WO2007017405A1 - Mikrochip zur überwachung einer elektrischen baugruppe - Google Patents

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WO2007017405A1
WO2007017405A1 PCT/EP2006/064789 EP2006064789W WO2007017405A1 WO 2007017405 A1 WO2007017405 A1 WO 2007017405A1 EP 2006064789 W EP2006064789 W EP 2006064789W WO 2007017405 A1 WO2007017405 A1 WO 2007017405A1
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WO
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microchip
monitoring
voltage
supply voltage
unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/064789
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Hahn
Rainer Siess
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US12/063,462 priority Critical patent/US20100185888A1/en
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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C11/00—Arrangements, systems or apparatus for checking, e.g. the occurrence of a condition, not provided for elsewhere

Definitions

  • the invention relates to a microchip for monitoring an electrical assembly.
  • electrical assemblies eg in the technical field of machine tools, production machines, elevators, cranes and / or robots
  • safety-related functions eg according to the standard EN 61508, in addition to a voltage monitoring means for voltage monitoring of the supply voltage, a watchdog unit for monitoring a Program sequence of a micro-processor located on the module and a reset means for resetting the Mikropro ⁇ zessors in under- and / or overvoltage and a switching means for switching off the power supply, for example, an overvoltage required.
  • the invention has for its object to reduce the space requirement of circuits for the realization of safety-related functions for monitoring an electrical assembly. This object is achieved by a micro chip for surveil ⁇ monitoring an electrical component, wherein said microchip,
  • a voltage monitoring means for monitoring a supply voltage of the module
  • a watchdog unit for monitoring a program sequence of a microprocessor.
  • a first advantageous embodiment of the invention is characterized in that the microchip has an internal switching means for switching off the supply voltage of the module.
  • the microchip may have a drive output for driving an external switching means for switching off the supply voltage of the module. This makes it possible that, in particular, when large switching powers are necessary, an external GmbHmit ⁇ tel can be connected to the microchip.
  • the external switching means is designed as a semiconductor switch or as electromagnetic ⁇ shear switch.
  • An embodiment of the switching ⁇ means as a semiconductor switch or as an electromagnetic switch represent commercial training a Wegmit ⁇ means is.
  • the microchip it proves to be advantageous for the microchip to have a reset means for resetting the microprocessor in the event of undervoltage of the supply voltage. This ensures that at an undervoltage of the supply voltage of the microprocessor is reset and remains in the reset state, as long as the undervoltage stops.
  • the voltage ⁇ monitoring means monitors the supply voltage to both an overvoltage and an undervoltage. Consequently it is ensured that the module is monitored for both an under ⁇ voltage and an overvoltage.
  • the microchip has an input for setting a lower and / or an upper voltage limit. This makes it possible to set an individual lower and upper voltage limit value .
  • the Watchdog unit has a counter, wherein the count of the counter before a trigger signal can be read by the microprocessor. This allows a particularly good monitoring of the program flow of the microprocessor.
  • the microchip has a clock generating means for generating a counter clock for the Watchdog mich. This ensures a particularly high integration density.
  • an external clock generating means is provided for generating a meter clock for the watchdog unit, wherein the external Takterzeu ⁇ supply means is connected to the microchip via a line.
  • This embodiment of the invention has the advantage that a commercially available Takterzeu ⁇ can be used as an external clock generating means.
  • the microchip has a serial and / or a parallel interface.
  • a serial and / or parallel interface z. B. be read by the microprocessor, the meter clock of the watchdog unit.
  • the tarry ⁇ delay time of Watchdogaku is adjustable. This allows the user to adapt the delay time individually to the circumstances. Furthermore, it proves to be advantageous if the microchip has a memory unit, said memory unit of the ⁇ formed masses that can not be changed on the memory unit vomit ⁇ -assured data after the initial storage of the data on the storage unit. As a result, z. B. reliably prevents accidental subsequent change of the data.
  • the voltage monitoring means and / or the Watchdog michell and / or the reset means are formed as a physically gen existing electrical Circuits ⁇ . If the voltage monitoring means and / or the watchdog unit and / or the reset means are designed as physically existing electrical circuits, in particular essentially as analog electrical ones
  • the microchip works very reliable, since the voltage monitoring means and / or the Watch ⁇ dogiki and / or the reset means are not realized in the form of a program on a PRO ⁇ integrated processor in the microchip.
  • the microchip has a control input and a control output for interconnecting a plurality of microchips.
  • This makes it possible to also connect a plurality of microchips according to the invention to one another in order, for. B. if the Kochwachungsfunktionalitä ⁇ th, which are realized on a single microchip, not sufficient to monitor the entire assembly, several Mik ⁇ rochips can be used to monitor the assembly in a composite set.
  • the microchip of the present invention to surveil ⁇ is monitoring any electrical assemblies suitable.
  • the use of an electrical assembly with the microchip according to the invention is advantageous because particularly high demands for monitoring the electrical components used in these technical areas are required.
  • FIG. 1 shows an electrical assembly with an inventive ⁇ Shen microchip.
  • FIG. 1 shows in the form of a block diagram an electrical module 12 which is supplied with electrical energy by an external power supply unit 10 which provides the external supply voltage 9.
  • the external supply voltage 9 is supplied to the assembly 12 of an internal power supply unit 16, which provides an internal supply voltage 11 at its output for supplying the electrical components of the assembly 12 for avail ⁇ supply.
  • the internal supply voltage 11 is used to supply power to a microprocessor 6 and other electrical components 7 of the module.
  • kön- NEN using the internal power supply 11 also other electrical components and / or other microprocessor- ⁇ sensors of the module are supplied with energy.
  • an inventive microchip 1 is located on the module.
  • the microchip 1 has as integral components a voltage monitoring means 3, a switching means 2, a watchdog unit 4 and a reset means 5.
  • the switching means 2 for the voltage monitoring means 3, for the watchdog unit 4 and for the reset means 5 voneinan ⁇ the separate discrete electrical individual circuits verwen ⁇ det. This results in the realization of the monitoring radio a significantly reduced space requirement at the same time as a significantly reduced overall failure factor of the module.
  • the microchip has, as already mentioned above, a voltage monitoring means 3, the, 11 are supplied to the monitor as part of the gameforementionedsbei ⁇ both the external supply voltage 9 and the internal supply voltage. It should be noted at this point that if necessary, only the external supply voltage or only the internal supply voltage can be monitored. Are both in the embodiment, the external supply voltage ⁇ 9 as well as the internal supply voltage 11 monitored for overvoltage and undervoltage.
  • the microchip has the internal switching means 2, which in the embodiment in the form of a semiconductor switch, for. B. a transistor is present. If the voltage monitoring means 3 determines that there is an overvoltage or undervoltage of the external and / or internal supply voltage, then the switching means 2 is actuated by the voltage monitoring means 3, the switching means 2 between the external voltage supply unit 10 and the internal chip - Supply unit 16 is connected, that the external supply voltage 9, which serves to supply the internal voltage supply unit 16, is interrupted. Alterna tively ⁇ or in addition, the microchip 1 also has a control output for activating an external switching means, a switching means that is no longer an integral part of the microchip is, having to switch off the supply voltage of the module.
  • the internal switching means 2 which in the embodiment in the form of a semiconductor switch, for. B. a transistor is present.
  • the external switching means is then driven by the drive output of the microchip such that the external switching means interrupts the external supply voltage 9 in the event of an overvoltage or undervoltage.
  • This possibility is ⁇ ness particularly when high currents need to be switched off beneficial that an integrated micro chip switching means can not turn or that the Normalbe ⁇ drove a result of the accumulated by the dissipation of heat for the microchip too large are.
  • the switching means z. B. also be designed as semiconductor switch ⁇ (eg transistor) or as an electromagnetic switch.
  • the microchip 1 as an integral part of the reset means 5.
  • the reset means 5 In the case of an undervoltage of the internal supply voltage 11, the reset means 5 generates a reset signal 15 for resetting the microprocessor 6. With the aid of the reset signal 15, the microprocessor is permanently blocked in the event of an undervoltage.
  • the reset means 5 When the internal Ver ⁇ supply voltage is within the allowable range, sends the reset means 5 still for a defined period, the reset signal 15 and thus blocks the microprocessor 6 in order to later ensure proper run-zessors of microprocessors.
  • the watchdog unit 4 is used to monitor a proper program sequence of the micro-processor 6.
  • the watchdog unit 4 has for this purpose a counter, which is controlled by a built-on the microchip clock generating means for generating a counter clock. If the microprocessor is not a trigger signal 13 to the Watchdogiata 4 periodically sends sawn before the count of the counter of the Watchdog michice 4 exceeds a defined limit, then generates the watchdog ⁇ unit 4, the reset signal 15 for resetting the micropro ⁇ zessors 6 and activates the Switching means 2 to the effect that the external supply voltage 9 is interrupted.
  • Watchdogaku 4 need not necessarily an integral component ⁇ part of the microchip 1 to be, but may be arranged outside 8 of the microchip 1 in the form of an external clock generation means.
  • the external clock generating means 8 is then connected to the microchip 1 via a line 17.
  • the watchdog unit 4 sends the count 14 of the counter to the microcomputer.
  • roreaors 6, ie the count of the counter is read out before the trigger signal 13 from the microprocessor 6.
  • the read by the microprocessor 6 count from the microswitch 14 may then ⁇ processor under a are on the microprocessor 6 ab secured- the program for plausibility checks.
  • Solcherma ⁇ will flow to improved monitoring functionality enabled ⁇ light.
  • the delay time, ie the time, the maximum zuläs ⁇ is sig before another trigger signal 13 must be made to reset the counter, adjustable.
  • the microchip has a paral ⁇ Lele interface by means of which, for. B. the user a lower and / or upper voltage limit for the voltage monitoring means 3 can be defined.
  • the microchip 1 may additionally have as an integral part a memory unit 18 which is designed such that data stored on the memory unit 18 can not be changed after first storing the data on the memory unit 18.
  • the memory ⁇ unit 18 may, for. B. as ROM / PROM or z. B. as a memory unit which can be described by means of fuse or antifuse technique once with data.
  • the voltage monitoring means 3 and / or the Watchdogein- unit 4 and / or the reset means 5 can ⁇ integral component part, be implemented a program that runs on a tured on the microchip integ ⁇ processor. In order to ensure a particularly high reliability of the microchip 1, however, it is useful, as realized in the exemplary embodiment, that the voltage monitoring means 3 and / or the watchdog unit 4 and / or the reset means 5 are designed as physically existing electrical circuits and thus not essential parts of the microchip 1 in the form of a processor.
  • the microchip 1 can not only have a single voltage monitoring means for monitoring a single supply voltage of the module, but of course the microchip 1 can also have a plurality of voltage monitoring means 3 which serve to monitor a plurality of supply voltages.
  • the Internal Voltage sorgungsaku 6 often not only a single internal Ver ⁇ supply voltage as the output signal is available to as to supply a different encryption module often be sorgungstapspegel needed.
  • ⁇ hang it is of course also possible that the microchip for each to be monitored supply voltage has a ⁇ each sepa rate input for setting a lower and / or an upper voltage limit.
  • the microchip 1 can also have a control input and a control output for interconnecting a plurality of the microchips according to the invention.
  • the number of required monitoring functions eg. If, for example, the number of monitoring supply voltages that can be monitored by a single microchip exceeds the number of monitoring functions implemented on a single microchip, several microchips can also be interconnected. If one of the microchips responds to a faulty state, it sends an error signal via its control output to the control inputs of the other microchips, whereby each microchip z. B. then causes a shutdown of the supply voltage and / or a reset of the microprocessor.
  • the assembly 12 On the assembly 12 are electrical components 7, which communicate with the microprocessor 6, which is indicated by an arrow 16. It should be noted at this point that the assembly 12 can also serve for the electrical power supply of further modules, which may also communicate with the microprocessor 6. Thus, with the aid of the microchip according to the invention not only one individual module 12 are monitored, but it can also be several with the assembly 12 still connected assemblies z. B. also their internal supply voltage from the internal power supply unit 16 of the module 12 relate, be monitored.
  • the microchip can be used in the technical field of machine tools, production machines, elevators, cranes and / or robots, since the assemblies used in these technical fields often have to have a monitoring functionality.
  • microchips in particular safety-related circuits, z. B. be realized with actuator or sensor functionality.
  • the invention makes it possible to accommodate more individual components on an assembly, machine or plant without exceeding the probability of failure (PFH) (value per hour).
  • PHF probability of failure
  • the invention further has the advantage of a large space savings and a reduction of the thermal power loss of the monitoring function.
  • the invention also results in a corresponding cost reduction for material, printed circuit board and the production of the assembly.
  • the microchip can be constructed on a semiconductor basis or on a polymer basis.
  • supply voltage of an assembly is to be understood as meaning both an internal supply voltage of the assembly and an external supply voltage of the assembly.
  • an electrical assembly also includes a sensor and / or an actuator.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mikrochip (1) zur Überwachung einer elektrischen Baugruppe (12), wobei der Mikrochip (1) ein Spannungsüberwachungsmittel (3) zur Überwachung einer Versorgungsspannung (9,11) der Baugruppe (12) und eine Watchdogeinheit (4) zur Überwachung eines Programmablaufs eines Mikroprozessors (6), aufweist. Die Erfindung ermöglicht den Platzbedarf von Schaltungen zur Realisierung von sicherheits- gerichteten Funktionen zur Überwachung einer elektrischen Baugruppe (12) zu reduzieren.

Description

Beschreibung
Mikrochip zur Überwachung einer elektrischen Baugruppe
Die Erfindung betrifft einen Mikrochip zur Überwachung einer elektrischen Baugruppe.
Bei elektrischen Baugruppen (z.B. auf dem technischen Gebiet der Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen, Aufzüge, Kräne und/oder Roboter) , die auch sicherheitsgerichtete Funktionen, z.B. gemäß der Norm EN 61508 enthalten, werden neben einem Spannungsüberwachungsmittel zur Spannungsüberwachung der Versorgungsspannung, eine Watchdogeinheit zur Überwachung eines Programmablaufs eines auf der Baugruppe befindlichen Mikro- Prozessors und ein Resetmittel zum Zurücksetzen des Mikropro¬ zessors bei Unter- und/oder Überspannung und ein Schaltmittel zur Abschaltung der Spannungsversorgung, bei z.B. einer Überspannung, benötigt.
Handelsüblich wurden bisher zur Überwachung einer solchen
Baugruppe die oben genannten Komponenten durch jeweils voneinander getrennte diskrete elektrische Einzelschaltungen re¬ alisiert. Die Realisierung der sicherheitsgerichteten Funktionen benötigt somit handelsüblich einen hohen Platzbedarf. Durch die hohe Vielzahl von separat aufgebauten Einzelschal¬ tungen zur Realisierung der oben genannten Sicherheitsfunktionen ergibt sich eine hohe Gesamtausfallrate (FIT-Werte (Fai- lure in Time) ) in der Ausfallwahrscheinlichkeitsberechnung der Baugruppe. Weiterhin resultiert der diskrete Aufbau der sicherheitsrelevanten Funktionen mit separaten Einzelschaltungen in einer hohen thermischen Verlustleistung und hohen Kosten für Material, Leiterplatte und Produktion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Platzbedarf von Schaltungen zur Realisierung von sicherheitsgerichteten Funktionen zur Überwachung einer elektrischen Baugruppe zu reduzieren . Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Mikrochip zur Überwa¬ chung einer elektrischen Baugruppe, wobei der Mikrochip aufweist,
- ein Spannungsüberwachungsmittel zur Überwachung einer Ver- sorgungsspannung der Baugruppe und
- eine Watchdogeinheit zur Überwachung eines Programmablaufs eines Mikroprozessors.
Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrochip ein internes Schaltmittel zur Abschaltung der Versorgungsspannung der Baugruppe aufweist .
Alternativ oder zusätzlich kann der Mikrochip einen Ansteuer- ausgang zum Ansteuern eines externen Schaltmittels zur Abschaltung der Versorgungsspannung der Baugruppe aufweisen. Hierdurch wird es ermöglicht, dass insbesondere, wenn große Schaltleistungen notwendig sind, auch ein externes Schaltmit¬ tel an den Mikrochip angeschlossen werden kann.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass das externe Schaltmittel als Halbleiterschalter oder als elektromagneti¬ scher Schalter ausgebildet ist. Eine Ausbildung des Schalt¬ mittels als Halbleiterschalter oder als elektromagnetischer Schalter stellen handelsübliche Ausbildungen eines Schaltmit¬ tels dar.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass der Mikrochip ein Resetmittel aufweist zum Zurücksetzten des Mikroprozes- sors bei Unterspannung der Versorgungsspannung. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei einer Unterspannung der Versorgungsspannung der Mikroprozessor zurückgesetzt wird und im zurückgesetzten Zustand verbleibt, solange die Unterspannung anhält .
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Spannungs¬ überwachungsmittel die Versorgungsspannung sowohl auf eine Überspannung als auch auf eine Unterspannung überwacht. Somit ist sichergestellt, dass die Baugruppe sowohl auf eine Unter¬ spannung als auch auf eine Überspannung überwacht wird.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Mikrochip einen Eingang zum Einstellen eines unteren und/oder eines oberen Spannungsgrenzwerts aufweist. Hierdurch wird das Ein¬ stellen eines individuellen unteren und oberen Spannungsgrenzwerts ermöglicht.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Watchdogein- heit einen Zähler aufweist, wobei der Zählerstand des Zählers vor einem Triggersignal vom Mikroprozessor auslesbar ist. Hierdurch wird eine besonders gute Überwachung des Programmablaufs des Mikroprozessors ermöglicht.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Mikrochip ein Takterzeugungsmittel zur Erzeugung eines Zählertakts für die Watchdogeinheit aufweist. Hierdurch wird eine besonders hohe Integrationsdichte gewährleistet.
Alternativ kann es auch vorteilhaft sein, wenn ein externes Takterzeugungsmittel zur Erzeugung eines Zählertakts für die Watchdogeinheit vorgesehen ist, wobei das externe Takterzeu¬ gungsmittel mit dem Mikrochip über eine Leitung verbunden ist. Diese Ausbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass als externes Takterzeugungsmittel ein handelsübliches Takterzeu¬ gungsmittel eingesetzt werden kann.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Mikrochip eine serielle und/oder eine parallele Schnittstelle aufweist. Mit Hilfe einer seriellen und/oder parallelen Schnittstelle kann z. B. vom Mikroprozessor der Zählertakt der Watchdogeinheit ausgelesen werden.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Verzöge¬ rungszeit der Watchdogeinheit einstellbar ist. Hierdurch wird es dem Anwender ermöglicht, die Verzögerungszeit individuell an die Gegebenheiten anzupassen. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Mikrochip eine Speichereinheit aufweist, wobei die Speichereinheit der¬ maßen ausgebildet ist, dass auf der Speichereinheit gespei¬ cherte Daten nach dem erstmaligen Abspeichern der Daten auf der Speichereinheit nicht mehr veränderbar sind. Hierdurch wird z. B. ein versehentliches späteres Verändern der Daten zuverlässig verhindert.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, dass das Spannungs- Überwachungsmittel und/oder die Watchdogeinheit und/oder das Resetmittel als physikalisch vorhandene elektrische Schaltun¬ gen ausgebildet sind. Wenn das Spannungsüberwachungsmittel und/oder die Watchdogeinheit und/oder das Resetmittel als physikalisch vorhandene elektrische Schaltungen ausgebildet sind, insbesondere im Wesentlichen als analoge elektrische
Schaltungen, dann arbeitet der Mikrochip besonders zuverlässig, da dass Spannungsüberwachungsmittel und/oder die Watch¬ dogeinheit und/oder das Resetmittel nicht in Form eines Pro¬ gramms auf einem im Mikrochip integrierten Prozessor reali- siert sind.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Mikrochip einen Steuereingang und einen Steuerausgang zum Verschalten von mehreren Mikrochips aufweist. Hierdurch wird es ermög- licht, auch mehrere erfindungsgemäße Mikrochips miteinander zu verbinden, um z. B. falls die Überwachungsfunktionalitä¬ ten, die auf einen einzelnen Mikrochip realisiert sind, nicht ausreichen, die gesamte Baugruppe zu überwachen, mehrere Mik¬ rochips zur Überwachung der Baugruppe in einem Verbund einge- setzt werden können.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, eine Baugruppe mit dem Mikrochip auszubilden, da unter anderem die Baugruppe dann kleiner gebaut werden kann.
Prinzipiell ist der erfindungsgemäße Mikrochip zur Überwa¬ chung beliebiger elektrischer Baugruppen geeignet. Insbesondere bei Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen, Aufzüge, Kräne und/oder Roboter, ist der Einsatz einer elektrischen Baugruppe mit dem erfindungsgemäßen Mikrochip vorteilhaft, da auf diesen technischen Gebieten besonders hohe Anforderungen zur Überwachung der eingesetzten elektrischen Baugruppen ge- fordert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigt :
FIG 1 eine elektrische Baugruppe mit einem erfindungsgemä¬ ßen Mikrochip.
In FIG 1 ist in Form eines Blockschaltbildes eine elektrische Baugruppe 12, die von einer externen Spannungsversorgungsein- heit 10, die die externe Versorgungsspannung 9 zu Verfügung stellt, mit elektrischer Energie versorgt wird, dargestellt. Die externe Versorgungsspannung 9 wird auf der Baugruppe 12 einer internen Spannungsversorgungseinheit 16 zugeführt, die an ihrem Ausgang zur Versorgung der elektrischen Bauteile der Baugruppe 12 eine interne Versorgungsspannung 11 zur Verfü¬ gung stellt. Die interne Versorgungsspannung 11 dient zur Spannungsversorgung eines Mikroprozessors 6 sowie von anderen elektrischen Komponenten 7 der Baugruppe. Gegebenenfalls kön- nen mit Hilfe der internen Versorgungsspannung 11 auch noch weitere elektrische Baugruppen und/oder weitere Mikroprozes¬ soren der Baugruppe mit Energie versorgt werden.
Weiterhin befindet sich zur Überwachung der elektrischen Bau- gruppe 12 ein erfindungsgemäßer Mikrochip 1 auf der Baugruppe. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist der Mikrochip 1 als integrale Bestandteile ein Spannungsüberwachungsmittel 3, ein Schaltmittel 2, eine Watchdogeinheit 4 und ein Resetmit- tel 5 auf. Es werden somit nicht mehr, wie handelsüblich, für das Schaltmittel 2, für das Spannungsüberwachungsmittel 3, für die Watchdogeinheit 4 und für das Resetmittel 5 voneinan¬ der getrennte diskrete elektrische Einzelschaltungen verwen¬ det. Somit ergibt sich zur Realisierung der Überwachungsfunk- tionalitäten ein deutlich reduzierter Platzbedarf bei gleichzeitig deutlich reduzierter Gesamtausfallzahl der Baugruppe.
Der Mikrochip weist, wie schon oben erwähnt, ein Spannungs- Überwachungsmittel 3 auf, dem im Rahmen des Ausführungsbei¬ spiels sowohl die externe Versorgungsspannung 9, als auch die interne Versorgungsspannung 11 zur Überwachung zugeführt werden. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass gegebenenfalls auch nur die externe Versorgungsspannung oder nur die interne Versorgungsspannung überwacht werden können. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels werden sowohl die externe Versorgungs¬ spannung 9 wie auch die interne Versorgungsspannung 11 auf Über- und Unterspannung überwacht .
Der Mikrochip weist das interne Schaltmittel 2 auf, das in dem Ausführungsbeispiel in Form eines Halbleiterschalters, z. B. eines Transistors, vorliegt. Stellt das Spannungsüberwa- chungsmittel 3 fest, dass eine Über- oder Unterspannung der externen und/oder internen Versorgungsspannung vorliegt, dann wird das Schaltmittel 2 derart von dem Spannungsüberwachungs- mittel 3 angesteuert, wobei das Schaltmittel 2 zwischen die externe Spannungsversorgungseinheit 10 und die interne Span- nungsversorgungseinheit 16 geschaltet ist, dass die externe Versorgungsspannung 9, die zur Versorgung der internen Span- nungsversorgungseinheit 16 dient, unterbrochen wird. Alterna¬ tiv oder zusätzlich kann der Mikrochip 1 auch einen Ansteuerausgang zum Ansteuern eines externen Schaltmittels, d. h. eines Schaltmittels das nicht mehr integraler Bestandteil des Mikrochips ist, zur Abschaltung der Versorgungsspannung der Baugruppe aufweisen. Das externe Schaltmittel, wird dann vom Ansteuerausgang des Mikrochips derart angesteuert, so dass das externe Schaltmittel bei einer Über- oder Unterspannung die externe Versorgungsspannung 9 unterbricht. Diese Möglich¬ keit ist insbesondere dann von Vorteil, wenn hohe Ströme ab- geschaltet werden müssen, die ein im Mikrochip integriertes Schaltmittel nicht mehr Schalten kann bzw., die im Normalbe¬ trieb in Folge der durch die Verlustleistung anfallende Wärme für den Mikrochip zu groß sind. Im Falle eines externen Schaltmittels kann das Schaltmittel z. B. ebenfalls als Halb¬ leiterschalter (z. B. Transistor) oder als elektromagnetischer Schalter ausgebildet sein.
Weiterhin weist der Mikrochip 1 als integralen Bestandteil das Resetmittel 5 auf. Im Falle einer Unterspannung der internen Versorgungsspannung 11 erzeugt das Resetmittel 5 ein Resetsignal 15 zum Zurücksetzen des Mikroprozessors 6. Mit Hilfe des Resetsignals 15 wird im Falle einer Unterspannung der Mikroprozessor dauerhaft blockiert. Wenn die interne Ver¬ sorgungsspannung wieder im zulässigen Bereich liegt, sendet das Resetmittel 5 noch für einen definierten Zeitraum hinaus das Resetsignal 15 aus und blockiert somit den Mikroprozessor 6, um ein späteres ordnungsgemäßes Hochlaufen des Mikropro- zessors sicherzustellen.
Weiterhin weist der Mikrochip 1 als integralen Bestandteil die Watchdogeinheit 4 auf. Die Watchdogeinheit 4 dient zur Überwachung eines ordnungsgemäßen Programmablaufs des Mikro- Prozessors 6. Die Watchdogeinheit 4 weist hierzu einen Zähler auf, der von einem auf dem Mikrochip integrierten Takterzeugungsmittel zur Erzeugung eines Zählertaktes angesteuert wird. Falls der Mikroprozessor nicht in regelmäßigen Abständen ein Triggersignal 13 an die Watchdogeinheit 4 sendet be- vor der Zählerstand des Zählers der Watchdogeinheit 4 eine definierte Grenze überschreitet, dann erzeugt die Watchdog¬ einheit 4 das Resetsignal 15 zum Zurücksetzen des Mikropro¬ zessors 6 und aktiviert das Schaltmittel 2 dahingehend, dass die externe Versorgungsspannung 9 unterbrochen wird. Das Takterzeugungsmittel zur Erzeugung des Zählertakts für die
Watchdogeinheit 4 braucht nicht unbedingt integraler Bestand¬ teil des Mikrochips 1 zu sein, sondern kann auch in Form eines externen Takterzeugungsmittels 8 außerhalb des Mikrochips 1 angeordnet sein. Das externe Takterzeugungsmittel 8 ist dann über eine Leitung 17 mit dem Mikrochip 1 verbunden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sendet die Watchdogeinheit 4 den Zählerstand 14 des Zählers an den Mik- roprozessors 6, d. h. der Zählerstand des Zählers ist vor dem Triggersignal 13 vom Mikroprozessor 6 auslesbar. Der vom Mikroprozessor 6 eingelesene Zählerstand 14 kann dann vom Mikro¬ prozessor im Rahmen eines auf dem Mikroprozessor 6 ablaufen- den Programms auf Plausibilität überprüft werden. Solcherma¬ ßen wird eine verbesserte Überwachungsfunktionalität ermög¬ licht. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist weiterhin auch die Verzögerungszeit, d. h. die Zeit, die maximal zuläs¬ sig ist, bevor wieder ein Triggersignal 13 zum Zurücksetzen des Zählers erfolgen muss, einstellbar.
In dem Ausführungsbeispiel weist der Mikrochip 1 eine paral¬ lele Schnittstelle auf, mit Hilfe derer, z. B. vom Anwender ein unterer und/oder ein oberer Spannungsgrenzwert für das Spannungsüberwachungsmittel 3 definiert werden kann.
Gegebenenfalls kann der Mikrochip 1 zusätzlich als integraler Bestandteil eine Speichereinheit 18 aufweisen, die dermaßen ausgebildet ist, dass auf der Speichereinheit 18 gespeicher- ten Daten nach dem erstmaligen Abspeichern der Daten auf der Speichereinheit 18 nicht mehr veränderbar sind. Die Speicher¬ einheit 18 kann z. B. als ROM/PROM vorliegen oder z. B. als eine Speichereinheit die mittels Fuse- oder Antifuse-Technik einmalig mit Daten beschrieben werden kann.
Das Spannungsüberwachungsmittel 3 und/oder die Watchdogein- heit 4 und/oder das Resetmittel 5 können integraler Bestand¬ teil eines Programms, das auf einem auf dem Mikrochip integ¬ rierten Prozessor abläuft, realisiert sein. Um eine besonders hohe Zuverlässigkeit des Mikrochips 1 zu gewährleisten, ist es jedoch, wie im Ausführungsbeispiel realisiert, sinnvoll, dass das Spannungsüberwachungsmittel 3 und/oder die Watchdog- einheit 4 und/oder das Resetmittel 5 als physikalisch vorhandene elektrische Schaltungen ausgebildet sind und somit nicht wesentliche Teile des Mikrochips 1 in Form eines Prozessors vorliegen . Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Mikrochip 1 nicht nur ein einzelnes Spannungsüberwachungsmittel zur Überwachung einer einzelnen Versorgungsspannung der Baugruppe aufweisen kann, sondern selbstverständlich kann der Mikrochip 1 auch mehrere Spannungsüberwachungsmittel 3, die zur Überwachung von mehreren Versorgungsspannungen dienen, aufweisen. Hierzu ist anzumerken, dass insbesondere die interne Spannungsver- sorgungseinheit 6 häufig nicht nur eine einzelne interne Ver¬ sorgungsspannung als Ausgangssignal zu Verfügung stellt, da zur Versorgung einer Baugruppe häufig unterschiedliche Ver- sorgungsspannungspegel benötigt werden. In diesem Zusammen¬ hang ist es natürlich auch möglich, dass der Mikrochip für jede zu überwachende Versorgungsspannung einen jeweils sepa¬ raten Eingang zum Einstellen eines unteren und/oder eines oberen Spannungsgrenzwertes aufweist.
Der Mikrochip 1 kann gegebenenfalls auch einen Steuereingang und einen Steuerausgang zum Verschalten von mehreren der erfindungsgemäßen Mikrochips aufweisen. Sollte die Anzahl der benötigten Überwachungsfunktionalitäten, z. B. die Anzahl der zu überwachenden Versorgungsspannungen, die durch einen einzelnen Mikrochip überwacht werden können, die Anzahl der auf einem einzelnen Mikrochip realisierten Überwachungsfunktionalitäten überschreiten, so können auch mehrere Mikrochips un- tereinander verschaltet werden. Reagiert einer der Mikrochips einen auf einen fehlerhaften Zustand, so sendet er über seinen Steuerausgang an die Steuereingänge der anderen Mikrochips ein Fehlersignal, wodurch jeder Mikrochip z. B. dann eine Abschaltung der Versorgungsspannung und/oder ein Zurück- setzen des Mikroprozessors veranlasst.
Auf der Baugruppe 12 befinden sich elektrische Komponenten 7, die mit dem Mikroprozessor 6 kommunizieren, was durch einen Pfeil 16 angedeutet ist. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Baugruppe 12 auch zur elektrischen Energieversorgung von weiteren Baugruppen dienen kann, die gegebenenfalls ebenfalls mit dem Mikroprozessor 6 kommunizieren. Somit können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Mikrochips nicht nur eine einzelne Baugruppe 12 überwacht werden, sondern es können auch mehrere mit der Baugruppe 12 noch verbundene Baugruppen, die z. B. ebenfalls ihre interne Versorgungsspannung aus der internen Spannungsversorgungseinheit 16 der Baugruppe 12 be- ziehen, überwacht werden.
Besonders vorteilhaft kann der Mikrochip auf dem technischen Gebiet der Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen, Aufzüge, Kräne und/oder Roboter eingesetzt werden, da die auf diesen technischen Gebieten eingesetzten Baugruppen häufig eine Überwachungsfunktionalität aufweisen müssen.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mikrochips können, insbesondere sicherheitsrelevante Schaltungen, z. B. mit Aktor- oder Sensorfunktionalität realisiert werden. Durch den Mikrochip ergibt sich eine Reduzierung der Gesamtausfallrate gegenüber bisherigen mit diskreten elektrischen Einzelschaltungen aufgebauten Realisierungen, da die Gesamtausfallrate eines Mik¬ rochips deutlich geringer ist, als die Summe der Ausfallraten von Einzelschaltungen ist. Die Erfindung erlaubt das Unterbringen von mehr Einzelkomponenten auf einer Baugruppe, Maschine oder Anlage ohne dass dadurch der PFH-Wert (Probabili- ty of Failure per Hour) überschritten wird. Die Erfindung weist weiterhin den Vorteil einer großen Platzersparnis und eine Reduzierung der thermischen Verlustleistung der Überwachungsfunktion auf. Weiterhin ergibt sich auch durch die Erfindung eine entsprechende Kostenreduzierung bei Material, Leiterplatte und der Produktion der Baugruppe.
Selbstverständlich müssen auch nicht alle der oben genannten Überwachungsfunktionalitäten auf dem Mikrochip 1 realisiert sein. Im Rahmen einer Minimalausbildung des Mikrochips können auch nur das Spannungsüberwachungsmittel 3 und die Watchdog- Einheit 4 auf dem Mikrochip 1 realisiert sein, wobei die üb- rigen Überwachungskomponenten, wie z. B. das Resetmittel 5, das Schaltmittel 2 oder die Speichereinheit 18 noch als ex¬ terne vom Mikrochip 1 separierte diskrete Einzelschaltungen realisiert sein können. Der Mikrochip kann dabei auf Halbleiterbasis oder auf PoIy- meerbasis aufgebaut sein.
Im Rahmen der Erfindung ist unter dem Begriff Versorgungs- Spannung einer Baugruppe sowohl eine interne Versorgungsspannung der Baugruppe als auch eine externe Versorgungsspannung der Baugruppe zu verstehen.
Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt, dass im Rahmen der Erfindung, der Begriff einer elektrischen Baugruppe auch ein Sensor und/oder einen Aktor mit einschließt.

Claims

Patentansprüche
1. Mikrochip (1) zur Überwachung einer elektrischen Baugruppe
(12), wobei der Mikrochip (1) aufweist, - ein Spannungsüberwachungsmittel (3) zur Überwachung einer Versorgungsspannung (9,11) der Baugruppe (12) und
- eine Watchdogeinheit (4) zur Überwachung eines Programmab¬ laufs eines Mikroprozessors (6) .
2. Mikrochip 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 der Mikrochip (1) ein internes Schaltmittel (2) zur Abschaltung der Versorgungsspannung (9,11) der Baugruppe aufweist.
3. Mikrochip 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 der Mikrochip ein Ansteuer¬ ausgang zum Ansteuern eines externen Schaltmittels zur Ab¬ schaltung der Versorgungsspannung (9,11) der Baugruppe auf¬ weist .
4. Mikrochip nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass das externe Schaltmittel als Halblei¬ terschalter oder als elektromagnetischer Schalter ausgebildet ist .
5. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Mikrochip
(1) ein Resetmittel (5) aufweist zum Zurücksetzten des Mikro¬ prozessors (6) bei Unterspannung der Versorgungsspannung (9,11) .
6. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Span¬ nungsüberwachungsmittel (3) die Versorgungsspannung (9,11) sowohl auf eine Überspannung als auch auf eine Unterspannung überwacht .
7. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Mikrochip
(1) einen Eingang zum Einstellen eines unteren und/oder eines oberen Spannungsgrenzwerts aufweist.
8. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Watchdog- einheit (4) einen Zähler aufweist, wobei der Zählerstand des Zählers vor einem Triggersignal (13) vom Mikroprozessor (6) auslesbar ist.
9. Mikrochip 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 der Mikrochip
(1) ein Takterzeugungsmittel zur Erzeugung eines Zählertakts für die Watchdogeinheit (4) aufweist.
10. Mikrochip 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 ein externes Takterzeugungsmittel (8) zur Erzeugung eines Zählertakts für die Watchdogeinheit (4) vorgesehen ist, wobei das externe
Takterzeugungsmittel (8) mit dem Mikrochip (1) über eine Lei¬ tung (17) verbunden ist.
11. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Mikrochip
(1) eine serielle und/oder eine parallele Schnittstelle auf¬ weist .
12. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verzöge¬ rungszeit der Watchdogeinheit (4) einstellbar ist.
13. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Mikrochip (1) eine Speichereinheit (18) aufweist, wobei die Speicher¬ einheit (18) dermaßen ausgebildet ist, dass auf der Speicher¬ einheit (18) gespeicherte Daten nach dem erstmaligen Abspei- ehern der Daten auf der Speichereinheit (18) nicht mehr ver¬ änderbar sind.
14. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Span- nungsüberwachungsmittel (3) und/oder die Watchdogeinheit (4) und/oder das Resetmittel (5) als physikalisch vorhandene elektrische Schaltungen ausgebildet sind.
15. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Mikrochip (1) einen Steuereingang und einen Steuerausgang zum Verschalten von mehreren Mikrochips nach einem der Ansprüche 1 bis 14, aufweist.
16. Elektrische Baugruppe mit einem Mikrochip nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
17. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine, Aufzug, Kran und/oder Roboter mit einer elektrischen Baugruppe nach Anspruch 16.
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