WO2003025592A1 - Spannungssensor, schaltungsanordnung mit einem spannungssensor, sowie verfahren zum konfigurieren und betreiben einer derartigen schaltungsanordnung - Google Patents

Spannungssensor, schaltungsanordnung mit einem spannungssensor, sowie verfahren zum konfigurieren und betreiben einer derartigen schaltungsanordnung Download PDF

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WO2003025592A1
WO2003025592A1 PCT/DE2002/003057 DE0203057W WO03025592A1 WO 2003025592 A1 WO2003025592 A1 WO 2003025592A1 DE 0203057 W DE0203057 W DE 0203057W WO 03025592 A1 WO03025592 A1 WO 03025592A1
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WO
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voltage
voltage sensor
circuit arrangement
limit value
value
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/003057
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Inventor
Werner Drexel
Christian Samec
Michael Schwarz
Gerhard Zweimueller
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/1659—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 to indicate that the value is within or outside a predetermined range of values (window)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references

Definitions

  • Voltage sensor circuit arrangement with a voltage sensor, and method for configuring and operating such a circuit arrangement
  • the invention relates to a voltage sensor for monitoring a supply voltage present at a supply potential connection for an upper and lower limit value.
  • the invention further relates to a circuit arrangement which comprises such a voltage sensor. Furthermore, a method for configuring the circuit arrangement and for operating the circuit arrangement or the voltage sensor is described.
  • Voltage sensors have the task of limiting the supply voltage at a supply potential connection of the circuit arrangement to a predetermined voltage range, which is defined by an upper and lower limit value. An internal reset is usually triggered above or below this voltage or operating range in order to avoid a malfunction of the circuit arrangement.
  • Known viewing arrangements are often designed for operation with a supply voltage in the range from 2.7 V to 5.5 V. This voltage range represents the specification range of the viewing arrangement in which the circuit arrangement must function as intended.
  • the voltage sensor is usually designed such that it is set to a fixed upper limit.
  • the monitoring of the upper limit value is generally not critical since the distance between the upper limit value and the specification range of the circuit arrangement is sufficiently large and the circuit arrangement therefore also with voltages above their specification range works correctly.
  • the upper limit is 6.3 V, with a maximum deviation of +/- 0.15 V being tolerated.
  • the lower limit value of the voltage sensor is set to a limit value of 2.22 V under the above general conditions.
  • the distance between the lower limit value of the voltage sensor and the lower limit of the specification range is sufficiently large that the function of the circuit arrangement is ensured even with supply voltages below the specification range. For this reason, the lower limit of the voltage sensor is also fixed.
  • FIG. 3 shows the course of the supply voltage.
  • Vunten and Voben the upper and lower limit values of a voltage sensor.
  • the first specification range X extends from Vspec, below to Vspec, above
  • the upper limit of the specification range is identical in the selected example for both circuit arrangements, while the lower limits of the specification range differ. In both cases, the upper and lower limits of the specification range lie within the limit values Vunten and Voben of the voltage sensor.
  • the lower and upper limits may still deviate up or down by a predetermined amount (e.g. +/- 10%). These deviations must then also lie within the limit values of the voltage sensor. For reasons of clarity, these deviations have not been included in FIG. 3.
  • V limit is shown in FIG. 3, below which operation of the circuit arrangement must be reliably prevented. This is necessary because when the circuit arrangement is operated with a supply voltage below Vlimit, it could be concluded that the circuit arrangement is functioning due to possible malfunctions. An attacker who wants to spy on the circuit arrangement therefore tries to operate it with a supply voltage below Vlimits.
  • the lower limit of the voltage sensor must be defined between Vlimit and Vspec, below or Vspec, below '.
  • Vlimit the closer the lower limit of a specification range moves in the direction of the V limit, the smaller the range in which the lower limit value of the voltage sensor can be located.
  • the circuit arrangement with the specification range X thus stands for a smaller area Z is available for the lower limit value of the voltage sensor than for the circuit arrangement with the specification area X '. This has a wider range Z 'available for the voltage sensor.
  • the lower limit value Vunten can come to lie both above Vspec, below and below Vlimit due to production fluctuations in the circuit arrangement.
  • an internal reset in the specification range X could be triggered, which is undesirable in any case.
  • the circuit arrangement could be operated with a supply voltage below Vlimits without an internal reset being triggered by the voltage sensor.
  • the object of the present invention is therefore to specify a voltage sensor for monitoring a supply voltage present at a supply potential connection for an upper and a lower limit value, which also works reliably when the distance between the permissible specification range and a limit voltage is small.
  • circuit arrangement which has a high level of reliability even if the lower limit of the permissible operating voltage range assumes very low values.
  • Another object is to specify a method for configuring the circuit arrangement and a method for operating the circuit arrangement, which ensure that operation with low supply voltages is also possible reliably.
  • the voltage sensor according to the invention for monitoring a supply voltage present at a supply potential connection for an upper and lower limit value comprises the following features:
  • a first comparison means which compares the supply voltage to the lower limit value by evaluation with a first reference voltage and emits a first signal when the voltage falls below it
  • a second comparison means which compares the supply voltage to the upper limit value by evaluation with a second reference voltage and emits a second signal when exceeded
  • a calibration means which is coupled to the first and the second comparison means and enables calibration of the first and / or the second comparison means by increasing or decreasing the supply voltage to be evaluated.
  • the calibration means consists of a first calibration device and a second calibration device, the first calibration device being assigned to the first comparison device and the second calibration device being assigned to the second comparison device. This ensures that the upper and lower limit values of the voltage sensor can be calibrated independently of one another.
  • the evaluation of the upper and lower limit value of the supply voltage is realized by means of a voltage divider, consisting of a first, second and third resistance element, the voltage divider being connected between the supply potential connection and a reference potential connection. Since the voltage divider is assigned to both the first and the first comparison means, there is an overall particularly simple circuit design of the voltage sensor according to the invention. Resistors are preferably used as resistance elements. However, other components, such as ..., are also conceivable.
  • a preferred embodiment of the voltage sensor provides that the first calibration device is connected in parallel to a switching element which is connected between the supply potential connection and the node between the first and second resistance elements of the voltage divider.
  • this embodiment provides that the second calibration device is connected in parallel to a second switching element which is connected between the node made up of the second and third resistance elements and the reference potential connection.
  • the first and the second calibration device preferably each have a number of resistance elements, each with a switching element connected in series with it, wherein the series circuits comprising the resistance element and the switching element are connected in parallel.
  • the calibration devices are thus constructed in such a way that additional resistance elements are connected to the respective resistance elements of the voltage divider. As a result, the voltages falling across the voltage divider are divided differently. This procedure makes it possible to compensate for manufacturing fluctuations that affect the comparison devices in particular.
  • a gate which has a first and a second input and an output and the first input of the gate is connected to the output of the first comparison device and the second input of the gate is connected to the output of the second comparison device and is connected to the output of the gate Alarm signal can be picked up when the first or the second comparison device emits the first or the second signal.
  • a reference voltage is applied to both the first and the second comparison device, which is used to evaluate the voltages tapped at the voltage divider.
  • the first and the second reference voltage of the first and second comparison device can in principle be selected as desired.
  • a particularly simple circuit structure is obtained when the first and the second reference voltage are identical.
  • the band gap voltage is preferably used as the reference voltage. This has the advantage that it can be set with high precision regardless of production fluctuations.
  • the invention thus proposes a voltage sensor that works with flexibly adjustable limit values. In principle, the setting of the limit values to compensate for production fluctuations is provided.
  • the structure according to the invention also enables the lower limit value of the supply voltage to be monitored, at which the first signal of the comparison device is triggered, to be flexibly adjustable, depending on which switching element of one or both of the calibration devices is closed.
  • flexibly adjustable is understood to mean that the lower limit value can be set as desired, not only in the millivolt range.
  • the configuration of the calibration devices makes it possible, for example, to set the voltage sensor to a lower limit of 1.8 V or 2.7 V. The setting can already be specified during manufacture or can be determined anew each time the voltage sensor is initialized.
  • the lowest limit value of the supply voltage to be monitored is 1.55 V.
  • the lower limit of the specification range of current circuit arrangements is 1.62 V. This value results from the lower voltage value of the operating range of 1.8 V minus a 10% maximum deviation downwards.
  • the limit voltage below which the circuit arrangement may no longer be functional is 1.5 V.
  • the range Z within which the lower limit value of the voltage sensor may lie thus extends from 1.5 V to 1.62 V.
  • the lower limit of the voltage sensor is set to 1.55 V.
  • the upper limit value of the supply voltage to be monitored, at which the second signal of the comparison device is triggered, is preferably 6.3 V.
  • the voltage sensor according to the invention creates the conditions for the flexible setting of the lower and / or upper limit value of the voltage sensor.
  • the use of this flexibility is made possible by the circuit arrangement according to the invention, which preferably comprises a voltage sensor of the type described above, a computing unit and at least one non-volatile memory device, with the computing unit determining the lower limit value of the supply voltage to be monitored by reading out a value can be made from the non-volatile memory device.
  • the circuit arrangement according to the invention and in particular the method for its operation is fundamentally possible with any other sensor whose limit value or limit values can be or are variably configurable.
  • the non-volatile memory device which enable the chip-specific configuration of the voltage sensor.
  • the voltage sensor itself is configured by the computing unit, which reads the corresponding values from the non-volatile memory device and configures the calibration means accordingly.
  • the calibration includes the information as to which of the switching elements of one or each of the calibration devices must be closed.
  • a read-only memory in which a first identification value is stored.
  • This first identification value is used to be queried during an initialization process, as a result of which the functionality of the non-volatile memory device can be checked. If the functionality was classified as non-existent, this would affect the configuration of the voltage sensor.
  • configuration is to be understood in such a way that the lower area of the operating arrangement is then fixed in such a way that the lower area of the voltage sensor is as possible is defined restrictively, since one assumes a spying. For example, the specification range can be trimmed by appropriately setting the lower limit.
  • the voltage sensor is configured in such a way that it compensates for the manufacturing fluctuations of its components and does not cut the specification area, but cannot leave the functional area of the chip without that the sensor responds.
  • the first identification value is therefore used to determine whether the circuit arrangement as the lower operating range, for example 1.8 V (the functionality of the non-volatile memory device has been denied) or 2.7 V (the functionality of the non-volatile memory device is given).
  • a second identification value is preferably stored in the non-volatile memory and is used for comparison with the first identification value in the read-only memory. If, for example, the first and the second identification value match, the lower limit value of the voltage sensor is configured to a first value. If, on the other hand, the first and the second identification values do not match, the lower limit value of the voltage sensor is configured to a second value, for example above the first limit value.
  • the upper limit value of the voltage sensor can be configured accordingly.
  • the circuit arrangement furthermore has a watchdog timer which switches the
  • the task of the watchdog timer is to allow the configuration of the voltage sensor of the circuit arrangement only when the functionality of the computing unit, which indeed configures the voltage sensor. should take, and the at least one non-volatile memory device is checked.
  • timer already implies that this check must take place within a predetermined period of time. If the correct functionality of the computing unit and the non-volatile memory device is not reported to the watchdog timer within this period, the circuit arrangement is stopped or initialized, for example a reset.
  • the arithmetic unit and the watchdog timer are preferably connected to a clock signal line, the watchdog timer being decremented from a predetermined counter reading with each clock beat and initiating the initialization of the circuit arrangement when a further predetermined counter reading is reached.
  • the watchdog timer consists of components which are functional even when the supply voltage is below the lowest limit value of the supply voltage.
  • the method according to the invention for configuring the circuit arrangement comprises configuring the lowest limit value of the supply voltage to be monitored individually for the chip after the circuit arrangement has been manufactured, the configuration comprising the calibration of the voltage sensor.
  • the chip-specific configuration takes place here by successive activation, that is to say closing, of one of the switching elements of one or both of the calibration devices, and when the desired lowest limit value is reached in the non-volatile memory device, the relevant switching element of one or both of the calibration devices - Value representing facilities is stored.
  • the calibration of the voltage sensors is consequently concluded with a value representing the switching element in question in the non-volatile memory device is filed. This value can be called up by the computing unit each time the circuit arrangements are initialized.
  • the computing unit then causes the switching element of the relevant calibration device corresponding to the value to be closed, as a result of which the voltage sensor is configured.
  • the configuration of the viewing arrangement further includes storing the second identification value in the non-volatile memory.
  • the first identification value is stored in the read-only memory by means of a mask programming of this memory already during production. If the second identification value in the non-volatile memory is selected in such a way that it corresponds to the first identification value in the read-only memory, this already determines the lower limit value to which the voltage sensor can be set during initialization.
  • the method for operating the circuit arrangement comprises the following steps:
  • the first identification value in the read-only memory is compared with the second identification value from the non-volatile memory in the arithmetic unit, wherein if the first and second identification values match, the lowest Value representing the limit value of the supply voltage is read from the non-volatile memory for configuring the voltage sensor.
  • lower limit value is understood here to mean that this corresponds to the lower limit value of the voltage sensor, which can be set at the lowest. Since the term “lower limit” denotes a flexibly adjustable value, the lowest Limit value represents the outermost lower limit value at which the voltage sensor must respond. The lowest limit value will therefore usually be close to Vlimits.
  • the described method for operating the circuit arrangement consequently means that if the first and second identification values match, the extremely possible lower limit value is configured in the voltage sensor, since the correct functionality of the non-volatile memory device is then assumed. However, if the first and the second identification value of the voltage sensor do not match, the voltage sensor is configured to a lower limit value which is above the lowest voltage value, since in this case spying on the circuit arrangement (and possibly other components) is assumed. The fact that the first and second configuration values do not match indicates that the non-volatile memory device is not functioning.
  • the operating method according to the invention further provides that in the first phase the watchdog timer counts from a first predetermined count to an overflow, the computing unit functioning of the computing unit and the read-only memory until the overflow of the watchdog timer is reached must have reported.
  • This procedural step ensures that an attacker does not prevent the voltage sensor from being correctly initialized by disturbing the code processing of the computing unit.
  • Watchdog timer counts from a second predetermined count value to an overflow, the computing unit must have reported the configuration of the voltage sensor to the watchdog timer until the overflow was reached. This creates a second barrier for a potential attacker.
  • For the configuration of the voltage sensor only a limited time specified by the watchdog timer is provided. hen. If the voltage sensor is not configured within the specified time period, the circuit arrangement is initialized by the watchdog timer.
  • the counting of the watchdog timer is preferably a decrementing and the second count during the second phase is greater than the first count during the first phase.
  • the watchdog timer is switched to inactive in the third phase and can then no longer initiate initialization of the circuit arrangement. It goes without saying that the second phase can only be completed if the first phase has been successfully completed.
  • FIG. 1 shows the basic structure of the voltage sensor according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows the problems on which the invention is based
  • FIG. 4 shows a flowchart which can be used to understand the configuration of the circuit arrangement
  • FIG. 5 shows a flow chart by means of which the operation of the circuit arrangement can be traced.
  • FIG. 1 shows a basic circuit diagram of the voltage sensor according to the invention.
  • a voltage divider exists between a supply potential connection 1, at which a supply potential VDD is present, and a reference potential connection 2 from the three resistance elements R11, R2, R31, arranged.
  • a first comparator 10 is connected with its first input 12 to the node between the first resistance element R11 and the second resistance element R2.
  • a reference voltage VREF is applied to the second input 13 of the first comparator 10.
  • a first input 22 of a second comparator 20 is connected to the reference potential VREF or to the second input 13 of the first comparator 10.
  • the reference voltage VREF is preferably the bandgap voltage.
  • a second input 23 of the second comparator 20 is connected to a node of the second resistance element R2 and the third resistance element R31.
  • An output 14 of the first comparator 10 is connected to a first input 41 of a gate 40.
  • an output 24 of the second comparator 20 is connected to a second input 42 of the gate 40.
  • An alarm signal 44 can be tapped at the output 43 of the gate 40.
  • the principle of the voltage sensor is based on the comparison of a partial voltage of the external supply voltage VDD with the reference voltage.
  • This partial voltage of the supply voltage is generated via the ohmic voltage divider in the present exemplary embodiment.
  • the first comparator 10 monitors the lower limit of the supply voltage, while the second comparator 20 monitors the upper limit of the supply voltage. If the voltage at the first input 12 of the first comparator 10 drops below the reference voltage VREF, a first signal 11 is fed to the gate 40 at the output 14.
  • the gate 40 is designed as an OR gate, so that an alarm signal is present at the output 43. Analogously to this, the alarm signal 44 can also be tapped if the voltage present at the second input 23 of the second comparator 20 exceeds the reference voltage VREF at the first input 22.
  • the invention provides for the switching threshold, that is to say the lower limit value of the voltage sensor, to be adjustable. Since in the present exemplary embodiment the switching threshold of the second comparator 20 would also be shifted by varying the switching threshold of the first comparator 10, the switching threshold of the second comparator 20 must also be changed.
  • the calibration means 30 is provided, which is arranged parallel to the voltage divider.
  • the calibration means 30 has two calibration devices 31, 32.
  • the calibration device 31 is assigned to the first comparator 10, which monitors the lower limit value of the voltage sensor.
  • the calibration device 32 is assigned to the second comparator 20, which monitors the upper limit value of the voltage sensor.
  • the two calibration devices 31, 32 are constructed identically. Each calibration device consists of a parallel connection of resistance elements R12, ... Rln, each of the resistance elements having a switching element S12, ... Sin connected in series.
  • the calibration device 31 is connected in parallel with a switching element S11.
  • the switching element Sll is connected between the supply potential connection 1 and the first resistance element Rll.
  • the second calibration device 32 is connected in parallel to a switching element S31.
  • the switching element S31 is located between the third resistance element 31 and the reference potential connection 2.
  • one or more resistance elements R12, ... Rln or R32, ... R3n are "integrated" into the voltage divider. With suitable dimensioning of the resistance elements elements R12, ... Rln or R32, ... R3n, it is sufficient to activate only one resistance element at a time and thus to vary the partial voltages of the voltage divider. In practice it has been shown that sufficient accuracy is achieved with eight resistance elements per calibration device.
  • the dimensioning of the resistance elements of the calibration devices 31, 32 is such that the offset fluctuations of the comparators 10, 20 caused by process fluctuations can be equalized.
  • One of the resistance elements of the calibration devices 31, 32 is preferably dimensioned such that when it is activated (this means that the switch connected in series is closed), the lower limit value of the supply voltage to be monitored can be significantly shifted. If the voltage sensor is dimensioned such that the lower limit value is designed, for example, at 1.8 V, the voltage sensor is operated with a lower limit value of 3 V when the latter resistance element is activated. The voltage sensor can then be used in circuit arrangements which basically have different specification ranges. This functional feature will be better understood in connection with the description of the operating method of the voltage sensor integrated in a circuit arrangement.
  • FIG. 2 shows a basic block diagram of the circuit arrangement according to the invention, which comprises the voltage sensor described in FIG. 1.
  • the voltage sensor 100 is connected between a supply potential connection 1 and a reference potential connection 2.
  • the output 43 of the gate of the voltage sensor 100 is connected to a computing unit 110 via a signal line 116.
  • an alarm signal 44 is transmitted to the computing unit 110, thereby causing the latter the circuit arrangement, for example, moves into a secure state or triggers a reset signal.
  • the manner in which the computing unit 110 responds to the alarm signal 44 is in principle arbitrary and is not essential for the invention.
  • a read-only memory 130 is connected to the computing unit 110 via a signal line 113.
  • a first identification value is stored in the read-only memory 130.
  • a non-volatile memory device 120 is connected to the computing unit 110 via a signal line 112. In the non-volatile storage facility
  • a watchdog timer 140 is provided, which is connected to the computing unit 110 via a signal line 114, to the read-only memory via a signal line 116 and to the non-volatile memory device 120 via a signal line 115. Both the watchdog timer 140 and the arithmetic unit 110 are supplied with a clock signal CLK via a clock signal line 150.
  • the watchdog timer 140 increases the security of the circuit arrangement against unwanted spying.
  • the watchdog timer checks whether the computing unit 110 and the read-only memory are functional. If this is not the case, a restart or an initialization, for example a reset of the circuit arrangement, is initiated by the watchdog timer.
  • the configuration of the voltage sensor is carried out by the computing unit 110.
  • the computing unit 110 reads configuration values from the non-volatile memory device 120, as a result of which the calibration devices 31, 32 are configured.
  • the configuration includes which of the resistance elements R12, ... Rln or R32, ... R3n must be "integrated" into the voltage divider.
  • This configuration can differ from circuit arrangement to circuit arrangement because of production-related reasons Fluctuations cause different partial voltages of the voltage divider. For this reason, after the circuit arrangement has been manufactured, it is determined individually which of the resistors of the calibration devices have to be switched into the voltage divider. For this purpose, the switching elements of each calibration device are closed in succession and the lower limit value is determined by applying a variable supply voltage to the supply potential connection 1. After the desired lower limit value has been reached, a value corresponding to the resistance element is stored in the non-volatile memory 120. This value is used for each configuration of the voltage sensor 100.
  • a first identification value is stored in the read-only memory 140 of the circuit arrangement.
  • the first identification value can be stored as a mask programming of the read-only memory.
  • This method step comprises the sequential activation of each switching element of a calibration device. After the resistance element has been found, in which the offset fluctuation of the assigned comparator could be equalized, a value corresponding to this resistance element is stored in the non-volatile memory. A second identification value is then stored in the non-volatile memory. The configuration of the circuit arrangement comprising the voltage sensor according to the invention is completed with this method step.
  • FIG. 1 The method for operating the circuit arrangement according to the invention, which comprises the voltage sensor described, is shown in FIG.
  • a clock signal is also applied to the clock signal line 150 (FIG. 2).
  • the watchdog timer begins to decrement from a first count with every beat by 1 to an overflow.
  • the watchdog timer could of course also increment starting from 0 to a predetermined count value.
  • the computing unit 110 reads values from the read-only memory 140. If it is not possible to read out data, the circuit arrangement is initialized by the watchdog timer. If data is read out correctly from the read-only memory, the computing unit reports the correct function to the watchdog timer. If the message occurs after the watchdog timer overflows, the circuit arrangement is also initialized. If, on the other hand, the message occurs within the counting process of the watchdog timer, the first phase has been successfully completed.
  • the watchdog timer begins to decrement from a second count with every beat by 1 until an overflow occurs.
  • the overflow can be defined as 0.
  • the first identification value is read from the read-only memory.
  • the second identification value is also read from the non-volatile memory.
  • the first and the second identification value are compared with one another. If these two values match, the voltage sensor is configured to the lowest limit value Samec: which is read from the non-volatile memory, since it is assumed that the non-volatile memory is working correctly. If the first identification value does not correspond to the second identification value, the voltage sensor is configured to a lower limit value which is above the lowest limit value, since a
  • the computing unit reports this Watchdog timer whose configuration.
  • the watchdog timer is only deactivated if the message was received before the watchdog timer overflowed. The deactivation is referred to as the third phase. If the message does not appear or after the overflow, the circuit arrangement is initialized by the watchdog timer or the circuit is stopped.

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Abstract

Die Erfindung schlägt einen Spannungssensor zur Überwachung einer an einem Versorgungspotentialanschluss anliegenden Versorgungsspannung auf einen oberen und unteren Grenzwert vor, die folgende Bestandteile aufweist: - ein erstes Vergleichsmittel, das die Versorgungsspannung auf den unteren Grenzwert durch Bewertung mit einer ersten Referenzspannung vergleicht und bei Unterschreiten ein erstes Signal abgibt, - ein zweites Vergleichsmittel, das die Versorgungsspannung auf den oberen Grenzwert durch Bewertung mit einer zweiten Referenzspannung vergleicht und bei Überschreiten ein zweites Signal abgibt, - ein Kalibrier-Mittel, das mit dem ersten und dem zweiten Vergleichsmittel gekoppelt ist und eine Kalibrierung des ersten und zweiten Vergleichsmittels ermöglicht, in dem die zu bewertende Versorgungsspannung erhöht oder erniedrigt wird.Es ist erfindungsgemäss vorgesehen, die Kalibrierung im Anschluss an die Fertigung einer jeden Schaltungsanordnung durchzuführen. Die Konfiguration des Spannungssensors wird in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert. Bei jedem Start einer den erfindungsgemässen Spannungssensor enthaltenen Schaltungsanordnung wird der Spannungssensor neu konfiguriert.

Description

Beschreibung
Spannungssensor, Schaltungsanordnung mit einem Spannungssen- sor, sowie Verfahren zum Konfigurieren und Betreiben einer derartigen Schaltungsanordnung
Die Erfindung betrifft einen Spannungsse sor zur Überwachung einer an einem Versorgungspotentialanschluß anliegenden Ver- sorgungsspannung auf einen oberen und unteren Grenzwert. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaltungsanordnung, die einen derartigen Spannungssensor umfaßt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Konfiguration der Schaltungsanordnung sowie zum Betrieb der Schaltungsanordnung respektive des Spannungssen- sors beschrieben.
Spannungssensoren haben die Aufgabe, die VersorgungsSpannung an einem Versorgungspotentialanschluß der Schaltungsanordung auf einen vorgegebenen Spannungsbereich, der durch einen obe- ren und unteren Grenzwert definiert ist, zu begrenzen. Oberhalb beziehungsweise unterhalb dieses Spannungs- oder Betriebsbereiches wird üblicherweise ein interner Reset ausgelöst, um eine Fehlfunktion der Schaltungsanordnung zu vermeiden.
Bekannte Sehaltungsanordnungen sind häufig für den Betrieb mit einer Versorgungsspannung im Bereich von 2,7 V bis 5,5 V ausgelegt. Dieser Spannungsbereich stellt den Spezifikationsbereich der Sehaltungsanordnung dar in dem die Schaltungsan- Ordnung bestimmungsgemäß funktionieren muß.
Der Spannungssensor ist üblicherweise derart ausgebildet, daß er auf einen festen oberen Grenzwert eingestellt ist. Die Überwachung des oberen Grenzwertes ist in der Regel unkri- tisch, da der Abstand des oberen Grenzwertes zum Spezifikationsbereich der Schaltungsanordnung ausreichend groß ist und die Schaltungsanordnung deshalb auch mit Spannungen oberhalb ihres Spezifikationsbereiches korrekt arbeitet. Bei gängigen Spannungssensoren beträgt der obere Grenzwert 6,3 V, wobei eine maximale Abweichung von +/- 0,15 V toleriert wird.
Der untere Grenzwert des Spannungssensors wird bei den obigen Rahmenbedingungen auf einen Grenzwert von 2,22 V festgelegt. Der Abstand des unteren Grenzwertes des Spannungssensors von der unteren Grenze des Spezifikationsbereiches ist ausreichend groß, so daß die Funktion der Schaltungsanordnung auch bei VersorgungsSpannungen unterhalb des Spezifikationsbereiches sichergestellt ist. Aus diesem Grund ist auch der untere Grenzwert des Spannungssensors fest eingestellt.
Es existiert derzeit ein großes Bestreben, den Spezifikati- onsbereich einer Schaltungsanordnung zu erweitern, wobei insbesondere auch ein Betrieb mit immer kleiner werdenden Versorgungsspannungen zulässig sein soll . Mit anderen Worten bedeutet dies nichts anderes, als daß der untere Wert des Spezifikationsbereiches zu geringeren Spannungen hin verschoben werden soll. Hierdurch ergibt sich die Problematik, daß der Abstand zwischen dem unteren Grenzwert des Spannungssensors und der unteren Grenze des Spezifikationsbereiches immer kleiner wird.
Bedingt durch FertigungsSchwankungen könnte der Fall eintreten, daß der tatsächliche Ansprechpunkt des unteren Grenzwertes des Spannungssensors bereits in dem Spezifikationsbereich zum Liegen kommt. Dies bedeutet nichts anderes, als daß der Spezifikationsbereich durch den Spannungssensor teilweise be- schränkt wird. Eine derartige Situation führt jedoch bereits zum Auslösen eines internen Reset, auch wenn sich die Versorgungsspannung in dem zugesicherten Spezifikationsbereich befindet .
Anhand der Figur 3, die den Verlauf der Versorgunsspannung darstellt, soll diese Problematik nochmals verdeutlicht werden. Mit Vunten und Voben sind die oberen und unteren Grenz- werte eines Spannungssensors bezeichnet. Weiterhin sind zwei Spezifikationsbereiche X und X' dargestellt, die beispielsweise zwei unterschiedlichen Schaltungsanordnungen zugeordnet sind. Der erste Spezifikationsbereich X erstreckt sich von Vspez, unten bis Vspez,oben, der Spezifikationsbereich X' erstreckt sich von Vspez, unten1 bis Vspez, oben. Die obere Grenze des Spezifikationsbereiches ist im gewählten Beispiel bei beiden Schaltungsanordnungen identisch, während sich die unteren Grenzen des Spezifikationsbereiches unterscheiden. Die oberen und unteren Grenzen des Spezifikationsbereiches liegen in beiden Fällen innerhalb der Grenzwerte Vunten und Voben des Spannungssensors .
In der Praxis dürfen die unteren und oberen Grenzen jeweils noch um einen vorgegebenen Betrag (z.B. +/- 10%) nach oben oder unten abweichen. Auch diese Abweichungen müssen dann innerhalb der Grenzwerte des Spannungssensors liegen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde darauf verzichtet, diese Abweichungen in Figur 3 aufzunehmen.
Weiterhin ist in der Figur 3 ein Wert Vgrenz eingezeichnet, unterhalb der ein Betrieb der Schaltungsanordnung sicher unterbunden werden muß. Dies ist deshalb notwendig, da beim Betrieb der Schaltungsanordnung mit einer VersorgungsSpannung unterhalb Vgrenz aufgrund möglicher Fehlfunktionen der Schaltungsanordnung auf deren Funktionsweise geschlossen werden könnte. Ein Angreifer, der die Schaltungsanordnung ausspionieren möchte, versucht deshalb, diese mit einer Versorgungsspannung unterhalb Vgrenz zu betreiben.
Um dies zu verhindern, muß der untere Grenzwert des Spannungssensor zwischen Vgrenz und Vspez, unten beziehungsweise Vspez, unten' definiert sein. Je näher jedoch die untere Grenze eines Spezifikationsbereiches in Richtung Vgrenz rückt, desto geringer ist der Bereich, in dem der untere Grenzwert des Spannungssensors angesiedelt werden kann. Für die Schal- tungsanordnung mit dem Spezifikationsbereich X steht folglich ein kleinerer Bereich Z für den unteren Grenzwert des Spannungssensors zur Verfügung als für die Schaltungsanordnung mit dem Spezifikationsbereich X' . Diese hat einen breiteren Bereich Z' für den Spannungssensor zur Verfügung.
Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, kann der untere Grenzwert Vunten aufgrund von FertigungsSchwankungen der Schaltungsanordnung sowohl oberhalb von Vspez, unten als auch unterhalb von Vgrenz zum Liegen kommen. Im ersteren Fall könnte ein interner Reset im Spezifikationsbereich X ausgelöst werden, was in jedem Falle unerwünscht ist. Im letzteren Falle könnte die Schaltungsanordnung mit einer Versorgungs- Spannung unterhalb von Vgrenz betrieben werden, ohne daß ein interner Reset durch den Spannungssensor ausgelöst werden würde. Ein Angriff beziehungsweise ein Ausspionieren der
Schaltungsanordnung wäre deshalb möglich und muß unterbunden werden .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Spannungssensor zur Überwachung einer an einem Versorgungspotentialanschluß anliegenden Versorgungsspannung auf einen oberen und einen unteren Grenzwert anzugeben, der auch dann zuverlässig arbeitet, wenn der Abstand zwischen dem zulässigen Spezifikationsbereich und einer Grenzspannung gering ist.
Weiterhin soll eine Schaltungsanordnung angegeben werden, die eine hohe Zuverlässigkeit auch dann aufweist, wenn die untere Grenze des zulässigen Betriebsspannungsbereiches sehr geringe Werte annimmt.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Konfiguration der Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung anzugeben, welche sicherstel- len, daß auch ein Betrieb mit niedrigen VersorgungsSpannungen zuverlässig möglich ist. Diese Aufgaben werden mit einem Spannungssensor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1, mit einer Schaltungsanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 18 sowie mit den Verfahren gemäß den Ansprüchen 25 und 28 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße Spannungssensor zur Überwachung einer an einem Versorgungspotentialanschluß anliegenden Versorgungs- Spannung auf einen oberen und unteren Grenzwert umfaßt folgende Merkmale:
- ein erstes Vergleichsmittel, das die VersorgungsSpannung auf den unteren Grenzwert durch Bewertung mit einer ersten Referenzspannung vergleicht und bei Unterschreiten ein erstes Signal abgibt,
- ein zweites Vergleichsmittel, das die VersorgungsSpannung auf den oberen Grenzwert durch Bewertung mit einer zweiten Referenzspannung vergleicht und bei Überschreiten ein zweites Signal abgibt,
- ein Kalibrier-Mittel, das mit dem ersten und dem zweiten Vergleichsmittel gekoppelt ist und eine Kalibrierung des ersten und/oder des zweiten Vergleichsmittel ermöglicht, in dem die zu bewertende VersorgungsSpannung erhöht oder erniedrigt wird.
Schwankungen des unteren und oberen Grenzwertes des Span- nungssensors aufgrund von Fertigungsstreuungen werden erfindungsgemäß durch eine Kalibrierung eliminiert, so daß die Grenzwerte sicher in dem vorgesehenen Spannungsbereich zum Liegen kommen. Der Spannungssensor weist somit im Gegensatz zum Stand der Technik keine fest eingestellten Grenzwerte mehr auf, sondern konfigurierbare Grenzwerte. Die Grenzwerte werden im Fertigungstest Chip-individuell auf den vorgesehenen Grenzwert eingestellt. In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht das Kalibrier-Mittel aus einer ersten Kalibrier-Einrichtung und einer zweiten Kalibrier-Einrichtung, wobei die erste Kalibrier-Einrichtung dem ersten Vergleichsmittel und die zweite Kalibrier-Einrichtung dem zweiten Vergleichsmittel zugeordnet ist . Hierdurch wird erreicht, daß der obere und der untere Grenzwert des Spannungssensors unabhängig voneinander kalibriert werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Bewertung des oberen und unteren Grenzwertes der VersorgungsSpannung mittels eines Spannungsteilers, bestehend aus einem ersten, zweiten und dritten Widerstandselement realisiert, wobei der Spannungsteiler zwischen dem Versorgungspotentialanschluß und einem Bezugspotentialanschluß verschalten ist. Da der Spannungsteiler sowohl dem ersten als auch dem ersten Vergleichs- mittel zugeordnet ist, ergibt sich eine insgesamt besonders einfache schaltungstechnische Ausgestaltung des erfindungsge- mäßen Spannungssensors. Als Widerstandselemente werden bevorzugt Widerstände verwendet. Es sind jedoch auch andere Bauelemente, wie zum Bespiel ... , denkbar.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Spannungssensors sieht vor, daß die erste Kalibrier-Einrichtung parallel zu einem Schaltelement verschalten ist, das zwischen dem Versorgungspotentialanschluß und dem Knoten zwischen dem ersten und zweiten Widerstandselement des Spannungsteilers verschalten ist. In entsprechender Weise sieht diese Ausgestaltung vor, daß die zweite Kalibrier-Einrichtung parallel zu einem zweiten Schaltelement verschalten ist, das zwischen dem Knoten aus dem zweiten und dem dritten Widerstandselement und dem Bezugspotentialanschluß verschalten ist.
Bevorzugt weisen die erste und die zweite Kalibrier-Einrichtung jeweils eine Anzahl an Widerstandselementen mit jeweils einem dazu in Serie verschaltenen Schaltelement auf, wobei die Serienschaltungen aus Widerstandselement und Schaltelement parallel verschalten sind. Die Kalibrier-Einrichtungen sind somit derart aufgebaut, daß jeweiligen Widerstandselementen des Spannungsteilers weitere Widerstandselemente zuge- schalten werden. Hierdurch werden die an dem Spannungsteiler abfallenden Spannungen anders aufgeteilt. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, FertigungsSchwankungen, die insbesondere auf die Vergleichseinrichtungen einwirken, auszugleichen.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß nur eines der Schaltelemente jeder Kalibrier-Einrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt geschlossen ist. Durch eine geeignete Dimensionierung der Widerstandselemente ist es dann möglich, die an dem Spannungsteiler abfallenden Spannungen sehr präzise einzustellen. Denkbar wäre natürlich auch, mehrere der Schaltelemente jeder der Kalibrier-Einrichtungen zu schließen.
Weiterhin ist ein Gatter vorgesehen, das einen ersten und einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist und der erste Eingang des Gatters mit dem Ausgang der ersten Vergleichseinrichtung und der zweite Eingang des Gatters mit dem Ausgang der zweiten Vergleichseinrichtung verbunden ist und an dem Ausgang des Gatters ein Alarmsignal abgreifbar ist, wenn die erste oder die zweite Vergleichseinrichtung das erste oder das zweite Signal abgibt.
Sowohl die erste als auch die zweite Vergleichseinrichtung werden mit einer Referenzspannung beaufschlagt, welche zur Bewertung der an dem Spannungsteiler abgegriffenen Spannungen dient. Die erste und die zweite Referenzspannung der ersten und zweiten Vergleichseinrichtung können prinzipiell beliebig ausgewählt werden. Ein besonders einfacher Schaltungsaufbau ergibt sich dann, wenn die erste und die zweite Referenzspannung identisch sind. Als Referenzspannung wird bevorzugt die Bandgapspannung verwendet. Diese weist den Vorteil auf, daß sie unabhängig von FertigungsSchwankungen hochpräzise einstellbar ist. Die Erfindung schlägt somit einen Spannungssensor vor, der mit flexibel einstellbaren Grenzwerten arbeitet. Prinzipiell ist die Einstellung der Grenzwerte zum Ausgleich von Ferti- gungsSchwankungen vorgesehen. Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht es jedoch auch, daß der untere zu überwachende Grenzwert der VersorgungsSpannung, bei dem das erste Signal der Vergleichseinrichtung ausgelöst wird, flexibel einstellbar ist, je nachdem, welches Schaltelement einer der oder beider Kalibrier-Einrichtungen geschlossen ist. Unter flexibel einstellbar wird vorliegend verstanden, daß der untere Grenzwert nicht nur im Millivoltbereich, sondern beliebig einstellbar ist. Durch die Konfiguration der Kalibrier- Einrichtungen ist es somit beispielsweise möglich, den Span- nungssensor auf einen unteren Grenzwert von 1,8 V oder aber 2,7 V einzustellen. Die Einstellung kann bei der Herstellung bereits vorgegeben sein oder aber bei der Initialisierung des Spannungssensors jedes Mal von neuem bestimmt werden.
Es hat sich herausgestellt, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn der unterste zu überwachende Grenzwert der Versorgungs- Spannung 1,55 V beträgt. Die untere Grenze des Spezifikationsbereiches derzeitiger Schaltungsanordnungen liegt bei 1,62 V. Dieser Wert ergibt sich aus dem unteren Spannungswert des Betriebsbereiches von 1,8 V abzüglich einer 10-%igen maximalen Abweichung nach unten. Die GrenzSpannung, unterhalb der die Schaltungsanordnung auf keinen Fall mehr funktionsfähig sein darf, beträgt 1,5 V. Der Bereich Z, innerhalb der der untere Grenzwert des Spannungssensors liegen darf, erstreckt sich somit von 1,5 V bis 1,62 V. Bevorzugt wird der untere Grenzwert des Spannungssensors auf 1,55 V eingestellt.
Der obere zu überwachende Grenzwert der VersorgungsSpannung, bei dem das zweite Signal der Vergleichseinrichtung ausgelöst wird, liegt bevorzugt bei 6,3 V. Der erfindungsgemäße Spannungssensor schafft die Voraussetzungen für die flexible Einstellung des unteren und/oder oberen Grenzwertes des Spannungssensors. Die Nutzung dieser Flexibilität wird durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung möglich, die vorzugsweise einen Spannungssensor der oben beschriebenen Art, eine Recheneinheit und wenigstens eine nicht-flüchtige Speicher-Einrichtung umfaßt, wobei die Festlegung des unteren zu überwachenden Grenzwertes der Versorgungsspannung durch die Recheneinheit mittels Auslesen eines Wertes aus der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung vornehmbar ist. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und insbesondere das Verfahren zu deren Betrieb ist grundsätzlich mit jedem anderen Sensor möglich, dessen Grenzwert oder Grenzwerte variabel konfigurierbar ist oder sind. In der nicht- flüchtigen Speicher-Einrichtung sind folglich Werte gespeichert, die die Chip-individuelle Konfiguration des Spannungs- sensors ermöglichen. Die Konfiguration des Spannungssensors selbst erfolgt durch die Recheneinheit, welche die entsprechenden Werte aus der nicht-fluchtigen Speicher-Einrichtung ausliest und das Kalibrier-Mittel entsprechend konfiguriert. Konkret umfaßt die Kalibrierung dabei die Information, welches der Schaltelemente einer oder jeder der Kalibrier- Einrichtungen geschlossen werden muß.
Zur Erhöhung der Sicherheit der Schaltungsanordnung gegen ein Ausspionieren der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und anderer nicht näher bezeichneter Komponenten ist weiterhin ein Nur-Lese-Speicher vorgesehen, in dem ein erster Identifikations-Wert gespeichert ist. Dieser erste Identifikations- Wert dient dazu, während eines Initialisierungsprozesses abgefragt zu werden, wodurch die Funktionsfähigkeit der nicht- flüchtigen Speicher-Einrichtung überprüft werden kann. Würde die Funktionsfähigkeit als nicht gegeben eingestuft, so hätte dies Auswirkungen auf die Konfiguration des Spannungssensors. Der Begriff "Konfiguration" ist so zu verstehen, daß der untere Bereich der Betriebsanordnung dann derart festgelegt wird, daß der untere Bereich des Spannungssensors möglichst restriktiv definiert wird, da man von einem Ausspionieren ausgeht. Beispielsweise kann der Spezifikationsbereich durch geeignete Einstellung des unteren Grenzwertes beschnitten werden. Für den Fall, daß die Funktionsfähigkeit der nicht- flüchtigen Speicher-Einrichtung als positiv eingestuft wird, wird der Spannungssensor derart konfiguriert, daß er die Fertigungsschwankungen seiner Bauelemente ausgleicht und das Spezifikationsgebiet nicht beschnitten wird, aber der Funktionsbereich des Chips nicht verlassen werden kann, ohne daß der Sensor anspricht.. Der erste Identifikations-Wert wird folglich dazu verwendet, zu bestimmen, ob die Schaltungsanordnung als unteren Betriebsbereich beispielsweise 1,8 V (es wurde die Funktionsfähigkeit der nicht-fluchtigen Speicher- Einrichtung verneint) oder 2,7 V (die Funktionsfähigkeit der nicht-flüchitgen Speicher-Einrichtung ist gegeben) aufweist.
Vorzugsweise ist in dem nicht-flüchtigen Speicher ein zweiter Identifikations-Wert gespeichert, der zum Vergleich mit dem ersten Identifikations-Wert in dem Nur-Lese-Speicher dient. Stimmen beispielsweise der erste und der zweite Identifika- tions-Wert überein, so wird der untere Grenzwert des Spannungssensors auf einen ersten Wert konfiguriert . Stimmen der erste und der zweite Identifikations-Wert hingegen nicht überein, so wird der untere Grenzwert des Spannungssensors auf einen zweiten, beispielsweise über dem ersten Grenzwert liegenden Wert konfiguriert. Entsprechend ist die Konfiguration des oberen Grenzwertes des Spannungssensors möglich.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Schal- tungsanordnung weiterhin einen Watchdog-Timer auf, der die
Funktionsfähigkeit der Recheneinheit und der wenigstens einen nicht-fluchtigen Speicher-Einrichtung überprüft und im Falle einer Fehlfunktion eine Initialisierung der Schaltungsanordnung veranlaßt. Die Aufgabe des Watchdog-Timers ist es, die Konfiguration des Spannungssensors der Schaltungsanordnung erst dann zuzulassen, wenn die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit, die ja die Konfiguration des Spannungssensors vor- nehmen soll, und der wenigstens einen nicht-fluchtigen Speicher-Einrichtung überprüft ist. Die Bezeichnung "Timer" implementiert bereits, daß diese Überprüfung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne zu erfolgen hat. Wird innerhalb dieser Zeitspanne nicht die korrekte Funktionsfähigkeit der Recheneinheit und der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung an den Watchdog-Timer gemeldet, so wird ein Anhalten oder eine Initialisierung, zum Beispiel ein Reset, der Schaltungsanordnung veranlaßt .
Vorzugsweise sind die Recheneinheit und der Watchdog-Timer mit einer Taktsignalleitung verbunden, wobei der Watchdog- Timer bei jedem Taktschlag von einem vorgegebenen Zählerstand dekrementiert wird und beim Erreichen eines weiteren vorgege- benen Zählerstandes die Initialisierung der Schaltungsanordnung veranlaßt .
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Watchdog-Timer aus Bauelementen besteht, die auch bei einer Versorgungsspannung unterhalb des untersten Grenzwertes der VersorgungsSpannung funktionsf hig sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Konfiguration der Schaltungsanordnung umfaßt die Konfiguration des untersten zu überwachenden Grenzwertes der Versorgungsspannung Chipindividuell nach der Fertigung der Schaltungsanordnung, wobei die Konfiguration die Kalibrierung des Spannungssensors umaßt. Die Chip-individuelle Konfiguration erfolgt hierbei durch aufeinanderfolgendes Aktivieren, das heißt Schließen, eines der Schaltelemente einer der oder beider Kalibrier-Einrichtungen, wobei beim Erreichen des gewünschten untersten Grenzwertes in der nicht-fluchtigen Speicher-Einrichtung ein das betreffende Schaltelement einer der oder beider Kalibrier-Einrichtungen repräsentierender Wert gespeichert wird. Die Kalibrierung der SpannungsSensoren ist folglich damit abgeschlossen, daß ein das betreffende Schaltelement repräsentierender Wert in der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung abgelegt wird. Dieser Wert ist bei jeder Initialisierung der Schaltungsanordnungen durch die Recheneinheit aufrufbar. Die Recheneinheit veranlaßt sodann, daß das dem Wert entsprechende Schaltelement der betreffenden Kalibrier-Einrichtung ge- schlössen wird, wodurch der Spannungssensor konfiguriert ist.
Die Konfiguration der Sehaltungsanordnung umfaßt weiterhin das Einspeichern des zweiten Identifikations-Wertes in dem nicht-flüchtigen Speicher. Das Einspeichern des ersten Iden- tifikations-Wertes in dem Nur-Lese-Speicher erfolgt durch eine Masken-Programmierung dieses Speichers bereits während der Fertigung. Wird die zweite Identifikations-Wert in dem nichtflüchtigen Speicher derart gewählt, daß er dem ersten Identifikations-Wert in dem Nur-Lese-Speicher entspricht, so wird hierdurch bereits festgelegt, auf welchen unteren Grenzwert der Spannungssensor bei der Initialisierung einstellbar ist.
Das Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung umfaßt folgende Schritte :
- in einer ersten Phase wird die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit und des Nur-Lese-Speichers überprüft,
- in einer zweiten Phase wird der erste Identifikations-Wert in dem Nur-Lese-Speicher mit dem zweiten Identifikations- Wert aus dem nicht-fluchtigen Speicher in der Recheneinheit verglichen, wobei bei einer Übereinstimmung des ersten und des zweiten Identifikations-Wertes der den untersten Grenzwert der VersorgungsSpannung repräsentierende Wert aus dem nicht-flüchtigen Speicher zur Konfiguration des Spannungssensors gelesen wird.
Unter dem Begriff des "untersten Grenzwertes" wird hierbei verstanden, daß dieser dem unteren Grenzwert des Spannungs- sensors entspricht, welcher niedrigstenfalls eingestellt werden kann. Da der Begriff des "unteren Grenzwertes" einen flexibel einstellbaren Wert bezeichnet, stellt der unterste Grenzwert den äußersten unteren Grenzwert, bei dem der Spannungssensor ansprechen muß, dar. Der unterste Grenzwert wird deshalb meist in der Nähe von Vgrenz liegen.
Das beschriebene Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung beinhaltet folglich, daß bei einer Übereinstimmung des ersten und zweiten Identifikations-Wertes der äußerst mögliche untere Grenzwert im Spannungssensor konfiguriert wird, da dann von der korrekten Funktionsfähigkeit der nicht- flüchtigen Speicher-Einrichtung ausgegangen wird. Stimmen der erste und der zweite Identifikations-Wert des Spannungssensors jedoch nicht überein, so wird der Spannungssensor auf einen unteren Grenzwert konfiguriert, der über dem untersten Spannungswert liegt, da in diesem Fall ein Ausspionieren der Schaltungsanordnung (und eventuell weiterer Komponenten) unterstellt wird. Die Nicht-Übereinstimmung des ersten und zweiten Konfigurationswertes läßt nämlich auf die NichtFunktion der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung schließen.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren sieht weiterhin vor, daß in der ersten Phase der Watchdog-Timer von einem ersten vorgegebenen Zählwert bis zu einem Überlauf zählt, wobei die Recheneinheit die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit und des Nur-Lese-Speichers bis zum Erreichen des Überlaufs dem Watchdog-Timer gemeldet haben muß. Durch diesen Verfahrens- schritt wird sichergestellt, daß nicht ein Angreifer durch Störung der Code-Abarbeitung der Recheneinheit verhindert, daß der Spannungssensor korrekt initialisiert wird.
Weiterhin ist vorgesehen, daß in der zweiten Phase der
Watchdog-Timer von einem zweiten vorgegebenen Zählwert bis zu einem Überlauf zählt, wobei die Recheneinheit die Konfiguration des Spannungssensors bis zum Erreichen des Überlaufs dem Watchdog-Timer gemeldet haben muß. Hierdurch wird eine zweite Barriere für einen potentiellen Angreifer aufgebaut. Für die Konfiguration des Spannungssensors ist nämlich nur eine begrenzte, durch den Watchdog-Timer vorgegebene Zeit vorgese- hen. Erfolgt die Konfiguration des Spannungssensors nicht innerhalb des vorgegebenen Zeitraumes, so erfolgt ein Initialisieren der Schaltungsanordnung durch den Watchdog-Timer. Bevorzugt ist das Zählen des Watchdog-Timers ein Dekrementie- ren ist und der zweite Zählwert während der zweiten Phase größer ist als der erste Zählwert während der ersten Phase.
Es ist weiterhin vorgesehen, daß nach dem erfolgreichen Durchlaufen der zweiten Phase der Watchdog-Timer in der drit- ten Phase inaktiv geschalten wird und sodann keine Initialisierung der Schaltungsanordnung mehr auslösen kann. Es versteht sich von selbst, daß die zweite Phase nur dann durchlaufen werden kann, wenn die erste Phase erfolgreich abgeschlossen wurde.
Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Spannungssensors,
Figur 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Figur 3 eine Darstellung der der Erfindung zugrundeliegenden Problematik,
Figur 4 ein Flußdiagramm, anhand dem die Konfiguration der Schaltungsanordnung nachvollzogen werden kann, und
Figur 5 ein Flußdiagramm, anhand dem der Betrieb der Schal - tungsanordnung nachvollzogen werden kann.
Die Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Spannungssensors . Zwischen einem Versorgungspotentialanschluß 1, an dem ein Versorgungspotential VDD anliegt, und einem Bezugspotentialanschluß 2 ist ein Spannungsteiler, bestehend aus den drei Widerstandselementen Rll, R2 , R31, angeordnet. Ein erster Komparator 10 ist mit seinem ersten Eingang 12 mit dem Knoten zwischen dem ersten Widerstandselement Rll und dem zweiten Widerstandselement R2 verbunden. Der zweite Eingang 13 des ersten Komparators 10 ist mit einer Referenzspannung VREF beaufschlagt. In entsprechender Weise ist ein erster Eingang 22 eines zweiten Komparators 20 mit dem Referenzpotential VREF beziehungsweise mit dem zweiten Eingang 13 des ersten Komparators 10 verbunden. Die Referenzspannung VREF ist vorzugsweise die Bandgap-Spannung. Ein zweiter Eingang 23 des zweiten Komparators 20 ist mit einem Knoten des zweiten Widerstandselementes R2 und des dritten Widerstandselement R31 verbunden. Ein Ausgang 14 des ersten Komparators 10 ist mit einem ersten Eingang 41 eines Gatters 40 verbunden. In entsprechender Weise ist ein Ausgang 24 des zweiten Komparators 20 mit einem zweiten Eingang 42 des Gatters 40 verbunden. Am Ausgang 43 des Gatters 40 kann ein Alarmsignal 44 abgegriffen werden.
Das Prinzip des Spannungssensors beruht auf dem Vergleich einer Teilspannung der externen VersorgungsSpannung VDD mit der Referenzspannung. Diese Teilspannung der VersorgungsSpannung wird über den, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ohmschen Spannungsteiler erzeugt. Der erste Komparator 10 überwacht den unteren Grenzwert der VersorgungsSpannung, während der zweite Komparator 20 den oberen Grenzwert der Versorgungs- Spannung überwacht . Sinkt die Spannung an dem ersten Eingang 12 des ersten Komparators 10 unter die Referenzspannung VREF an, so wird an dem Ausgang 14 ein erstes Signal 11 dem Gatter 40 zugeführt. Das Gatter 40 ist als Oder-Gatter ausgeführt, so daß an dem Ausgang 43 ein Alarm-Signal anliegt. Analog hierzu ist das Alarm-Signal 44 auch dann abgreifbar, wenn die an dem zweiten Eingang 23 des zweiten Komparators 20 anliegende Spannung die Referenzspannung VREF an dem ersten Ein- gang 22 übersteigt. Da die Offset-Spannungen der Komparatoren 10, 20 direkt in die Schaltschwellen mit eingehen und diese Offset-Spannungen von Prozeß-Schwankungen bei der Herstellung abhängen, sieht die Erfindung vor, die Schaltschwelle, das heißt den unteren Grenzwert des Spannungssensors einstellbar zu realisieren. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem einzigen durch die Variation der Schaltschwelle des ersten Komparators 10 auch die Schaltschwelle des zweiten Komparators 20 verschoben würde, muß auch die Schaltschwelle des zweiten Komparators 20 mit verändert werden. Hierzu ist das Kalibrier-Mittel 30 vorgesehen, das parallel zu dem Spannungsteiler angeordnet ist. Das Kalibrier-Mittel 30 weist zu diesem Zweck zwei Kalibrier- Einrichtungen 31, 32 auf. Die Kalibrier-Einrichtung 31 ist hierbei dem ersten Komparator 10, der den unteren Grenzwert des Spannungssensors überwacht, zugeordnet. In entsprechender Weise ist die Kalibrier-Einrichtung 32 dem zweiten Komparator 20, der den oberen Grenzwert des Spannungssensors überwacht, zugeordnet .
Die beiden Kalibrier-Einrichtungen 31, 32 sind identisch aufgebaut. Jede Kalibrier-Einrichtung besteht aus einer Parallelschaltung aus Widerstandselementen R12 , ... Rln, wobei jedem der Widerstandselemente ein Schaltelement S12, ... Sin in Serie geschalten ist. Die Kalibrier-Einrichtung 31 ist einem Schaltelement Sll parallel geschalten. Das Schaltelement Sll ist zwischen dem Versorgungspotentialanschluß 1 und dem ersten Widerstandselement Rll verschalten. Analog hierzu ist die zweite Kalibrier-Einrichtung 32 einem Schaltelement S31 parallel geschalten. Das Schaltelement S31 ist zwischen dem dritten Widerstandselement 31 und dem Bezugspotentialanschluß 2 gelegen.
Zur Kalibrierung des Spannungssensors, genauer zum Bereinigen der Offset-Spannungen der ersten und zweiten Komparatoren 10, 20, werden ein oder mehrere Widerstandselemente R12, ... Rln beziehungsweise R32, ... R3n in den Spannungsteiler "integriert" . Bei geeigneter Dimensionierung der Widerstandsele- mente R12, ... Rln beziehungsweise R32, ... R3n ist es ausreichend, jeweils lediglich ein Widerstandselement zu aktivieren und somit die TeilSpannungen des Spannungsteilers zu variieren. In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine ausrei- chende Genauigkeit mit acht Widerstandselementen je Kalibrier-Einrichtung erzielt wird.
Die Dimensionierung der Widerstandselemente der Kalibrier- Einrichtungen 31, 32 ist dabei dergestalt, daß die durch Pro- zeß-Schwankungen hervorgerufenen Offset-Schwankungen der Komparatoren 10, 20 egalisiert werden können. Eines der Widerstandselemente der Kalibrier-Einrichtungen 31, 32 wird vorzugsweise derart dimensioniert, daß bei dessen Aktivierung (das bedeutet, der in Serie geschaltene Schalter ist ge- schlössen) der untere zu überwachende Grenzwert der Versorgungsspannung signifikant verschoben werden kann. Ist der Spannungssensor derart dimensioniert, daß der untere Grenzwert beispielsweise auf 1,8 V ausgelegt ist, so wird der Spannungssensor bei Aktivierung des letztgenannten Wider- Standselementes mit einem unteren Grenzwert von 3 V betrieben. Der Spannungssensor kann dann in Schaltungsanordnungen eingesetzt werden, die grundsätzlich verschiedene Spezifikationsbereiche aufweisen. Im Zusammenhang mit der Beschreibung des Betriebsverfahrens des in eine Schaltungsanordnung inte- grierten Spannungssensors wird dieses Funktionsmerkmal besser verständlich werden.
Figur 2 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die den aus Figur 1 be- schriebenen Spannungssensor umfaßt. Der Spannungssensor 100 ist, wie bereits in Figur 1 beschrieben, zwischen einem Versorgungspotentialanschluß 1 und einem Bezugspotentialanschluß 2 verschalten. Der Ausgang 43 des Gatters des Spannungssensors 100 ist über eine Signalleitung 116 mit einer Rechenein- heit 110 verbunden. Für den Fall, daß der Spannungssensor 100 eine Über- oder Unterspannung detektiert, wird ein Alarmsignal 44 an die Recheneinheit 110 übermittelt, wodurch diese die Schaltungsanordnung beispielsweise in einen gesicherten Zustand verbringt oder aber ein Reset-Signal auslöst. Auf welche Weise die Recheneinheit 110 auf das Alarmsignal 44 reagiert, ist prinzipiell beliebig und für die Erfindung nicht wesentlich. Über eine Signalleitung 113 ist ein Nur- Lese-Speicher 130 mit der Recheneinheit 110 verbunden. In dem Nur-Lese-Speicher 130 ist ein erster Identifikations-Wert eingespeichert. Mit der Recheneinheit 110 ist eine nichtflüchtige Speicher-Einrichtung 120 über eine Signalleitung 112 verbunden. In der nicht-fluchtigen Speicher-Einrichtung
120 ein zweiter Identifikations-Wert abgelegt. Darüber hinaus ist ein Watchdog-Timer 140 vorgesehen, der über eine Signalleitung 114 mit der Recheneinheit 110, über eine Signalleitung 116 mit dem Nur-Lese-Speicher und über eine Signallei- tung 115 mit der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung 120 verbunden ist. Sowohl der Watchdog-Timer 140 als auch die Recheneinheit 110 sind über eine Taktsignalleitung 150 mit einem Taktsignal CLK beaufschlagt.
Der Watchdog-Timer 140 erhöht die Sicherheit der Schaltungs- anordnung gegen ein unerwünschtes Ausspionieren. In einem ersten Schritt überprüft der Watchdog-Timer, ob die Recheneinheit 110 und der Nur-Lese-Speicher funktionsfähig sind. Ist dies nicht der Fall, so wird ein Neustart oder eine Initiali- sierung, zum Beispiel ein Reset der Schaltungsanordnung durch den Watchdog-Timer veranlaßt. Ist die Funktionsfähigkeit der beiden genannten Komponenten überprüft, so wird die Konfiguration des Spannungssensors durch die Recheneinheit 110 vorgenommen. Zu diesem Zweck liest die Recheneinheit 110 aus der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung 120 Konfigurationswerte, wodurch die Kalibrier-Einrichtungen 31, 32 konfiguriert werden. Die Konfiguration umfaßt dabei, welche der Widerstandselemente R12, ... Rln beziehungsweise R32, ... R3n in den Spannungsteiler "integriert" werden müssen.
Diese Konfiguration kann von Schaltungsanordnung zu Schal - tungsanordnung unterschiedlich sein, da herstellungsbedingte Schwankungen unterschiedliche TeilSpannungen des Spannungsteilers bedingen. Aus diesem Grunde wird nach der Herstellung der Schaltungsanordnung individuell ermittelt, welche der Widerstände der Kalibrier-Einrichtungen in den Spannungsteiler geschalten werden müssen. Zu diesem Zweck werden die Schaltelemente jeder Kalibrier-Einrichtung aufeinanderfolgend geschlossen und durch Anlegen einer variablen VersorgungsSpannung an dem Versorgungspotentialanschluß 1 der untere Grenzwert ermittelt . Nachdem der gewünschte untere Grenzwert er- reicht wurde, wird ein dem Widerstandselement entsprechender Wert in dem nicht-fluchtigen Speicher 120 abgelegt. Dieser Wert wird für jede Konfiguration des Spannungssensors 100 herangezogen.
Das in Figur 4 gezeigte Blockschaltbild veranschaulicht diesen Vorgang nochmals. Während der Fertigung der Schaltungsanordnung wird ein erster Identifikationswert in den Nur-Lese- Speicher 140 der Schaltungsanordnung eingespeichert. Das Einspeichern des ersten Identifikations-Wertes kann dabei als Masken-Programmierung des Nur-Lese-Speichers realisiert sein.
Nach der Fertigstellung der Schaltungsanordnung findet die Chip-individuelle Konfiguration des untersten zu überwachenden Grenzwertes der VersorgungsSpannung statt. Dieser Verfahrensschritt umfaßt das aufeinanderfolgende Aktivieren jedes Schaltelementes einer Kalibrier-Einrichtung. Nachdem das Widerstandselement ausfindig gemacht wurde, bei dem die Offset- Schwankung des zugeordneten Komparators egalisiert werden konnte, wird ein diesem Widerstands-Element entsprechender Wert in dem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt. Hierauf er- folgt das Einspeichern eines zweiten Identifikationswertes in den nicht-flüchtigen Speicher. Mit diesem Verfahrensschritt ist die Konfiguration des den erfindungsgemäßen Spannungssensor umfassenden Schaltungsanordnung abgeschlossen.
Das Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die den beschriebenen Spannungssensor umfaßt, ist in Figur 5 dargestellt . Mit dem Anlegen einer Versorgungsspan- nung an den Versorgungspotentialanschluß wird ebenfalls ein Taktsignal an die Taktsignalleitung 150 (Figur 2) angelegt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Watchdog-Timer von einem ersten Zählwert mit jedem Taktschlag um 1 bis zu einem Überlauf zu dekrementieren. Alternativ könnte der Watchdog-Timer natürlich auch beginnend von 0 bis zu einem vorgegebenen Zähl- wert inkrementieren. Während des Zählvorganges des Watchdog- Timers liest die Recheneinheit 110 Werte aus dem Nur-Lese- Speicher 140 aus. Falls das Auslesen von Daten nicht möglich ist, findet eine Initialisierung der Schaltungsanordnung durch den Watchdog-Timer statt. Im Falle eines korrekten Auslesens von Daten aus dem Nur-Lese-Speicher meldet die Recheneinheit dem Watchdog-Timer die korrekte Funktion. Erfolgt die Meldung nach dem Überlauf des Watchdog-Timers, findet eben- falls eine Initialisierung der Schaltungsanordnung statt. Erfolgt die Meldung hingegen innerhalb des Zählvorganges des Watchdog-Timers, so ist die erste Phase erfolgreich abgeschlossen.
In der zweiten Phase beginnt der Watchdog-Timer von einem zweiten Zählwert mit jedem Taktschlag um 1 bis zu einem Überlauf zu dekrementieren. Auch in diesem Fall kann der Überlauf als 0 definiert sein. Mit dem Beginn des ZählVorganges wird der erste Identifikations-Wert aus dem Nur-Lese-Speicher aus- gelesen. Weiterhin findet ein Auslesen des zweiten Identifikations-Wertes aus dem nicht-fluchtigen Speicher statt. Der erste und der zweite Identifikations-Wert werden miteinander verglichen. Stimmen diese beiden Werte überein, so wird der Spannungssensor auf den untersten Grenzwert Samec: welcher aus dem nicht-fluchtigen Speicher gelesen wird, konfiguriert, da von einem korrekt arbeitendem nichtflüchtigen Speicher ausgegangen wird. Entspricht der erste Identifikations-Wert nicht dem zweiten Identifikations-Wert, so wird der Spannungssensor auf einen unteren Grenzwert kon- figuriert, der über dem untersten Grenzwert liegt, da ein
Ausspionieren unterstellt wird. Nach der erfolgreichen Konfiguration des Spannungssensors meldet die Recheneinheit dem Watchdog-Timer dessen Konfiguration. Nur wenn die Meldung vor dem Überlauf des Watchdog-Timers erfolgt ist, wird der Watchdog-Timer deaktiviert. Die Deaktivierung wird als dritte Phase bezeichnet. Erfolgt die Meldung nicht oder nach dem Überlauf, so wird eine Initialisierung der Schaltungsanordnung durch den Watchdog-Timer veranlaßt oder die Schaltung angehalten.
Bezugszeichenliste
1 Versorgungspotentialanschluß
2 Bezugspotentialanschluß
10 Komparator
11 Erstes Signal
12 Erster Eingang
13 Zweiter Eingang 14 Ausgang
20 Komparator
21 Erstes Signal
22 Erster Eingang 23 Zweiter Eingang
24 Ausgang
30 Kalibrier-Mittel
31 Kalibrier-Einrichtung 32 Kalibrier-Einrichtung
40 Gatter
41 Erster Eingang
42 Zweiter Eingang 43 Ausgang
44 Alarm-Signal
100 Spannungssensor
110 Recheneinheit 111, ... 116 Signal- oder Busleitung
120 nicht -flüchtiger Speicher
130 Nur-Lese-Speicher
140 Watchdog-Timer
150 Taktsignalleitung
VDD VersorgungsSpannung
Vref Referenzspannung Rll ... Rln Widerstandselement
R31 . .. R3n Widerstandselement
Sll . .. Sin Schaltelement
S31 . .. S3n Schaltelement

Claims

Patentansprüche
1. Spannungssensor zur Überwachung einer an einem Versorgungspotentialanschluß (1) anliegenden VersorgungsSpannung auf einen oberen und einen unteren Grenzwert (Voben, Vunten) , umfassend:
- ein erstes Vergleichsmittel (10) , das die VersorgungsSpannung (VDD) auf den unteren Grenzwert (Vunten) durch Bewertung mit einer ersten Referenzspannung (Vref) vergleicht und bei Unterschreiten ein erstes Signal (11) abgibt,
- ein zweites Vergleichsmittel (20) , das die Versorgungsspannung (VDD) auf den oberen Grenzwert (Voben) durch Bewertung mit einer zweiten Referenzspannung (Vref) vergleicht und bei Überschreiten ein zweites Signal (21) abgibt,
- ein Kalibrier-Mittel (30) , das mit dem ersten und dem zweiten Vergleichsmittel (10, 20) gekoppelt ist und eine Kali- brierung des ersten und/oder des zweiten Vergleichsmittels
(10, 20) ermöglicht, indem die zu bewertende VersorgungsSpannung (VDD) erhöht oder erniedrigt wird.
2. Spannungssensor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Kalibrier-Mittel aus einer ersten Kalibrier-Einrichtung (31) und einer zweiten Kalibrier-Einrichtung (32) besteht, wobei die erste Kalibrier-Einrichtung (31) dem ersten Vergleichsmittel (10) und die zweite Kalibrier-Einrichtung (32) dem zweiten Vergleichsmittel (20) zugeordnet ist.
3. Spannungssensor nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bewertung des oberen und unteren Grenzwertes der Versor- ungsspannung (Voben, Vunten) mittels eines Spannungsteilers, bestehend aus einem ersten, zweiten und dritten Widerstandselement (Rll, R2, R31) , realisiert ist, wobei der Spannungs- teuer zwischen dem Versorgungspotentialanschluß (1) und einem Bezugspotentialanschluß (2) verschalten ist,.
4. Spannungssensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Kalibrier-Einrichtung (31) parallel zu einem ersten Schaltelement (311) verschalten ist, das zwischen dem Versorgungspotentialanschluß (1) und dem Knoten zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandselement (Rll, R2) des Spannungs- teilers verschalten ist.
5. Spannungssensor nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweite Kalibrier-Einrichtung (32) parallel zu einem zwei- ten Schaltelement (S31) verschalten ist, das zwischen dem Knoten aus dem zweiten und dem dritten Widerstandselement (R2, R31) und dem Bezugspotentialanschluß (2) verschalten ist .
6. Spannungssensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste und die zweite Kalibrier-Einrichtung (31, 32) jeweils eine Anzahl an Widerstandselementen (R12, ... Rln; R32, ... R3n) mit jeweils einem dazu in Serie verschaltenes Schal- telement (S12, ... Sin, S32, ... S3n) aufweisen, wobei die Serienschaltungen aus Widerstandselement und Schaltelement parallel verschalten sind.
7. Spannungs sensor nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß nur eines der Schaltelemente (S12, ... Sin; S32, ... S3n) jeder Kalibrier-Einrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt geschlossen ist.
8. Spannungssensor nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß daß das erste oder zweite Schaltelement (Sll, S31) nur dann geschlossen (leitend) ist, wenn keines der Schaltelemente (S12, ... Sin, S32, ... S3n) der parallel geschaltenen Kalibrier-Einrichtung (31, 32) geschlossen ist.
9. Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das erste und das zweite Vergleichsmittel (10, 20) als erste und zweite Komparatoren ausgeführt sind, die jeweils einen ersten (invertierenden) (12, 22) und einen zweiten (nicht- invertierenden) Eingang (13, 23) und einen Ausgang (14, 24) aufweisen.
10. Spannungssensor nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste Eingang (12) des ersten Komparators mit dem Knoten des ersten und zweiten Widerstandes (Rll, R2) des Spannungsteilers verbunden ist.
11. Spannungssensor nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Eingang (22) des zweiten Komparators mit dem Knoten des zweiten und dritten Widerstandes (R2 , R31) des Spannungsteilers verbunden ist.
12. Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Gatter (40) vorgesehen ist, das einen ersten und einen zweiten Eingang (41, 42) und einen Ausgang (43) aufweist und der erste Eingang des Gatters mit dem Ausgang der ersten Vergleichseinrichtung (14) und der zweite Eingang des Gatters mit dem Ausgang der zweiten Vergleichseinrichtung (24) verbunden ist und an dem Ausgang des Gatters ein Alarmsignal (44) abgreifbar ist, wenn die erste oder die zweite Ver- gleichseinrichtung (10, 20) das erste oder das zweite Signal (11, 21) abgibt.
13. Spannungs sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste und die zweite Referenzspannung identisch sind.
14. Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Referenzspannung die Bandgap -Spannung ist.
15. Spannungs sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der untere zu überwachende Grenzwert (Vunten) der Versorgungsspannung, bei dem das erste Signal (11) der ersten Vergleichseinrichtung (10) ausgelöst wird, flexibel einstellbar ist, je nachdem, welches Schaltelement (S12, ... Sin; S32, ... S3n) einer der oder beider Kalibrier-Einrichtungen (31, 32) geschlossen (leitend) ist.
16. Spannungssensor nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der unterste zu überwachende Grenzwert der VersorgungsSpannung 1,55 V beträgt.
17. Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der obere zu überwachende Grenzwert der VersorgungsSpannung 6,3 V ist, bei dem das zweite Signal der Vergleichseinrichtung ausgelöst wird.
18. Schaltungsanordnung, umfassend - einen Sensor (100) , dessen Grenzwert oder Grenzwerte variabel konfigurier bar ist oder sind,
- eine Recheneinheit (110) ,
- wenigstens eine nicht-flüchtige Speicher-Einrichtung (120) , wobei der die Festlegung des unteren zu überwachenden Grenz- wertes der VersorgungsSpannung durch die Recheneinheit (110) durch Auslesen eines Wertes aus der nicht-fluchtigen Speichereinrichtung vornehmbar ist.
19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß weiterhin ein Nur-Lese-Speicher (130) vorgesehen ist, in dem ein erster Identif ikations— Wert gespeichert ist.
20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18 oder 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in dem nicht-fluchtigen Speicher (120) ein zweiter Identifi- kations—Wert gespeichert ist, der zum Vergleich mit dem ersten Identifikations-Wert in dem Nur-Lese-Speicher (130) dient .
21. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß weiterhin ein Watchdog-Timer (140) vorgesehen ist, der die Funktlonsfähigkeit der Recheneinheit (110) und der wenigstens einen nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung (120) überprüft und im Falle einer Fehlfunktion eine Initialisierung der Schaltungsanordnung veranlaßt.
22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Recheneinheit (110) und der Watchdog-Timer (140) mit ei- ner Taktsignalleitung (150) verbunden sind, der Watchdog- Timer (140) bei jedem Taktschlag von einem vorgegebenen Zählerstand dekrementiert wird und beim Erreichen eines weiteren vorgegebenen Zählerstandes die Initialisierung der Schaltunganordnung veranlaßt .
23. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21 oder 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Watchdog-Timer (140) aus Bauelementen besteht, die auch bei einer Versorgungsspannung unterhalb des untersten Grenz- wertes der VersorgungsSpannung funktionsfähig sind.
24. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist.
25. Verfahren zur Konfiguration einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, bei dem die Konfiguration des untersten zu überwachenden Grenzwertes der VersorgungsSpannung Chip-individuell nach der Fertigung der Schaltungsanordnung erfolgt, wobei die Konfiguration die Kalibrierung des Spannungssensors (100) umfaßt.
26. Verfahren nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Chip-individuelle Konfiguration durch aufeinanderfolgen- des Aktivieren, das heißt Schließen, eines der Schaltelemente (S12, ... Sin; S32, ... S3n) einer der oder beider Kalibrier- Einrichtungen (31, 32) erfolgt, wobei beim Erreichen des gewünschten untersten Grenzwertes in der nicht-fluchtigen Spei- cher-Einrichung (120) ein das betreffende Schaltelement (S12, ... Sin; S32, ... S3n) einer der oder beider Kalibrier- Einrichtungen (31, 32) repräsentierender Wert gespeichert wird.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in dem nicht-fluchtigen Speicher (120) ein zweiter Identifi- kations-Wert gespeichert wird.
28. Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung nach ei- nem der Ansprüche 18 bis 24, bei dem
- in einer ersten Phase die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit (110) und des Nur-Lese-Speichers (130) überprüft wird,
- in einer zweiten Phase der erste Identifikationswert in dem Nur-Lese-Speicher (130) mit dem zweiten Identifikationswert aus dem nicht-fluchtigen Speicher in der Recheneinheit (110) verglichen wird, wobei bei einer Übereinstimmung des ersten und zweiten Identifiktionswertes der den untersten Grenzwert der VersorgungsSpannung repräsentierende Wert aus dem nichtflüchtigen Speicher (120) zur Konfiguration des Spannungssen- sors (100) gelesen wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der ersten Phase der Watchdog-Timer (140) von einem ersten vorgegebenen Zählwert bis zu einem Überlauf zählt, wobei die Recheneinheit (110) die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit (110) und des Nur-Lese-Speichers (120) bis zum Erreichen des Überlaufs dem Watchdog-Timer (140) gemeldet haben muß.
30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der zweiten Phase der Watchdog-Timer (140) von einem zweiten vorgegebenen Zählwert bis zu einem Überlauf zählt, wobei die Recheneinheit (110) die Konfiguration des Spannungssen- sors (100) bis zum Erreichen des Überlaufs dem Watchdog-Timer (140) gemeldet haben muß.
31. Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Nicht-Melden der Recheneinheit (110) bis zu dem Überlauf des Watchdog-Timers (140) ein Anhalten oder Initialisieren der Schaltungsanordnung durch den Watchdog-Timer (140) zur Folge hat .
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei einer Nicht-Übereinstimmung des ersten und des zweiten Identifiktationswertes der Spannungssensor (100) auf einen unteren Grenzwert konfiguriert wird, der über dem untersten Spannungswert liegt.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 32, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß nach dem erfolgreichen Durchlaufen der zweiten Phase der Watchdog-Timer (140) in der dritten Phase inaktiv geschalten wird und keine Initialisierung der Schaltungsanordnung mehr auslösen kann.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2128988A1 (de) * 2008-05-28 2009-12-02 Moeller GmbH Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Eingangs eines Mikrocontrollers
EP2161592A1 (de) * 2008-09-04 2010-03-10 Sick Ag Optoelektronischer Sensor

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008018642B4 (de) 2008-04-11 2017-02-23 Eaton Industries Gmbh Überwachungsschaltung und Verfahren zum Prüfen der Schaltung
WO2016017309A1 (ja) * 2014-08-01 2016-02-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 電圧検出装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4634971A (en) * 1982-09-30 1987-01-06 Ford Motor Company Portable hand-held voltage sensor with manually adjustable reference voltage for comparison with sensed voltage
EP0277468A1 (de) * 1987-01-09 1988-08-10 FIAT AUTO S.p.A. Verfahren und Gerät zur Feststellung und Anzeige von Zündungsanomalien beim Betrieb von Zündsystemen von Verbrennungsmaschinen, insbesondere für mit einem Katalysator ausgestattete Motorfahrzeuge
US5532602A (en) * 1993-06-22 1996-07-02 Asulab S.A. Diagnostic circuit and method for amperometrically determining the current passing through a sensor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2577323B1 (fr) * 1985-02-08 1988-06-24 Framatome Sa Procede de selection d'un signal acoustique et dispositif de selection correspondant
JP3031649B2 (ja) * 1993-05-07 2000-04-10 三菱電機株式会社 Ｘ線プロテクタ装置
DE19601804A1 (de) * 1996-01-19 1997-07-24 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer elektronischen Recheneinheit
FR2772923B1 (fr) * 1997-12-23 2000-03-17 Sextant Avionique Circuit electronique de surveillance de tension electrique

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4634971A (en) * 1982-09-30 1987-01-06 Ford Motor Company Portable hand-held voltage sensor with manually adjustable reference voltage for comparison with sensed voltage
US4634971B1 (de) * 1982-09-30 1989-01-24
EP0277468A1 (de) * 1987-01-09 1988-08-10 FIAT AUTO S.p.A. Verfahren und Gerät zur Feststellung und Anzeige von Zündungsanomalien beim Betrieb von Zündsystemen von Verbrennungsmaschinen, insbesondere für mit einem Katalysator ausgestattete Motorfahrzeuge
US5532602A (en) * 1993-06-22 1996-07-02 Asulab S.A. Diagnostic circuit and method for amperometrically determining the current passing through a sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2128988A1 (de) * 2008-05-28 2009-12-02 Moeller GmbH Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Eingangs eines Mikrocontrollers
EP2161592A1 (de) * 2008-09-04 2010-03-10 Sick Ag Optoelektronischer Sensor

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