DE19814696C1 - Spannungs-Überwachungseinrichtung für zwei unterschiedliche Versorgungsspannungen eines elektronischen Geräts - Google Patents
Spannungs-Überwachungseinrichtung für zwei unterschiedliche Versorgungsspannungen eines elektronischen GerätsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Spannungs-Überwachungseinrichtung
für zwei unterschiedliche Versorgungsspannungen eines elek
tronischen Geräts nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die benötigten Versorgungsspannungen beispielsweise eines Mi
krocontrollers werden üblicherweise mittels integrierter
Spannungsregler aus einer Betriebsspannung erzeugt.
Aus DE 36 12 237 A1 ist eine Anordnung zur Überwachung von
Spannungen bekannt, die über einen Multiplexer einem Analog-
Digital-Wandler zugeführt und in einem Mikroprozessor mit ge
speicherten Grenzwerten verglichen werden. Das Vergleichser
gebnis wird in einer Anzeigevorrichtung angezeigt.
Aus DE-Z "DESIGN", Ausgabe 5 vom 01.03.1988, Sei
ten 13 und 16 ist ein Spannungsüberwachungs-IC bekannt, wel
ches ein Resetsignal auslöst, wenn die zu überwachende Span
nung unter einen bestimmten Spannungswert fällt.
Integrierte Spannungsregler sind in der Regel mit einem inte
grierten Spannungsüberwacher - bestehend aus einem Analog-
Digital-Wandler und einem Komparator - ausgerüstet und geben
ein Resetsignal aus, wenn ihre Ausgangsspannung, eine Versor
gungsspannung des elektronischen Geräts, außerhalb eines de
finierten Spannungsbereichs liegt.
Durch die Integration der Spannungsüberwacher auf dem jewei
ligen Spannungsregler ist eine lineare Unabhängigkeit von
Ausgangsspannung und Spannungsüberwachung jedes Spannungsreg
lers und der Ausgangsspannungen beider Spannungsregler unter
einander nicht gewährleistet, da Ausgangsspannungserzeugung
und Spannungsüberwachung eines Spannungsreglers dieselbe Re
ferenzspannung benutzen bzw. beide Regler unterschiedliche
Referenzspannungen erzeugen können. Ein Fehler infolge einer
unzulässig hohen Drift der Referenzspannung eines Spannungs
reglers ist wegen der gemeinsamen Verwendung für Spannungser
zeugung und -überwachung nicht zu erkennen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannungs-Überwachungs
einrichtung für zwei unterschiedliche Versorgungsspannungen
eines elektronischen Geräts, insbesondere die Versorgungs
spannungen eines Mikrocontrollers, zu schaffen, bei der eine
lineare Unabhängigkeit von Ausgangsspannung und Spannungs
überwachung eines Spannungsreglers und der Ausgangsspannungen
beider Spannungsregler untereinander gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An
spruchs 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist im folgenden
unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung anhand der
Spannungsversorgung eines Mikrocontrollers einer Kraftfahr
zeug-Motorsteuerung mit zwei unterschiedlichen Versorgungs
spannungen näher erläutert.
In der einzigen Figur ist ein Mikrocontroller µC schematisch
als Kasten dargestellt, welcher Anschlüsse für zwei Versor
gungsspannungen U1, U2 (beispielsweise U1 = 5 V, U2 = 3.3 V)
und ein Bezugspotential GND aufweist. Die Versorgungsspannun
gen U1, U2 werden üblicherweise mittels bekannter, integrier
ter Spannungsregler R1, R2 aus einer Betriebsspannung UB
(beispielsweise 12 V) gewonnen, die größer als eine der beiden
Versorgungsspannungen U1, U2 sein muß.
Auf jedem Spannungsregler R1, R2 ist ein nicht dargestellter
Spannungsüberwacher integriert, der ein Resetsignal ausgibt,
wenn die Ausgangsspannung - die Versorgungsspannung - einen
definierten Spannungsbereich, beispielsweise U1, U2 ±10%,
verläßt. Die Resetausgänge beider Spannungsregler R1, R2
sind, in nicht dargestellter Weise gegeneinander entkoppelt,
mit einem Reseteingang Res1 des Mikrocontrollers µC verbun
den. Durch ein Resetsignal wird der Mikrocontroller in einen
sicheren Zustand gebracht (z. B. abgeschaltet).
Die vorstehend beschriebene Schaltung entspricht der bekann
ten, üblichen Erzeugung zweier unterschiedlicher Spannungen.
Um eine lineare Unabhängigkeit von Ausgangsspannung und Span
nungsüberwachung jedes Spannungsreglers für sich und der Aus
gangsspannungen beider Spannungsregler untereinander zu ge
währleisten, ist erfindungsgemäß (in der Zeichnung fett her
vorgehoben) ein weiterer, ratiometrisch arbeitender Analog-
Digital-Wandler ADC vorgesehen.
Der besondere Vorteil bei der Überwachung der beiden Versor
gungsspannungen U1, U2 des Mikrocontrollers µC (auf bei
spielsweise U1, U2 ±5%) ist, daß auf diesem bereits wenig
stens ein ratiometrisch arbeitender Analog-Digital-Wandler
integriert ist.
Dessen Referenzeingang Ref wird die höhere der beiden Aus
gangsspannungen (in diesem Fall U1 des Spannungsreglers R1)
als Referenzspannung zugeführt, während die niedrigere Aus
gangsspannung U2 des Reglers R2 dem analogen Meßeingang A zu
geführt wird.
Ein ratiometrisch arbeitender Analog-Digital-Wandler bildet
das Verhältnis der analogen Eingangsspannung U2 zur Referenz
spannung U1, also U2/U1 in seinem Wertebereich von z. B.
210 - 1 = 1023 Schritten digital ab: der am Ausgang des Analog-
Digital-Wandlers ADC erscheinende Digitalwert D des analogen
Eingangswertes U2, bezogen auf den Wertebereich von 1023
Schritten
Der Digitalwert D wird in einem nachfolgenden Fensterkompara
tor K, welcher im Mikrocontroller µC softwaremäßig darge
stellt werden kann, mit vorgegebenen Grenzwerten G1, G2 (bei
spielsweise G1 = 675 + 34 = 709 bzw. G2 = 675 - 34 = 641,
entsprechend einem Verhältnis U2/U1 = 3.3/5 ± 5%) verglichen.
Es wird also das Verhältnis U2/U1 daraufhin überwacht, ob es
innerhalb des für den Mikrocontroller µC zulässigen Bereichs
liegt. Dabei wird angenommen, daß die Wahrscheinlichkeit für
ein gleichzeitiges Driften beider Spannungen in die gleiche
Richtung vernachlässigbar klein ist (Potenzierung nicht kor
relierter Wahrscheinlichkeiten).
Verläßt das Verhältnis der beiden Spannungen den vordefinier
ten Bereich (D < G1 oder D < G2), so erscheint am Ausgang des
Fensterkomparators ein Resetsignal Res2, wodurch der Mikro
controller µC, wie durch das Resetsignal Res1, in einen si
cheren Zustand gebracht wird.
Da die Versorgungsspannung U2 innerhalb des Meßbereichs von
U1 des Analog-Digital-Wandlers ADC liegt, wird kein Span
nungsteiler benötigt, welcher, bedingt durch die Toleranz der
Bauelemente, die Meßgenauigkeit reduzieren würde.
Die einzige Fehlerquelle der erfindungsgemäßen Spannungs-
Überwachungseinrichtung ist die Meßgenauigkeit des Analog-
Digital-Wandlers ADC, die bei einer Auflösung von 10 Bit ei
nen typischen Wert von 0.1% aufweist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Spannungs-Über
wachungseinrichtung werden nicht nur die Versorgungsspannun
gen, d. h., die Ausgangsspannungen der beiden Spannungsregler
für sich, sondern wird auch deren Verhältnis überwacht, wo
durch nicht nur die lineare Unabhängigkeit beider Spannungs
überwachungen erreicht wird, sondern auch ein engerer Tole
ranzbereich als derjenige der beiden Spannungsregler R1, R2
definiert werden kann; im Falle der Überwachung eines Mikro
controllers ohne zusätzlich erforderliche Hardware-Komponen
ten.
Claims (2)
1. Spannungs-Überwachungseinrichtung für zwei unterschiedli
che Versorgungsspannungen (U1, U2) eines elektronischen Ge
räts, wobei jede Versorgungsspannung (U1, U2) aus einer Be
triebsspannung (UB) mittels eines integrierten Spannungsreg
lers (R1, R2) erzeugt und mittels eines im Spannungsregler
befindlichen Spannungsüberwachers mittels eines Analog-
Digital-Wandlers und eines Fensterkomparators überwacht wird,
wobei der Spannungsregler (R1, R2) ein Resetsignal (Res1) an
das elektronische Gerät ausgibt, um es in einen sicheren Zu
stand zu bringen, wenn die überwachte Versorgungsspannung ei
nen definierten Toleranzbereich verläßt,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- 1. daß ein weiterer, ratiometrisch arbeitender Analog-Digital- Wandler (ADC) vorgesehen ist, dessen Referenzeingang (Ref) die größere Versorgungsspannung (U1), und dessen Meßeingang (A) die kleinere Versorgungsspannung (U2) zugeführt wird, und
- 2. daß ein weiterer Fensterkomparator (K) vorgesehen ist, wel chem der am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers (ADC) er scheinende Digitalwert (D) zugeführt wird, in welchem er mit vorgegebenen Grenzwerten (G1, G2) verglichen wird, und wobei der weitere Fensterkomparator (K) ein weiteres Resetsignal (Res2) er zeugt, wenn der Digitalwert (D) den größeren Grenzwert (G1) überschreitet oder den kleineren Grenzwert (G2) unterschrei tet.
2. Spannungs-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet,
daß das elektronische Gerät ein Mikrocontroller (µC) ist, auf
welchem der weitere Analog-Digital-Wandler (ADC) integriert
ist, und in welchem der weitere Fensterkomparator (K) softwa
remäßig dargestellt ist.
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