitstellen eines neuen Schaltkreises für jedes Modell. Das bedeutet, dass ein Steuerungssystem, welches für einen Sensortypen oder eine Last entwickelt wurde, nicht mit einem anderen arbeiten wird ohne erhebliche Änderungen in der Hardware erforderlich zu machen. Die US 2001/039190 A1 offenbart solch eine konfigurierbare elektronische Steuerung, mit einem Synchronisierungssteuermodul, einem konfigurierbaren Signalerfassungsmodul und Steuerungslogik.
  • Eine weitere Beschränkung bestehender elektronischer Steuerungen, die programmiert sind, um gewünschte Steuerungsaktivitäten auszuführen, besteht darin, dass Mikroprozessoren hinsichtlich der Schnittstellen begrenzt sind. Diese Begrenzung ergibt sich aus der Tatsache, dass die Architektur von Mikroprozessoren computerorientiert anstatt steuerungsorientiert ist. Die Tatsächliche Umgebung einer Steuerungsanwendung umfasst typischerweise das Verarbeiten einer bedeutenden Anzahl von Signalen und Geräten (z. B. Sensoren, Schalter, Motoren usw.) von denen einige in ihrer Art analog sind. Daher ist eine wesentliche Anzahl von Schaltkreisen zusätzlich zu dem Mikroprozessor notwendig, wie etwa Pufferspeicher, Dekodierer, Treiber, Signalspeicher, Multiplexer, Analog-zu-Digital- und Digital-zu-Analog-Konvertierer, Signalbearbeitungsschaltunkreise usw.
  • 1 zeigt ein Beispiel typischer Hardwarelösungen, wie sie benötigt werden, um die Erfassung unterschiedlicher Signaltypen bereitzustellen.
  • Die Lösung für Logiksignale des Motorkodierer 10 umfasst ein Filtern mittels Filter 70 und Puffer mittels Logikeingabepuffern 130 (der Tiefpassfilter 70 sollte eine relativ hohe Cut-Off-Frequenz haben, um die Enkodersignale passieren zu lassen).
  • Um die Signale geschlitzter optischer Schalter 20 mit offenem Kollektor-Ausgang zu empfangen, sind ein Pull-Up-Widerstand 80 und ein Puffer 140 nötig. Darüber hinaus kann ein Tiefpassfilter (nicht gezeigt) eingefügt werden.
  • Für Türsicherungsschalter 30, wie sie gewöhnlich in üblichen 12 V oder 24 V Spannungsversorgungsicherungsschleifen verwendet werden, ist ein Spannungsteiler 90 nötig, um das Eingangsspannungssignal auf das Niveau der Logikversorgung (in der Regel 5 oder 3,3 Volt) zu reduzieren, ein Tiefpassfilter 150 ist nötig, um Springen und externes Rauschen zu reduzieren (die Cut-Off-Frequenz eines solchen Filters ist verschieden von der Cut-Off-Frequenz des Filters 70 und ein Puffer 160 ist nötig, um das Signal an die konfigurierbare Logik der digitalen Einheit 200 anzupassen.
  • Eine Möglichkeit zum Übertragen analoger Signale, zum Beispiel zwei Signale von Drucksensoren 40 und 50, umfasst Multiplexer 100, verbunden mit einem Analog-zu-Digital-Konvertierer (kurz ADC) 170.
  • Eine Anwendungen verwendet REED-Schalter mit eingebauter LED-Anzeige 60 zum Beispiel dem magnetisch funktionierenden Schalter vom Typ QM/34 des Herstellers NORGREN. In diesem Fall kann die Lösung auf einem Filter 110 und einem Spannungskomparator 190 basieren, wobei Referenz 180 als ein Schwellenwert verwendet wird.
  • Sollte die Maschine eine modulare Architektur haben, zum Beispiel eine handbetriebene Maschine, die durch Bereitstellung zusätzlicher gesteuerter Untersysteme zu einer halbautomatische oder vollständig automatischen Maschine weitergebildet werden kann, dann kann der Automatisierungsprozess zum Beispiel realisiert werden entweder durch eine einzelne Multi-I/O-Steuerung, die für alle möglichen Konfigurationen der Maschine vorgesehen ist, oder durch drei kleinere Steuerungen, die jeweils ausgelegt sind auf die handbetriebene, halbautomatische oder vollautomatische Konfiguration der Maschine.
  • Der Nachteil der einzigen Multi-I/O-Steuerung (der Ein-/Ausgabesteuerung) liegt in ihrer ineffizienten Verwendung, insbesondere in handbetriebenen Maschinen, da die Steuerungshardware für halbautomatische oder automatische Module nicht verwendet wird.
  • Der Nachteil der drei verschiedenen speziellen Steuerungen liegt in deren höherem Serviceaufwand sowie den relativ hohen Kosten.
  • Angenommen das Ziel ist die Konstruktion einer Steuerung für eine handbetriebene CTP Maschine (minimales Automatisierungsniveau) umfassend die Plattenpositionserkennung, Plattenlade- und Plattenauswerfuntersysteme. Die erforderlichen Untersysteme umfassen einen Motorkodierer 10, schlitzförmige optische Sensoren mit offenem Kollektorausgang und sechs Türsicherungsschalter.
  • Die geeignete Hardwarelösung zur Signalerfassung gemäß 1 besteht aus folgenden Bestandteilen:
    Für den Motorkodierer (Signalenkoder ENCODER A und ENCODER B) sind zwei Filter 70 und zwei Logikeingabepuffer, 130 nötig.
  • Für die geschlitzten optischen Sensoren mit offenem Kollektorausgang sind 10 Pull-Up-Widerstände 80 und 10 Logikeingangspuffer 140 geeignet. Darüber hinaus könnten noch 10 Tiefpassfilter (nicht gezeigt) eingefügt werden.
  • Für 6 Türsicherungsschalter sind 6 Spannungsteiler 90, 6 Filter 150 und 6 Logikeingangspuffer 160 notwendig.
  • Um die CTP Maschine auf halbautomatisch zu erweitern, ist zusätzliche Hardware notwendig, um Signalerfassung und Steuerung für das neue Plattenzentrier- und Plattenstanzautomatikuntersystem, umfassend, zum Beispiel drei Gleichstrommotoren mit Kodierern, acht geschlitzte Schalter, zwei analoge Drucksensoren und 2 Entfernungssensoren. In diesem Fall sollte die Steuerung sechs (3×2) Kodierereingänge bereitstellen anstatt der zwei für die handbetriebene Maschine, acht Eingänge der geschlitzten Schalter anstatt 10 und sollte einen Schaltkreis zur Unterstützung zweier analoger und zweier Plattenkurzschluss-Sensoren, die für die handbetriebenen Maschine nicht verwendet wurden.
  • 2 zeigt ein Beispiel für typische Hardwarelösungen, wie sie erforderlich sind, um Steuerung unterschiedlicher Lasttypen vorzusehen.
  • Eine mögliche Lösung zum Treiben bzw. zum Ansteuern des Schrittmotors 55 kann implementiert werden durch die integrierte Schrittmotorsteuerung 120 (zum Beispiel L297 Schrittmotorsteuerung von SGS-thomson Microelectronics), verbunden mit den Ausgängen der konfigurierbaren digitalen Einheit 200 und Treiber 145 (zum Beispiel L298, ein Dual-Full-Bridge-Driver von SGS-Thomson Microelectronics), verbunden mit Schrittmotorsteuerung 120 und Schrittmotor 55. Solch eine spezielle Schrittmotorsteuerungshardware kann nicht verwendet werden für DC-Motoren oder Ventilsteuerungen„ wie sie für unterschiedliche Steuerungsumgebungen eines anderen Modells nötig sein können, zum Beispiel eine halbautomatische oder vollautomatische Maschinen.
  • In ähnlicher Weise kann der Gleichstrom-(DC)-Motortreiber 115 (z. B. DMOS Full-Bridge PWM Motortreiber 3948 von ALLEGRO-MicroSystems, Inc.) angeschlossen zwischen der konfigurierbaren digitalen Einheit 200 und dem DC-Motor 50, nicht verwendet werden für getrennte Ventile oder Relais-Steuerung, und die Low-Treiber 155 (z. B. 6810 Latched Source Driver von ALLEGRO MicroSystems, Inc.), der gesteuert wird durch die konfigurierbare digitale Einheit 200 und die 20 mA-Ventile 60 ansteuert, kann nicht verwendet werden für Steuerungen mit hohen Strömen in Anwendungen zum Treiben von Spulen verwendet werden, aufgrund der geringen Stromfestigkeit.
  • Wie zu erkennen, kann die Steuerungshardware, die für die handbetriebene Maschine gewählt wurde, nicht verwendet werden zur Steuerung der Untersysteme für die halbautomatische Maschine aufgrund der Unterschiede hinsichtlich der Hardwarelösungen zur Erfassung unterschiedlicher Sensortypen und zum Steuern der verschiedenen Lasttypen.
  • Eine ähnliche Situation tritt auf, wenn eine halbautomatische Maschine auf vollautomatisch erweitert wird, oder wenn versucht wird die Steuerung für eine unterschiedliche Familie von Maschinen zu verwenden.
  • Veröffentlichten Patentanmeldungen Nr. US 2001/0015918 und US 2001/0039190 versuchen die oben erwähnten Nachteile auszugleichen durch das Bereitstellen einer konfigurierbaren elektronischen Steuerung, umfassend einen Steuerungsschaltkreis zum Bereitstellen von Steuerungsfunktionen, Eingabeschnittstelle, Ausgabeschnittstelle, Benutzerschnittstelle, Stromversorgungsschnittstelle und eine nicht flüchtige Speichereinheit, die verbunden ist mit dem Steuerungsschaltkreis und all den oben erwähnten Schnittstelleneinheiten, um diese zu konfigurieren.
  • Dennoch gibt es einige Hindernisse, um diese Lösung in komplexeren Maschinen wie CTP zu verwenden:
    • 1. Die Eingänge der Mikrocontroller sind noch nicht umfassend. Das bedeutet, ein analoger Sensor kann nicht an dem digitalen Eingang der Steuerung angeschlossen werden;
    • 2. Die digitalen Eingänge eines Mikrokontrollers können die Eingangshystereseanpassung und Eingangsschwellenwertsteuerung nicht bereitstellen, wie sie erforderlich sind, um Eingangssignale von Sensoren mit unterschiedlichen Low- und High-Logikzuständen zu verwenden, (z. B. ist der logische Low-Zustand des NORGREN magnetisch geschalteten Schaltertyps QM/34 im Bereich von 2 Volt aufgrund der eingebauten LED-Anzeige. Gleichzeitig ist der minimale Eingangswert für die HIGH-Spannung des digitalen Eingangspuffers MOTOROLA SN74LS240 2 V. Solch ein Unterschied des Spannungszuständen kann eine fehlerhafte Signalerfassung des QM34 verursachen).
    • 3. Die bereitgestellte Lösung umfasst Hardwareredundanz auf der Steuerungsleiterplatte; die Architektur der Steuerung muss alle möglichen funktionellen Blöcke umfassen, die mittels eines nicht flüchtigen (NV) Speichers konfiguriert werden, um die Datenerfassungen der unterschiedlichen Sensoren abzudecken, und abhängig von der Konfiguration, werden einige der funktionellen Blöcke nicht verwendet.
    • 4. Die vorgeschlagene Lösung liefert ein relativ geringes Maß an Steuerung. So führt zum Beispiel die Multiplexsignalerfassung der Steuerung zu einer Abnahme in der Steuerungsantwortzeit. Dieser Nachteil kann kritisch werden, wenn man zum Beispiel mit CTP-Gerätesteuerungen zu tun hat,, die möglicherweise über 100 Sensoren handhaben.
    • 5. Die Verwendung eines festgelegten Typs von Schalter, der auf einer Seite der Last angeschlossen wird, begrenzt die Lastanschlussmöglichkeiten (sofern der Schalter vom high-seitigen Typ ist, sollte die andere Seite der Last auf Masse (ground; auch gnd) gelegt werden und falls der Schalter vom low-seitigen Typ ist, sollte die andere Seite der Last zur Verfügung gestellten Spannungsquelle verbunden werden. Im Allgemeinen werden beide Lastanschlüsse (nach Masse und zur Spannungsquelle) verwendet, allerdings können die erwähnten Patentamneldungen nur eine Art Lastanschlüsse unterstützen.
    • 6. Es gibt keine Möglichkeit zur Änderung der Stromrichtung der Lasten, wie sie beispielsweise für das Umkehren von Gleichstrommotoren erforderlich ist.
  • Daher besteht ein Bedarf an einer allgemeinen, flexiblen Steuerungsarchitektur, um eine verbesserte Erweiterbarkeit und Servicefreundlichkeit und eine vereinfachte Anpassung einer bestehenden Steuerung an eine neue Maschine zu erlauben.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine konfigurierbare Steuerung bereitgestellt umfassend: ein Synchronisationssteuermodul, eine Vielzahl von konfigurierbaren Signalerfassungsmodulen, verbunden mit dem Synchronisationssteuermodul; eine Steuerungslogik, verbunden mit der Vielzahl Signalerfassungsmodulen; eine Vielzahl identischer Eingangszellen, jeweils mit der Vielzahl von Signalerfassungsmodulen verbunden, jede der Vielzahl von Eingangszellen zusätzlich verbunden mit einem jeweiligen Eingangspin der Steuerung und ein Synchronisationssignalgenerator verbunden mit dem Synchronisierungssteuermodul und mit der Vielzahl von Eingangzellen, wobei jede der Vielzahl von Eingangszellen verwendbar ist zum Konvertieren von Eingangssignalparametern in zeitbasierte Parameter und wobei jedes der Signalerfassungsmodule konfiguriert ist, um die zeitbasierten Parameter in ein erforderliche digitale Form zu konvertieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst jede der Vielzahl von Eingangszellen einen Komparator, wobei der Komparator geeignet ist zum Empfangen von Eingangssignalen von dem jeweiligen Eingangspin, und ein Synchronisationssignal von dem Synchronisierungssignalgenerator und zur Ausgabe eines Signals.
  • Das Synchronisationssignal kann von einer Sägezahnform sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die konfigurierbare Steuerung zusätzlich eine Vielzahl konfigurierbarer Ausgangssteuerlogikmodule, die mit der Steuerungslogik verbunden sind, wobei die Steuerung zusätzlich eine Vielzahl von high-seitigen- und low-seitigen-Ausgangstreibern umfasst, die mit den konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodulen verbunden sind, wobei die Treiber zusätzlich verbunden sind mit einer Vielzahl von Ausgangspins der Steuerung.
  • Gemäß einer Konfiguration ist zumindest eines der konfigurierbaren Ausgangslogikmodule verbunden mit einem Paar von high-seitigen-Treibern und low-seitigen-Treibern, wobei die Treiber mittels jeweiliger Ausgangspins der Steuerung verbunden sind mit einer Seite einer Last, wobei das konfigurierbare Ausgangssteuerungslogikmodul konfiguriert ist zum Treiben nur eines der high-seitigen-Treiber und low-seitigen-Treiber, abhängig von der Verbindung auf der anderen Seite der Last.
  • Gemäß einer zweiten Konfiguration ist zumindest eines der konfigurierten Ausgangssteuerungslogikmodule verbunden mit einem der low-seitigen-Treiber oder zu einem der high-seitigen Treiber, wobei der eine Treiber mittels eines jeweiligen Ausgangspins der Steuerung mit einer Last verbunden ist, wobei das konfigurierbare Ausgangsteuerungslogikmodul konfiguriert ist zum Treiben des einen Treibers.
  • Gemäß einer dritten Konfiguration sind ein erstes und ein zweites der konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodule jeweils mit einem Paar von high-seitigem-Treiber und low-seitigem-Treiber verbunden, wobei der high-seitige-Treiber und der low-seitige-Treiber jeweils mittels zweier Ausgangspins der Steuerung verbunden sind zu zwei Seiten einer Last, wobei das erste und das zweite konfigurierbare Ausgangssteuerungslogikmodul konfiguriert sind zur Steuerung des Paars von high-seitigen Treiber und low-seitigen-Treiber mittels zweier unabhängiger Signalquellen.
  • Gemäß einer vierten Konfiguration ist zumindest eines der konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodule verbunden mit zwei der high-seitigen-Treiber, wobei die beiden high-seitigen Treiber jeweils Ausgangspins der Steuerung verbunden sind mit einer Seite einer Last, wobei das konfigurierbare Ausgangssteuerungslogikmodul konfiguriert ist, um gleichzeitigen Steuern der beiden high-seitigen Treiber.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest einer der high-seitigen- oder low-seitigen-Treiber verbunden zu einer der Eingangszellen.
  • Die Eingangszelle kann geeignet sein zum Messen des Stroms des mindestens einen high-seitigen- oder low-seitigen-Treibers, oder zum Erkennen der Konnektivität mit dem zumindest einen high-seitigen- oder low-seitigen-Treiber.
  • Die Eingangszelle kann alternativ geeignet sein, um das Schalten des zumindest einen high-seitigen- oder low-seitigen-Treibers zu bestätigen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erfassung einer Vielzahl von Signalen vorgesehen, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Synchronisationssteuerungsmoduls; Konfigurieren einer Vielzahl von konfigurierbaren Signalerfassungsmodulen, die mit dem Synchronisationssteuerungsmodul verbunden sind; Bereitstellen einer Steuerungslogik, die mit einer Vielzahl von Signalerfassungsmodulen verbunden ist; Bereitstellen einer Vielzahl von identischen Eingangszellen, die jeweils verbunden sind mit der Vielzahl von Signalerfassungsmodulen; Bereitstellen eines Synchronisationssignalgenerators der mit dem Synchronisationssteuerungsmodul verbunden ist und mit der Vielzahl von Eingangszellen, Erfassen einer Vielzahl von Eingangssignalen, wobei jedes der Signale mittels einer aus der Vielzahl der identischen Eingangszellen erfasst wird; Konvertieren der erfassten Signalparameter in eine Vielzahl von zeitbasierten Parameter; und Konvertieren der Vielzahl von zeitbasierten Parametern in erforderliche digitale Formen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Schritt des Konvertieren der erfassten Signalparameter in eine Vielzahl von zeitbasierten Parameter den Schritt umfassen: Empfangen eines Synchronisationssignals von dem Synchronisationssignalgenerator und vergleichen des erfassten Eingangsignals mit dem Synchronisationssignal.
  • Das Synchronisationssignal kann von einer Sägezahnform sein.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe umgesetzt werden kann, wird nun Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, die lediglich zu illustrativen Zwecken dienen. In den beigefügten Zeichnungen:
  • 1 ist ein Beispiel für typische Hardwarelösungen, wie sie erforderlich sind, um das Erfassen von unterschiedlichen Eingangssignaltypen zu bereitzustellen;
  • 2 ist ein Beispiel für typische Hardwarelösungen, wie sie erforderlich sind, zum Bereitstellen der Steuerung unterschiedlicher Lasttypen;
  • 3 ist ein allgemeines Blockdiagramm der Steuerung der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist eine schematische Zeichnung einer Ausführungsform der Eingangszelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist eine schematische Zeichnung einer bevorzugten Ausführungsform der Eingangszelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 6 zeigt Zeitdiagramme bzw. den zeitlichen Verlauf für die Eingangszelle aus 5 und das Signalerfassungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung, welches konfiguriert ist für die Erfassung analoger Sensoren;
  • 7 ist ein Blockdiagramm eines Signalerfassungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung, das konfiguriert ist zur analogen Signalerfassung;
  • 8 ist ein Blockdiagramm der Ausführungsform des Signalerfassungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung zum Zwecke von Totem-Pol-Ausgangssensoren;
  • 9 zeigt den zeitlichen Verlauf, welcher die Signalerfassung von Totem-Pol-Ausgangssensoren beschreibt;
  • 10 zeigt den zeitlichen Verlauf, welcher die Funktionalität des Signalerfassungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung für Annäherungssensoren mit LED-Anzeige;
  • 11 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerung, welche unterschiedliche Lasten ansteuert, wie etwa Spule, Relais und Lampe;
  • 12 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Gleichstrom (DC)- oder einer Wechselstrommotorsteuerung;
  • 13 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Schrittmotorsteuerung; und
  • 14 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Implementierung von Strom- und Spannungsrückkopplung in die Steuerung.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine konfigurierbare Steuerungsarchitektur bereit, um die Nachteile der bekannten Steuerungen zu überwinden.
  • Bevor zumindest eine Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben wird, soll darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung nicht eingeschränkt ist, hinsichtlich ihrer Anwendung, hinsichtlich der Konstruktion und Anordnung der Komponenten, wie sie in der folgenden Beschreibung oder den Zeichnungen gegeben wird. Die Erfindung ist auch auf andere Ausführungsformen anwendbar, oder lässt sich auf unterschiedliche Weise benutzen und ausführen. Darüber hinaus soll darauf hingewiesen werden, dass die Ausdrucksweise und Terminologie wie sie hierin verwendet wird, nur beschreibenden Zwecken dient und ebenfalls nicht als einschränkend zu verstehen ist.
  • 3 zeigt ein allgemeines Blockdiagramm der Steuerung 230 gemäß der vorliegenden Erfindung, umfassend einen Synchronisationssignalgenerator 250, eine konfigurierbare digitale Einheit 200, wie zum Beispiel ein FPGA (Field-Programmable-Gate-Array) oder CPLD (Complex-Programmable-Logic-Device), welches zumindest umfasst Synchronisationsmodul 270, Steuerungslogik 370, eine Anzahl von Signalerfassungsmodulen 260, die konfiguriert sind, um Signale, die von den Eingangspins 210 des Controllers 230 kommen, über die identischen Eingangszellen 240 zu anzunehmen, konfigurierbare Ausgangssteuerungslogikmodule 280, die konfiguriert sind, um die Steuerung der Lasten, verbunden mit den Ausgangspins 380 der Steuerung 230 bereitzustellen, mittels high-seitigem-350 und/oder low-seitigem Ausgangstreiber-360.
  • Das vorgeschlagene System ist konstruiert, um verschiedene Peripherie-Umgebungen, unter Ausnutzung der Konfigurationsfähigkeit zu unterstützen.
  • Das Synchronisationsmodul 270 der konfigurierbaren digitalen Einheit 200 ist konfiguriert zum Erzeugen der elementaren, zeitabhängigen Signale, um das Arbeiten der Eingangszellen 240 und der Signalerfassungsmodule 260 zu synchronisieren. Solch ein Synchronisieren ist notwendig für das Konvertieren der Eingangssignalwerte in zeitbasierte Parameter (z. B. Pulsweiten, Pausen, Arbeitszyklus, Frequenz, usw.) durch die Eingangszellen 240 und darüber hinaus zum Konvertieren dieser zeitbasierten Parameter in eine digitale Form mittels der konfigurierten Signalerfassungsmodule 260. Eine mögliche Umsetzung des Synchronisationsmoduls 270 kann zum Beispiel ein Zähler sein, welcher die eingehenden Pulse mit konstanten Pausen zwischen diesen zählt. Die Abfolge solcher Pulse kann zum Beispiel von der Systemuhr erhalten werden. Die Ausgabe (Referenzdaten 290) des Zählers 270 ist verbunden mit jedem der Signalerfassungsblöcke 260 und darüber hinaus mit dem Synchronisationssignalgenerator 250 als Synchronisierungsdaten 275. Der Synchronisationssignalgenerator 250 ist zum Beispiel umgesetzt als ein Digital-zu-Analog-Konvertierer. Während der Zähler 270 läuft, wird der Wert der Synchronisierungsdaten 275, welcher gleich der Referenzdaten 290 ist, periodisch verändert von 0 bis zu dessen Maximalwert, was eine sägezahnartige Form der Spannung Vsync in der Ausgangsnetzwerk 255 des Synchronisationssignalgenerators 250 erzeugt. Die Spannung wird weitergeleitet an den zweiten Eingang der Eingangszelle 240. Der erste Eingang der Eingangszelle 240 ist jeweils mit dem entsprechenden Eingangspin 210 der Steuerung 230 verbunden. Das Ausgangssignal der Eingangszelle 240 (Pin 3) ist verbunden mit dem Eingang 1 des entsprechenden Signalerfassungsblocks 260. In einer alternativen Ausführungsform des Synchronisationssteuerungsmoduls 270 können Synchronisierungsdaten 275 und Referenzdaten 290 ungleich sein, wie beispielhaft in Verbindung mit 4 erklärt wird.
  • Die Implementierung des konfigurierbaren Signalerfassungsblocks 260 kann variieren, je nach der Art des Signals, das angenommen werden muss und unterstützt daher werden unterschiedliche periphere Umgebungen.
  • Zwei Beispiele möglicher Ausführungsformen der Eingangszelle 240 sind gezeigt in 4 und 5. Die Eingangszelle der 4 basiert auf einem Spannungs-zu-Frequenzkonvertierer 225 zum Beispiel LM131 von National Semiconductor. Für diese Implementierung sollte das Synchronisationssteuerungsmodul 270 so konfiguriert sein, dass Synchronisierungsdaten 255 aus einer Abfolge von kurzen Pulsen bestehen, die periodisch auftreten (einmal per Zählperiode). Die Referenzdaten 290 sollten implementiert sein wie oben beschrieben unter Bezug auf 3. Der Synchronisierungssignalgenerator 250 kann implementiert sein zum Beispiel als ein Puffer oder Verstärker. Die kurzen Synchronisierungspulse 255, die von dem Synchronisierungssignalgenerator 250 kommen, setzen den Spannungs-zu-Frequenzkonvertierer 225 zurück und am Ende eines jeden Zurücksetzens wird eine Frequenz proportional zu der Eingangsspannung an dem Ausgang des Konvertierers und entsprechend an dem Netzwerk 220 auftreten. Diese Frequenz wird weitergegeben an den Eingang des entsprechenden Signalerfassungsmoduls 260, welches konfiguriert sein sollte zum Konvertieren der Frequenzwerte in die digitale Form (ein oder mehrere Bits), die bequem sind, um Steuerungen auszuführen (z. B. mittels Zählen der eingehenden Impulse pro Zeiteinheit, die gleich der Zählperiode des Synchronisationssteuerungsmoduls 270 ist).
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Eingabezelle 240 ist in 5 gezeigt. Die Zelle umfasst einen Komparator 235, zum Beispiel LM2901 von Texaslnstruments. Eingang 1 des Komparators 235 ist verbunden mit dem Ausgangsnetzwerk des Synchronisierungssignalgenerators 250. Eingang 2 des Komparators 235 ist verbunden mit dem Eingangspin 210 der Steuerung 230. Ausgang 3 des Komparators 235 ist tatsächlich der Ausgang der Eingangszelle 240 und sollte mit dem Eingang eines Signalerfassungsmoduls 260 der konfigurierbaren digitalen Einheit 200 verbunden sein.
  • Widerstände 215 sind optional und vorgesehen, um den Eingang des Komparators vorzuspannen für den Fall, dass Sensoren vom Schaltertyp oder vom Typ mit offenem Kollektorausgang verwendet werden. Diese Widerstände sollten einen relativ hohen Widerstand haben (10 oder 100 kOhm), um deren Einfluss auf den Sensor auszuschließen. Um für die vorliegende Erfindung der Eingangszelle 240 geeignet zu sein, sollte das Synchronisationsmodul 270 so konfiguriert sein, wie die oben beschriebene Steuerung. Die Referenzdaten 290 und die Synchronisierungsdaten 275 des Zählers sind in diesem Fall gleich. Ebenfalls um die vorliegende Ausführungsform der Eingangszelle 240 zu unterstützen, sollte der Synchronisationssignalgenerator 250 implementiert sein, beispielsweise als ein Digital-zu-Analog-Konvertierer. Während die Steuerung mit Spannung versorgt ist, vergleicht der Komparator 235 der Signalerfassungseingangszelle 240 die sägezahnförmige Spannung Vsync, wie sie vom Ausgang des Synchronisationssignalgenerators 250 über die Netzwerk 255 kommt, mit dem Signal Vinp des peripheren Detektors, welcher mittels Eingangspins 210 der Steuerung 230 mit dem positiven Eingang des Komparators 235 verbunden ist. Das Ergebnis des Vergleichs ist das Ausgabesignal Vcell der Eingangszelle 240.
  • Die Flexibilität der Steuerungseinrichtung der vorliegenden Erfindung wird beschrieben durch Beschreibung jeder Funktionalität mit verschiedenen beispielhaften Typen von peripheren Detektoren.
  • Beispiel 1 Steuerfunktionalität mit analogen Ausgabesensoren
  • 6 zeigt ein Diagramm des zeitlichen Ablaufs bzw. ein Zeitdiagramm der Eingangszelle 240 der 5 (Linien 1, 2, 3) und Signalerfassungsmodulen 260 (Linien 4 und 5 für die Erfassung von analogen Sensoren, z. B. Drucksensoren für welche die Ausgangsspannung gemäß des gemessenen Drucks variiert.
  • In diesem Fall wird das analoge Eingangssignal Vinp (Linie oder Verbindung 2) verglichen durch den Komparator 235 der Eingangszelle 240 mit der sägezahnförmigen Synchronisationsspannung Vsync (Verbindung 1). Falls das Vinp Signal höher ist als Vsync, ist die Ausgangsspannung Vcell (Verbindung 3) des Komparators 235 high; sonst low. Das Vcell Signal erreicht Signalerfassungsblock 260 mittels Netzwerk 220.
  • 7 ist ein Blockdiagramm des Signalerfassungsblocks 260, der konfiguriert ist für die analoge Signalerfassung. Der Block besteht aus einem Block zur Detektion abfallender Flanken 500 und einem Datenregister 510. Der Block zur Detektion abfallender Flanken 500 erzeugt einen Systemtakt lange Pulse Vlatch, jedes Mal, wenn das Signal Vcell, das von der Eingangszelle 240 an den Eingang 1 des Signalerfassungsblocks 260 geleitet wird, seinen Wert von high nach low ändert. Der Puls erlaubt das Einrasten der Referenzdaten 290, die auf dem zweiten Eingang des Signalerfassungsblocks 260 hereinkommen, in das Datenregister 510. Gemäß der Komparatorgleichung (Vsync = Vinp) haben die eingerasteten Daten einen Wert gleich der analogen Sensorausgangsspannung, die es zu messen gilt. Diese eingerasteten Daten erscheinen an Ausgang 3 des Signalerfassungsmoduls 260 und können verwendet werden als ein Eingangssignalwert für Steuerungszwecke.
  • Beispiel 2 Steuerungsfunktionalität mit schlitzförmigen optischen Schaltern mit Totem-Pol-Ausgang
  • 8 ist ein Blockdiagramm der Ausführungsform des Signalerfassungsblocks 260 zum Zweck von Sensoren mit Totem-Pol-Ausgang zum Beispiel wide gap type OPTEC OPB900W.
  • Die Konfiguration des Signalerfassungsmoduls 260, bestimmt, um Totem-Pol-Ausgangsschalter zu unterstützen, umfasst Schwellenwertfrequenzgenerator 550, der mit seinem Eingang mit dem Referenzdatenbus 290 verbunden ist, ankommend am zweiten Eingang des Moduls 260 und verbunden ist mit seinem Ausgang (dem Signal Vthr_freq) mit dem ersten Eingang des UND-Gatters 560. Der zweite Eingang des UND-Gatters 560 empfangt den Ausgang Vcell der Eingangselle 240 über den Eingang 1 des Moduls 260. Das UND-Gatter-Ausgangssignal (Vand_gate) ist verbunden mit dem Eingang RESET (zurücksetzen) des Zählers 570. Höchstwertige Bit (Qn) des Zählerausgangs wird invertiert mittels Inverter 580 und verbunden mit dem Chip-Enable-(CE)-Eingang des Zählers 570 und dem Ausgang 3 des Signalerfassungsmoduls 260.
  • 9 zeigt ein Diagramm des zeitlichen Ablaufs der Signalerfassung von Totem-Pol-Ausgangssensoren. Signal Vcell (Verlauf 3), welches durch die Eingangszelle erzeugt wird, ist das Ergebnis eines Vergleichs zwischen der sägezahnartigen Form der Spannung Vcell (Verlauf 1) und dem Eingangssignal Vinp, von dem Totem-Pol-Ausgangsschalter (Verlauf 2) kommend. Das Signal Vcell wird angenommen durch den ersten Eingang der UND-Gatters 560 des Signalerfassungsblocks 260. Der zweite Eingang des UND-Gatters fangt das Schwellenwertfrequenzsignal Vthr_freq, erzeugt aus DATA des Frequenzgenerators 550. Dieses Modul erzeugt Frequenz mit einer Periode gleich des Datenzählzyklus (von null zum Maximalwert) des Synchronisationsmoduls 270. Der Arbeitszyklus für diese Frequenz sollte vorbestimmt sein gemäß der gewünschten Schwellenwert für die Bestimmung des logischen Wertes des Eingangssignals. Verlauf 4 zeigt eine Schwellenwertfrequenz mit einem Arbeitszyklus von 50%. Das bedeutet, dass das Schwellenwertfrequenzsignal nur dann high ist, wenn der Sägezahnspannungsreferenzwert höher als der halbe maximale Wert ist.
  • Das UND-Gatter 560 spielt in diesem Fall die Rolle eines Detektors, welches das Überschreiten des Eingangssignals über den 50%-Wert der Vsync Maximalspannung erkennt. Jedes Mal wenn Vcell high und Vthr_freq high ist, dann wird der Ausgang des UND-Gatters (Verlauf 5) ebenso high sein, wodurch angezeigt wird, dass Vinp oberhalb des vorbestimmten Stellenwertes (in diesem Fall 50% des Maximums von Vsync).
  • Während Vinp_gate low ist, wird der Zähler 570 so lange zählen, bis das höchstwertige Bit high wird. In diesem Moment wird der Inverter 580 den Zähler blockieren mittels des logischen low Niveaus an dessen Ausgang und der Zähler in dieser Bedingung bleiben. Solange Vinp oberhalb des vorbestimmten Schwellenwerts ist, wird reset, also das Zurücksetzen auftreten und die Pulse vom Ausgang des UND-Gatters werden den Zähler zurücksetzen und sein höchstwertiges Bit (MSB) wird low sein. Das invertierte höchstwertige Bit MSB zeigt den Zustand des Sensors (Verlauf 6) an.
  • In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) des Signalerfassungsblocks 260 kann auch das Bereitstellen von Hystherese implementiert werden.
  • Beispiel 3 Steuerung und Funktionalität mit Annäherungssensoren (z. B. NORGREN magnetisch betriebener Schaltertyp QM/34) mit einer eingebauten LED-Anzeige.
  • Die Architektur des Signalerfassungsblocks 260 sollte dieselbe sein wie in 8 gezeigt, allerdings sollte der Schwellenwertfrequenzgenerator 550 leicht verändert werden. Die Diagramme des zeitlichen Ablaufs, welche die Funktionalität des Signalerfassungsblocks 260 zeigen, wie er vorgesehen ist für Annäherungssensoren mit LED-Anzeige, ist in 10 gezeigt.
  • Das Annäherungssensorsignal Vinp (Verlauf 2) hat einen höheren Wert für seinen logischen Low-Zustand als im vorigen Beispiel beschrieben für Totem-Pol-Ausgangssensoren (9, Verlauf 2). Das bedeutet, dass die beste Erfassung des Annäherungssensors bei einem höheren Schwellenwert erreicht wird, zum Beispiel 70% des Maximalwerts von Vsync anstelle von 50% im vorigen Beispiel. Wie bereits gezeigt wurde, definiert der Arbeitszyklus in Vthr_freq den Schwellenwert zum Erzeugen des Status des Eingangssignals (High oder low). Daher sollte zum Erhöhen des Schwellenwerts der Schwellenwertfrequenzgenerator 550 so konfiguriert sein, dass Vthr_freq (Verlauf 4) im Low-Zustand ist, während Vsync (Verlauf 1) niedriger ist als 70% seines Maximalwerts und Vthr_freq sollte im High-Zustand sein, während Vsync höher als 70% seines Maximalwerts ist. In anderen Worten Vthr_freq wird 30% (100%–70%) Arbeitszyklus haben, was einen optimalen Schwellenwert für die Eingangssignalerfassung darstellt. Die Logik zur Signalerzeugung von Vand_gate (Verlauf 5) und Vstatus (Verlauf 6) ist dieselbe wie im vorigen Beispiel.
  • Die Flexibilität der Steuerung zum Steuern unterschiedlicher Typen von Lasten ist vorgesehen (in 3) mittels einer Konfiguration des konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmoduls 280 und Verbindung zu einer vorbestimmten Anzahl von low-seitigen 360 und high-seitigen 350 Treibern. Jeder Treiber wird gesteuert über konfigurierbare Ausgangssteuerungslogikmodule 280 der konfigurierbaren digitalen Einheit 200 und verbunden mittels seiner Ausgänge (HD_OUT oder LD_OUT) jeweils zu einem Ausgangspin 380 der Steuerung 230. Jeder high-seitige Treiber 350 besteht aus einer high-seitigen Schaltsteuereinheit 310 und high-seitigem Leistungsschalter 320 (kurz SW_H); jeder low-seitige Treiber 360 besteht aus einer low-seitigen Schaltsteuereinheit 330 und low-seitigem Leistungsschalter 340. Die Anwendung von low- und high-seitigen Treibern für spezifische Lasten ist bekannt. Die Neuheit ihrer Verwendung in der Steuerung der vorliegenden Erfindung liegt in der Tatsache, dass um die Flexibilität der Steuerung zu erreichen, die besonderen konfigurierbaren Ausgangssteuerblöcke 280 konfiguriert sind in der konfigurierbaren Logik der digitalen Einheit 200, um die vorbestimmten Lasten zu steuern. Die Treiber 350 und 360 können gruppiert werden in unterschiedlichen Kombinationen. Jede geeignete Kombination von Treiber für die Steuerung einer speziellen Last wird unterstützt mittels einer Konfiguration des konfigurierbaren Ausgangssteuermoduls 280, welches vorgesehen ist, um die genannte Gruppe zu steuern.
  • Die Beispiele zum Steuern unterschiedlicher Lasttypen wie zum Beispiel Gleichstrom (DC)-, Wechselstrom (AC)- und Schritt-Motoren, wie auch Ventil, Spule und Relais, und die Fähigkeit die Stromfestigkeit der Steuerung zu erhöhen sind in 11, 12 und 13 gezeigt.
  • Beispiel 4 Steuerfunktionalität mit Spule, Relais oder Lampenlasten
  • 11 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerung, welche unterschiedliche Lasten ansteuert, wie zum Beispiel Spule, Relais, Lampe usw.
  • Um Lasten unabhängig von der zweiten Pinverbindung der Last (11a) zu steuern, sieht die vorliegende Steuerung eine Konfiguration des konfigurierbaren Ausgangssteuerlogikmoduls 280 für zwei Treiber 350 und 360 vor, verbunden mit dem zweiten Pin der Last. Wenn die Last 390 verbunden ist mit einem Massepunkt (durchgezogene Linie), führt das konfigurierbare Ausgangssteuerlogikmodul 280 die Steuerung mittels des high-seitigen Treibers 350 durch und der low-seitige Treiber ist in einem OFF-Zustand bzw. Aus-Zustand. In ähnlicher Weise, falls die Last 390 zu der Spannungsversorgungspunkt Vdd (gestrichelte Linie) verbunden ist, wird das konfigurierbare Ausgangssteuerungslogikmodul 280 die Steuerung mittels des low-seitigen Treibers 360 durchführen und der high-seitige Treiber ist in einem Aus-Zustand
  • Eine Last kann auch gesteuert werden mittels eines einzelnen high-seitigen Treibers oder einem einzelnen low-seitigen Treiber, abhängig von der Verbindung am zweiten Lastpunkt (11b). Wenn es ein Massepunkt ist, sollte die Steuerung vorgesehen sein durch den high-seitigen Treiber und wenn es ein Spannungsversorgungspunkt ist, sollte die Steuerung vorgesehen sein durch einen low-seitigen Treiber. Jeder der Steuerungskanäle sollte über sein eigenes konfigurierbares Steuermodul 280 verfügen.
  • Die sichere Laststeuerung, welche vorgesehen ist durch zwei unabhängige Quellen (z. B. die Steuerungsquelle und Enable-Bedingungsquelle) ist gezeigt in 11c. In diesem Fall ist die Last 390 verbunden zwischen den Ausgängen des high-seitigen Treibers 350 und den Ausgängen des low-seitigen Treibers 360. Die Sicherheitssteuerungsarchitektur wird unterstützt durch Konfiguration von zwei konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodulen, jeweils verbunden mit dem high- und dem low-seitigen Treiber und gesteuert über zwei unabhängige Signalquellen, kommend durch die konfigurierbare Logik der digitalen Einheit 200.
  • Erhöhen der Stromfestigkeit der Steuerung kann erreicht werden durch Verbinden der Hochstromlast an mehr als einem Ausgang der Steuerung. Um beispielsweise die Stromfestigkeit des Steuerungsausgangs um einen Faktor 2 zu erhöhen, kann die Masse verbundene Last gesteuert werden durch zwei high-seitige Treiber 350 (11d). Diese Steuerung ist vorgesehen durch Konfigurieren der konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodule 280, verantwortlich für die gleichzeitige Steuerung der zwei high-seitigen Treiber.
  • Beispiel 5 Steuerfunktionalität mit DC und AC Motoren
  • Die bevorzugte Ausführungsform für DC oder AC Motorsteuerungen ist in 12 gezeigt. Der DC- oder Gleichstrommotor 50 ist verbunden zwischen Masseverbindungen der high-seitigen 350 und low-seitigen 360 Treiber. Die vier in diesem Beispiel konfigurierten Treiber bilden eine Brückentreiberschaltung. Die Steuerung des Motors ist vorgesehen durch Konfiguration der entsprechenden Steuerungsmodule 280, umfassend alle Logikfunktionen zum Unterstützen des Brückensteuerschaltkreises. Die Konfiguration von 12 kann auch verwendet werden, zum Treiben von Wechselstrommotoren (AC-Motoren), durch Bereitstellen von Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) für die Brückenschaltung und dadurch Erhalten von Wechselspannung (AC) an dem Brückenausgang.
  • Beispiel 6 Steuerfunktionalität mit Schrittmotoren
  • Die bevorzugte Ausführungsform einer Schrittmotorsteuerung ist in 13 gezeigt. Jede Wicklung des Schrittmotors 55 ist verbunden mit dem Ausgang der Brückenschaltung wie oben beschrieben. Die Synchronisierung des Schrittmotorwicklungsstroms und der Logik, notwendig zur Schrittmotorsteuerung, wird ausgeführt durch Ausgangslogikmodul 280, konfiguriert für diesen Zweck, welches mit seinen Ausgängen jeweils verbunden ist zu den low-seitigen 350 und high-seitigen Treibern 360.
  • In Zusammenfassung der Beispiele 4–6 ist ersichtlich, dass mittels Konfiguration der konfigurierbaren Ausgangssteuerlogikmodule 280 zusammen mit einer Fähigkeit zur Kombination von High- und Low-Treibern und Verbinden dieser mit den Lasten, dass die vorliegenden Erfindung eine universelle und flexible Steuerung bereitstellt, die anpassbar auf unterschiedliche Maschinenumgebungen ist.
  • Einige von diesen sind:
    • – Getrennte Laststeuerung abhängig von der Lastverbindung
    • – Getrennte Laststeuerung unabhängig von der Lastverbindung
    • – Sichere Lastverbindung durch zwei unabhängige Kanäle
    • – DC-, AC- und Schrittmotorsteuerung
    • – Erhöhen der Spannungsfestigkeit für Hochstromlastanwendungen, zum Beispiel Spulen, Relais, Motoren usw.
  • Beispiel 7 Rückkopplungen in Steuerungsfunktionalität
  • Die bevorzugte Ausführungsform der Steuerung 230 unter Verwendung der Eingangszelle 240 zur Bereitstellung von. Strom- und Spannungsrückkopplungen sind in 14 gezeigt. Das Signal proportional zum Strom im high-seitigen Treiber 350 wird gemessen durch die Einganszelle 240a und den Signalerfassungsblock 260a. Die Messdaten können verwendet werden, zum Beispiel um einen Kurzschlussschutz des Treibers und seiner Last bereitzustellen. In anderen Worten, die Steuerlogik 370 wird erzwingen, dass das konfigurierbare Ausgangssteuerlogikmodul 280a in einem Aus-Zustand ist, sofern der gemessene Stromwert höher ist als ein vorbestimmter Wert, enthalten in der Steuerlogik 370, wodurch ein Kurzschlussschutz ausgeführt wird. Die Eingangszelle kann außerdem verbunden sein mit jedem low-seitigen Treiber, um den (Last-)Strom des Treibers zu messen. Der Kurzschlussschutz wird auf selbe Weise funktionieren, wie beschreiben für high-seitige Treiberstrombegrenzung.
  • Eine anderer Typ von Rückkopplung ist implementiert mittels der Eingangszelle 240b, verbunden durch ihren Eingang 1 zum Ausgang des low-seitigen Treibers 360. In diesem Fall kann die Rückkopplung verwendet werden, um zu erkennen, ob Lastverbindung oder -Nichtverbindung. Falls die Last angeschlossen ist an den low-seitigen Treiber und der Treiber in einem Aus-Zustand ist, dann wird das Potential der Lastversorgungsspannung an dem Ausgabepin 380b der Steuerung 230 und dem jeweiligen low-seitigen Treiberausgang 360 erscheinen. Dieser High-Wert kann detektiert werden durch die Eingangszelle 240b und Signalerfassungsblock 260b. Die Detektion des High-Spannungswertes an dem Ausgang des low-seitigen Treibers bedeutet, dass die Last verbunden ist mit dem Treiber. Falls die Last nicht verbunden ist, wird der Ausgang des low-seitigen Treibers einen Low-Wert haben und die Detektion dieses Wertes wird anzeigen, dass die Last nicht verbunden ist. Solch eine Verbindung kann auch als Bestätigung verwendet werden zur Bestätigung von low-seitigem Treiberschalten. Dieselben Ziele können erreicht werden durch Verbinden der Eingangszelle mit dem Ausgang des high-seitigen Treibers.
  • Es wird für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht begrenzt ist auf das, was hier insbesondere gezeigt und beschrieben wurde. Hingegen ist der Umfang der vorliegenden Erfindung bestimmt durch die beigefügten Ansprüche und enthält sowohl Kombinationen als auch Unterkombinationen der unterschiedlichen Eigenschaften, die oben beschrieben wurden, sowie auch Variationen und Modifikationen davon, welche für den Fachmann offensichtlich sind, wenn er die vorausgegangene Beschreibung gelesen hat.

Claims (15)

  1. Konfigurierbare Steuerung (230), umfassend: ein Synchronisationssteuermodul (270) eine Vielzahl von konfigurierbaren Signalerfassungsmodulen (260), verbunden mit dem Synchronisationssteuermodul (270); eine Steuerungslogik (370), verbunden mit der Vielzahl von konfigurierbaren Signalerfassungsmodulen (260); gekennzeichnet dadurch, dass es weiterhin umfasst: eine Vielzahl von identischen Eingangszellen (240), verbunden jeweils mit einer Vielzahl von konfigurierbaren Signalerfassungsmodulen (260), wobei jede der Vielzahl von identischen Eingangszellen (240) zudem mit einem jeweiligen Eingangspin (210) der konfigurierbaren Steuerung (230) verbunden ist; und einen Synchronisationssignalgenerator (250), verbunden mit dem Synchronisationssteuermodul (270) und mit der Vielzahl von identischen Eingangszellen (240), wobei jede einzelne der Vielzahl von identischen Eingangszellen (240) dazu geeignet ist, Eingangssignalparameter in zeitbasierte Parameter zu konvertieren; und wobei jedes der konfigurierbaren Signalerfassungsmodule (260) dazu konfiguriert ist, die zeitbasierten Parameter in eine gewünschte digitale Form zu konvertieren.
  2. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von identischen Eingangszellen (240) einen Komparator (235) umfasst, wobei der Komparator (235) dazu ausgelegt ist, ein Eingangssignal von dem jeweiligen Eingangspin (210) der konfigurierbaren Steuerung (230), und ein Synchronisationssignal von dem Synchronisationssignalgenerator (250) zu empfangen und ein Signal auszugeben.
  3. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Synchronisationssignal eine Sägezahnform umfasst.
  4. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 1, zudem umfassend: eine Vielzahl von konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodulen (280), verbunden mit der Steuerungslogik (370), und eine Vielzahl von high-seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360), verbunden mit den konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodulen (280), wobei die Vielzahl von high-seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360) zudem mit einer Vielzahl von Ausgangspins (380) der konfigurierbaren Steuerung verbunden sind.
  5. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 4, wobei zumindest eines der Vielzahl von konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodulen (280) mit einem Paar von high-seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360) aus der Vielzahl von high-seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360) verbunden ist, wobei das eine Paar von high-seitigem Ausgangstreiber (350) und low-seitigem Ausgangstreiber (360) über jeweilige Ausgangspins (380) der konfigurierbaren Steuerung (230) mit einer Seite der Last (390) verbunden ist, wobei zumindest eines der Vielzahl von konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodulen (280) dazu konfiguriert ist, nur einen der high-seitigen Ausgangstreiber (350) und low-seitigen Ausgangstreiber (360) aus dem einen Paar von high-seitigen Ausgangstreiber (350) und low-seitigem Ausgangstreiber (360) anzusteuern, in Abhängigkeit von einer Verbindung der Last an einer zweiten Seite.
  6. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 4, wobei zumindest eines der Vielzahl von konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodulen (280) mit einem der low-seitigen Treiber (360) oder mit einem der high-seitigen Treiber (350) aus der Vielzahl von high-seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360) verbunden ist, wobei der eine der low-seitigen Treiber (360) oder der eine der high-seitigen Treiber (350) über einen jeweiligen Ausgangspin (380) der konfigurierbaren Steuerung (230) mit einer Last verbunden ist, wobei das zumindest eine der Vielzahl von konfigurierbaren Ausgangssteuerungslogikmodulen (280) dazu konfiguriert ist, den einen der low-seitigen Treiber (360) oder den einen der high-seitigen Treiber (350) anzusteuern.
  7. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 4, wobei ein erstes konfigurierbares Ausgangssteuerungslogikmodul (280) und ein zweites konfigurierbares Ausgangssteuerungslogikmodul (280) jeweils mit einem Paar von high-seitigen Treibern (350) und low-seitigen Treibern (360) aus der Vielzahl von high-seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360) verbunden ist, wobei das eine Paar aus high-seitigem Treiber (350) und low-seitigem Treiber (360) mit zwei Seiten einer Last (390) über jeweils zwei Ausgangspins (380) der konfigurierbaren Steuerung (230) verbunden ist, wobei das erste konfigurierbare Ausgangssteuerungslogikmodul (280) und das zweite konfigurierbare Ausgangssteuerungslogikmodul (280) dazu konfiguriert sind, das eine Paar von high-seitigem Treiber (350) und low-seitigem Treibern (360) mittels zweier unabhängiger Signalquellen zu steuern.
  8. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 4, wobei zumindest eines aus der Vielzahl konfigurierbarer Ausgangssteuerungslogikmodulen (280) mit zwei high-seitigen Treibern (350) aus der Vielzahl von high-seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360) verbunden ist, wobei die zwei high-seitigen Treiber (350) mit einer Seite der Last (390) über jeweilige Ausgangspins (380) der konfigurierbaren Steuerung (230) verbunden sind, wobei zumindest eine der Vielzahl konfigurierbarer Ausgangssteuerlogikmodule (280) dazu konfiguriert ist, um die zwei high-seitigen Treiber (350) gleichzeitig zu steuern.
  9. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 4, wobei zumindest einer der high-seitigen Treiber (350) oder low-seitigen Treiber (360) aus der Vielzahl von high- seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360) mit einer der Eingangszellen (240) verbunden ist.
  10. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 9, wobei die Eingangszelle (240) dazu geeignet ist, den Strom zumindest eines der high-seitigen Treiber (350) oder low-seitigen Treiber (360) aus der Vielzahl von high-seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360) zu messen.
  11. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 10, wobei die Eingangszelle (240) dazu geeignet ist, die Konnektivität von dem zumindest einen der high-seitigen Treiber (350) oder low-seitigen Treiber (360) aus der Vielzahl von high-seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360) zu detektieren.
  12. Konfigurierbare Steuerung (230) nach Anspruch 10, wobei die Eingangszelle (240) geeignet ist, Schalten des zumindest einen der high-seitigen Treiber (350) oder low-seitigen Treiber (360) aus der Vielzahl der high-seitigen Ausgangstreibern (350) und low-seitigen Ausgangstreibern (360) zu bestätigen.
  13. Verfahren zum Erfassen einer Vielzahl von Signalen, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen eines Synchronisationssteuermoduls (270); (b) Konfigurieren einer Vielzahl von konfigurierbaren Signalerfassungsmodulen (260), verbunden mit dem Synchronisationssteuermodul (270); (c) Bereitstellen einer Steuerlogik (370), verbunden mit der Vielzahl von konfigurierbaren Signalerfassungsmodulen (260); (d) Bereitstellen einer Vielzahl von identischen Eingangszellen (240), verbunden jeweils mit der Vielzahl von konfigurierbaren Signalerfassungsmodulen (260); (e) Bereitstellen eines Synchronisationssignalgenerators (250), verbunden mit dem Synchronisationssteuermodul (270) und der Vielzahl von identischen Eingangszellen (240), (f) Erfassen einer Vielzahl von Eingangssignalen, wobei jedes der Vielzahl von Eingangssignale von einer der identischen Eingangszellen erfasst wird; (g) Konvertieren der erfassten Vielzahl von Eingangssignalen in eine Vielzahl zeitbasierter Parameter; und (h) Konvertieren der Vielzahl von zeitbasierten Parametern in gewünschte digitale Formen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt (g) zudem umfasst: (g1) Empfangen eines Synchronisationssignals von dem Synchronisationssignalgenerator (250); und (g2) Vergleichen des erfassten Eingangssignals mit dem Synchronisationssignal.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Synchronisationssignal eine Sägezahnform umfasst.
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