DE19510947C1

DE19510947C1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb in verschiedenen Betriebsspannungsbereichen

Info

Publication number: DE19510947C1
Application number: DE1995110947
Authority: DE
Inventors: Martin Trinschek
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1995-03-25
Filing date: 1995-03-25
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2015-03-26
Also published as: FR2732171A3; ES2122911A1; ES2122911B1; IT239685Y1; ITTO960050U1; FR2732171B3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb in verschiedenen Betriebsspannungsbereichen mit einem digitalen Schaltkreis, dem mindestens ein digitales Eingangssignal zugeführt wird.

Aus der US 52 98 807 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, welche eine automatische Pegelanpassung zwischen TTL- und CMOS-Schaltkreisen in verschiedenen Betriebsspannungsbereichen vornimmt und die auch in einer Stand-by-Betriebsart zuverlässig funktionieren soll, in der die Betriebsspannung deutlich kleiner ist, als die allgemein übliche Betriebsspannung. Zur Lösung dieser sehr speziellen Aufgabenstellung wird in der US 52 98 80 eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, die mehrere aktive Bauelemente (Feldeffekttransistoren) enthält und die damit recht aufwendig ist.

Bei manchen Steuergeräten, insbesondere solchen, die in Kraftfahrzeugen Anwendung finden (als Beispiel seien Flammstart-Steuergeräte für Dieselkraftfahrzeuge genannt), ist die Anwendung in unterschiedlichen Betriebsspannungsbereichen vorgesehen (zum Beispiel in PKW am 12-Volt-Bordnetz und im LKW am 24-Volt-Bordnetz).

In solchen Geräte liegen die Pegel logischer Signale oftmals deutlich höher als die Eingangspegel der meist mit 5 Volt betriebenen digitalen Schaltkreise, was eine Reduzierung der Signalspannungen, z. B. durch Spannungsteilung erforderlich macht. Hierbei ergibt sich das besondere Problem, daß sich bei einer Veränderung der Betriebsspannung die Pegel der digitalen Signale verschieben, so daß die Funktionsfähigkeit des Steuergerätes ab einer bestimmten Betriebsspannungsänderung nicht mehr gegeben ist.

Es kann daher innerhalb des Steuergerätes vorgesehen werden, den absoluten Wert von Eingangssignalpegeln und Betriebsspannung zu bestimmen und zu vergleichen und so den logischen Wert (high oder low) der Eingangssignale zu bestimmen. Da hierzu Analog-Digital-Wandler oder Komperatoren für jeden Eingang des digitalen Schaltkreises benötigt werden, ist eine solche Lösung sehr kostenaufwendig.

Günstiger wäre in diesem Fall, zwei Ausführungen des Steuergerätes (12-Volt-, 24-Volt-Ausführung) zu fertigen, die sich in der Dimensionierung vor allem der passiven Bauteile unterscheiden. Auch diese Lösung ist aber bezüglich der Kosten nicht optimal, da anstelle eines einzigen Gerätes in einer kostengünstigen Großserie zwei verschiedene Geräte entwickelt und produziert werden müssen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Steuergerät zu schaffen, das in zwei oder mehreren unterschiedlichen Betriebsspannungsbereichen betrieben werden kann und das die internen logischen Pegel selbsttätig und auch schaltungstechnisch auf besonders einfache Weise an die verschiedenen Betriebsspannungsbereiche anpaßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem digitalen Schaltkreis das Eingangssignal über eine Spannungsteileranordnung zugeführt wird, und daß ein Spannungsdetektor vorgesehen ist, welcher abhängig von der Höhe der Betriebsspannung mindestens ein Schaltmittel ansteuert, welches mindestens einen weiteren Widerstand parallel zu einem Widerstand der Spannungsteileranordnung schaltet.

Durch die vollautomatische Anpassung des Spannungsteilerverhältnisses an die Betriebsspannung wird somit auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Anpassung der logischen Pegel am Eingang des digitalen Schaltkreises erreicht. Somit schafft man auf einfache und kostengünstige Weise ein Gerät, das in verschiedenen Betriebsspannungsbereichen betrieben werden kann. Der schaltungstechnische Aufwand zur automatischen Logikpegelanpassung ist hierbei minimal. Neben einem einzigen Spannungsdetektor (zum Beispiel einem Komparator) und einem Ausgangstreiber, die beide insbesondere in dem digitalen Schaltkreis integriert sein können, wird lediglich pro Eingang des digitalen Schaltkreises ein zusätzlicher Widerstand benötigt.

Statt eines Ausgangstreibers kann aber auch ein externer Schaltverstärker (Transistor) als Schaltmittel Verwendung finden. Auch der Spannungsdetektor kann auf verschiedene Weise, insbesondere auch durch externe Bauteile, z. B. als Zenerdiodenanordnung realisiert werden.

Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in den Zeichnungen dargestellt und sollen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

Fig. 3 ein Beispiel für die Logikpegel des Signals (S) in verschiedenen Betriebsspannungsbereichen.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als Teil eines im weiteren nicht dargestellten Steuergerätes. Die Schaltungsanordnung besteht aus einem digitalen Schaltkreis (SK), beispielsweise ausgeführt als Mikroprozessor, der mindestens einen digitalen Eingang (E) aufweist, dem ein digitales Eingangssignal (S) zugeführt wird.

Die Logikpegel des Eingangssignales (S) sind von der Betriebsspannung (UB) abhängig. Dieses ist in der Fig. 3 dargestellt. So liebt beispielsweise bei einer Betriebsspannung von 12 Volt der low-Pegel von S zwischen 0 und 2 Volt und der high-Pegel oberhalb von 6 Volt (Fig. 3b). Bei einer Betriebsspannung von UB = 24 Volt kann der low-Pegel von S im Intervall von 0 bis 4 Volt und der high-Pegel von S oberhalb von 12 Volt liegen (Fig. 3c).

Angenommen der digitale Schaltkreis (SK) erkennt ein low-Signal bei einem Eingangspegel kleiner gleich 1 Volt und ein high-Signal bei einem Eingangspegel größer gleich 3 Volt. Dann ist im Fall von UB = 12 Volt eine Signalteilung von 2 : 1 und im Falle von UB = 24 Volt eine Signalteilung von 4 : 1 vorzusehen.

In der Fig. 1 erfolgt die Signalteilung von 2 : 1 (für UB = 12 Volt) durch die Spannungsteileranordnung aus den Widerständen (R1, R2). Der Widerstand (R3) ist hier unwirksam, da der Ausgangstreiber (AT) hochohmig geschaltet ist.

Im höheren Betriebsspannungsbereich schaltet der Ausgangstreiber (AT) des Schaltkreises (S) den weiteren Widerstand (R3) gegen Massepotential, so daß der Widerstand (R3) nun dem Widerstand (R2) parallel geschaltet ist. Durch geeignete Dimensionierung des Widerstandes (R3) besitzt nun die Spannungsteileranordnung aus R1, R2 und R3 ein Teilerverhältnis von 4 : 1.

Der Ausgangstreiber (AT) des Schaltkreises (SK) wird durch einen Spannungsdetektor (UD) bei einem Spannungswert zwischen 12 und 24 Volt geschaltet. Als Spannungsdetektor kann hierbei ein Analog-Digital-Wandler, ein Komperator oder ein sonstiges spannungsdetektierendes Bauteil (z. B. Zenerdiode) Verwendung finden.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gegenüber nicht erfindungsgemäßen Lösungen besteht darin, daß zur Logikpegelumwandlung auch bei einer Vielzahl von digitalen Eingängen nur ein einziger Spannungsdetektor (UD) benötigt wird, der alle zugehörigen Ausgangstreiber (AT) ansteuert.

Besitzt der Schaltkreis (SK) statt eines Ausgangstreibers (AT) nur einen relativ leistungsarmen steuerbaren Ausgang (A), so kann, wie in der Fig. 2 gezeigt, auch die Einschaltung des Widerstandes (3) über einen Schaltverstärker (Transistor TR) vorgesehen werden.

Als alternative (in der Fig. 2 nicht dargestellte) Möglichkeit kann sogar ganz auf einen Ausgang (A) des digitalen Schaltkreises (SK) verzichtet werden und der Schalteingang des Schaltverstärkers (TR) direkt von einem aus diskreten Bauteilen bestehenden Spannungsdetektor angesteuert werden.

In jedem Fall kann so auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Anpassung von Logikpegeln an Eingängen des digitalen Schaltkreises (SK) in verschiedenen Betriebsspannungsbereichen vorgenommen werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb in verschiedenen Betriebsspannungsbereichen mit einem digitalen Schaltkreis (SK), dem mindestens ein digitales Eingangssignal (S) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem digitalen Schaltkreis (SK) das Eingangssignal (S) über eine Spannungsteileranordnung (R1, R2) zugeführt wird, und daß ein Spannungsdetektor (UD) vorgesehen ist, welcher abhängig von der Höhe der Betriebsspannung (UB) mindestens ein Schaltmittel (AT, TR) ansteuert, welches mindestens einen weiteren Widerstand (R3) parallel zu einem Widerstand (R2) der Spannungsteileranordnung (R1, R2) schaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Schaltkreis ein Mikroprozessor ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Widerstand (R3) über einen Ausgangstreiber (AT) des Mikroprozessors angesteuert wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Widerstand (R3) über ein als Transistor (TR) ausgebildetes Schaltmittel eingeschaltet wird.