专利摘要:
Eswird ein Power-Baustein beschrieben, durch welchen am Power-Bausteinangeschlossene elektrische Verbraucher steuerbar sind, wobei die Steuerungder elektrischen Verbraucher durch den Power-Baustein entsprechendeinem dem Power-Baustein durch Verbrauchersteuerdaten vorgegebenenTiming erfolgt und wobei der Power-Baustein mit einem Steuer-Bausteinverbunden ist und von diesem Steuer-Baustein die erwähnten Verbrauchersteuerdatenzugeführtbekommt. Der beschriebene Power-Baustein zeichnet sich dadurch aus, daß er ersteine vorbestimmte Zeit nach dem Empfang der Verbrauchersteuerdatendamit beginnt, die elektrischen Verbraucher unter Berücksichtigungder betreffenden Verbrauchersteuerdaten anzusteuern.
公开号:DE102004027918A1
申请号:DE200410027918
申请日:2004-06-09
公开日:2006-01-05
发明作者:Jens Dr.-Ing. Barrenscheen
申请人:Infineon Technologies AG;
IPC主号:G05B19-04
专利说明:
[0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriffdes Patentanspruchs 1.
[0002] DerSteuer-Baustein wird im allgemeinen durch einen Mikrocontrollergebildet, kann aber beispielsweise auch ein Mikroprozessor, einSignalprozessor, eine State Machine, oder eine sonstige Steuervorrichtungsein.
[0003] ImMikrocontroller wird ein Steuerprogramm ausgeführt, durch welches festgelegtwird, wie die am Power-Baustein angeschlossenen elektrischen Verbraucheranzusteuern sind. Der Mikrocontroller steuert die Verbraucher jedochnicht selbst an, sondern tut dies über den Power-Baustein.
[0004] DerPower-Baustein tut im wesentlichen nichts anderes, als die an ihmangeschlossenen elektrischen Verbraucher entsprechend den Vorgaben desMikrocontrollers anzusteuern.
[0005] SolcheAnordnungen kommen beispielsweise zum Einsatz, wenn der Mikrocontrollernicht in der Lage ist, die elektrischen Verbraucher selbst anzusteuern.Dies ist insbesondere der Fall, wenn die den Verbrauchern zuzuführendenSpannungen und/oder Strömeso groß sind,daß sieder Mikrocontroller nicht selbst erzeugen kann oder nur mit einemnicht vertretbaren Aufwand selbst erzeugen könnte.
[0006] SolcheAnordnungen werden beispielsweise, aber nicht ausschließlich inKraftfahrzeug-Steuergeräteneingesetzt. Kraftfahrzeug-Steuergeräte müssen unter anderem eine ganzeReihe von Verbrauchern durch Zuführenvon Energie und Unterbrechung der Energiezufuhr steuern. Die meistenVerbraucher müssendabei mit so hohen Spannungen (beispielsweise 12 V) und/oder sohohen Strömen (beispielsweise1A und größer) versorgt werden,daß sienicht von einem Mikrocontroller, aber sehr wohl von einem Power-Bausteinerzeugt werden können.
[0007] DerPower-Baustein ist durch den Mikrocontroller konfigurierbar, undbekommt vom Mikrocontroller das Timing für die Verbraucher-Ansteuerung vorgegeben.
[0008] DieKonfigurierung des Power-Bausteins erfolgt durch die Übertragungvon im folgenden als Kontrolldaten bezeichneten Daten an den Power-Baustein.Durch die Konfigurierung des Power-Bausteins kann in diesem beispielsweiseeingestellt werden, ob er im normalen Modus oder in einem besonderenModus, beispielsweise im Sleep-Modus arbeiten soll.
[0009] DieVorgabe des Timings fürdie Verbraucher-Ansteuerung erfolgt durch die Übertragung von im folgendenals Verbrauchersteuerdaten bezeichneten Signalen oder Daten an denPower-Baustein.Als Verbrauchersteuerdaten könnenbeispielsweise von einem Timer des Mikrocontrollers erzeugte pulsweitenmodulierteSignale verwendet werden.
[0010] Esgibt Power-Bausteine, die zusätzlichan den Mikrocontroller Statusinformationen übermitteln, durch welche demMikrocontroller im Power-Baustein herrschende Zustände oderauftretende Ereignisse signalisiert werden. Die Statusinformationen werdendurch die Übertragungvon im folgenden als Diagnosedaten bezeichnete Daten an den Mikrocontroller übermittelt.Durch diese Diagnosedaten kann dem Mikrocontroller beispielsweisesignalisiert werden, daß einVerbraucher zu viel Strom zieht, oder daß eine Übertemperatur vorliegt.
[0011] Bei älteren Anordnungender vorstehend beschriebenen Art stellte unter anderem die Übertragungder Verbrauchersteuerdaten ein Problem dar: bis vor nicht allzulangerZeit erfolgte die Übertragung derart,daß für jedender am Power-Bausteinangeschlossenen Verbraucher auf einer eigenen Leitung ein eigenespulsweitenmoduliertes Signal zum Power- Baustein übertragen wurde. Diese Artder Verbrauchersteuerdaten-Übertragungerwies sich als nachteilig, weil der Mikrocontroller und der Power-Bausteinin diesem Fall übersehr viele Leitungen miteinander verbunden sein müssen undeine entsprechend großeAnzahl von Ein- und/oder Ausgabe-Anschlüssen aufweisenmüssen.
[0012] DiesesProblem wurde durch die Entwicklung des sogenannten Microsecond-Bussesabgeschwächt.Der Microsecond-Bus weist die Besonderheit auf, daß die früher parallelzum Power-Baustein übertragenenVerbrauchersteuer-Signale in regelmäßigen zeitlichen Abständen, beispielsweisein zeitlichen Abständenvon 1 μsabgetastet werden, und daß dieAbtastwerte übereinen einzigen Übertragungskanalseriell zum Power-Baustein übertragen werden.Der Power-Baustein rekonstruiert aus den ihm zugeführten Datendie abgetasteten pulsweitenmodulierten Signale und steuert die anihm angeschlossenen Verbraucher entsprechend an. Dadurch läßt sicheine erhebliche Reduzierung der zwischen dem Mikrocontroller unddem Power-Baustein vorzusehenden Leitungen erzielen und entsprechendgeringer ist auch die Anzahl der vorzusehenden Ein- und/oder Ausgabeanschlüsse desMikrocontrollers und des Power-Bausteins.
[0013] Derprinzipielle Aufbau einer Anordnung, bei welcher ein Mikrocontrollerund ein Power-Baustein übereinen Microsecond-Bus miteinander verbunden sind, ist in 1 veranschaulicht.
[0014] Die 1 zeigteinen Mikrocontroller MC, einen Power-Baustein PC, und einen denMikrocontroller und den Power-Baustein verbindenden Microsecond-BusMSB.
[0015] DieAnordnung gemäß 1 enthält darüber hinauseinen oder mehrere elektrische Verbraucher, die am Power-Bausteinangeschlossen sind und von diesem entsprechend den Vorgaben desMikrocontrollers MC gesteuert werden. Diese elektrischen Verbrauchersind in der 1 jedoch nicht gezeigt.
[0016] DerMikrocontroller MC enthälteine CPU CPU, einen Timer T, einen Microsecond-Bus-Controller MSC,und diverse weitere Einheiten P1 bis Pn, wobei die genannten Komponenten über eineninternen System-Bus SYSBUS miteinander verbunden sind.
[0017] DerTimer T erzeugt das Timing der Verbraucher-Ansteuerung vorgebendepulsweitenmodulierten Signale, und führt diese über den System-Bus SYSBUS demMicrosecond-Bus-Controller MSC zu. Der Timer erzeugt im betrachtetenBeispiel insgesamt 16 Ausgangssignale, von welchen jedes ein Bit umfaßt, undanzeigt, ob eine im Timer eingestellte, dem jeweiligen Timer-Ausgangssignal zugeordnete Bedingungerfülltist oder nicht. Die Timer-Ausgangssignale werden in bestimmten zeitlichenAbständen, beispielsweisein zeitlichen Abständenvon 1 μszum Microsecond-Bus-Controller MSC übertragen, welcher diese Signaleseriell überden Microsecond-Bus MSB zum Power-Baustein PC überträgt.
[0018] DerMicrosecond-Bus MSB umfaßteinen ersten ÜbertragungskanalTC1 und einen zweiten ÜbertragungskanalTC2, wobei der erste ÜbertragungskanalTC1 aus Leitungen DATA1a, DATA1b, CLK1, und CS1 besteht, und wobeider zweite ÜbertragungskanalTC2 aus Leitungen DATA2, CLK2, und CS2 besteht.
[0019] Über dieLeitung CLK2 überträgt der MikrocontrollerMC zum Power-Baustein PC ein Übertragungstaktsignal.
[0020] Über dieLeitung DATA2 überträgt der MikrocontrollerMC zum Power-Baustein PC im Takt des über die Leitung CLK2 übertragenen Übertragungstaktsignalsseriell die jeweils aktuellen Pegel der Timer-Ausgangssignale, alsodie Verbrauchersteuerdaten.
[0021] Über dieLeitung CS2 überträgt der MikrocontrollerMC zum Power-Baustein PC ein Chip-Select-Signal, durch welches demPower-Baustein der Beginn und das Ende der Übertragung von für den Power-Bausteinbestimmten Daten überdie Leitung DATA2 signalisiert wird.
[0022] Über dieLeitung CLK1 überträgt der MikrocontrollerMC zum Power-Baustein PC ein Übertragungstaktsignal.
[0023] Über dieLeitung DATA1a überträgt der MikrocontrollerMC zum Power-Baustein PC im Takt des über die Leitung CLK1 übertragenen Übertragungstaktsignalsseriell Kontrolldaten, und synchron hierzu überträgt der Power-Baustein PC über dieLeitung DATA1b zum Mikrocontroller seriell Diagnosedaten.
[0024] Über dieLeitung CS1 überträgt der MikrocontrollerMC zum Power-Baustein PC ein Chip-Select-Signal, durch welches demPower-Baustein der Beginn und das Ende der Übertragung von für den Power-Bausteinbestimmten Daten überdie Leitung DATA1a signalisiert wird.
[0025] Wieaus den vorstehenden Erläuterungenersichtlich ist, läßt sichdurch die Verwendung des Microsecond-Bus die Anzahl der Leitungenzwischen dem Mikrocontroller MC und dem Power-Baustein PC und damitauch die Anzahl der Ein- und/oder Ausgabeanschlüsse des Mikrocontrollers unddes Power-Bausteins erheblich verringern. Zwischen dem MikrocontrollerMC und dem Power-Baustein PC sind nur noch 7 Leitungen vorzusehen;bei der übertragungder Timer-Ausgangssignale überjeweils eine eigene Leitung wärenalleine schon fürdie Übertragungder Timer-Ausgangssignale 16 Leitungen vorzusehen.
[0026] WeitereVerbesserungen lassen sich erzielen, wenn der Power-Baustein und derMikrocontroller überden sogenannten Microsecond-Bus der zweiten Generation miteinanderverbunden sind. Eine Anordnung, bei welcher dies der Fall ist, istin 2 dargestellt.
[0027] Diein der 2 gezeigte Anordnung enthält einen Mikrocontroller MCN,einen Power-Baustein PCN, und einen die genann ten Bausteine miteinanderverbindenden modifizierten Microsecond-Bus MSBN.
[0028] DieAnordnung gemäß 2 enthält darüber hinauseinen oder mehrere elektrische Verbraucher, die am Power-BausteinPCN angeschlossen sind und von diesem entsprechend den Vorgabendes Mikrocontrollers MC gesteuert werden. Diese elektrischen Verbrauchersind in der 2 jedoch nicht gezeigt.
[0029] Dermodifizierte Microsecond-Bus MSBN ist der erwähnte Microsecond-Bus der zweitenGeneration und wird im folgenden der Einfachheit halber als Microsecond-Busbezeichnet. Dies bedeutet jedoch nicht, daß es hierbei um den vorstehendunter Bezugnahme auf die 1 beschriebenen Microsecond-Bushandelt. Der hier im folgenden beschriebene Microsecond-Bus derzweiten Generation weist gegenüberdem eingangs beschriebenen Microsecond-Bus der ersten Generationeine ganze Reihe von späternoch genauer beschriebenen Unterschieden auf.
[0030] DerMikrocontroller MCN enthälteine CPU CPU, einen Timer T, einen Microsecond-Bus-Controller MSCN,und diverse weitere Einheiten P1 bis Pn, wobei die genannten Komponenten über eineninternen System-Bus SYSBUS miteinander verbunden sind, und wobeider Timer T und der Microsecond-Bus-Controller MSCN über zusätzlicheinterne Busse ALTIN0 und ALTIN1 miteinander verbunden sind.
[0031] DerTimer T erzeugt die zum Power-Baustein PC zu übertragenen Timer-Ausgangssignale,und führtdiese dem Microsecond-Bus-ControllerMSCN überdie Busse ALTIN0 und ALTIN1 zu. Der Timer erzeugt im betrachtetenBeispiel insgesamt 32 Ausgangssignale, von welchen jedes ein Bitumfaßt,und anzeigt, ob eine im Timer eingestellte, dem jeweiligen Timer-Ausgangssignalzugeordnete Bedingung erfülltist oder nicht. Die Timer-Ausgangssignale werden in bestimmten zeitlichenAbständen,beispielsweise in zeitlichen Abständen von 1 μs zum Microsecond-Bus-ControllerMSCN übertragen,welcher diese Signale seriell überden Microsecond-Bus MSB zum Power-Baustein PC überträgt.
[0032] DerMicrosecond-Bus MSBN umfaßteinen ersten ÜbertragungskanalTCN1 und einen zweiten ÜbertragungskanalTCN2, wobei der erste ÜbertragungskanalTCN1 aus einer einzigen Leitung SDI besteht, und wobei der zweite Übertragungskanal TCN2aus Leitungen SO, FCL, und EN besteht.
[0033] Über dieLeitung FCL überträgt der MikrocontrollerMC zum Power-Baustein PC ein Übertragungstaktsignal.Die Leitung FCL entspricht der Leitung CLK2 der in der 1 gezeigtenherkömmlichenAnordnung. Allerdings wird das überdie Leitung FCL übertragene Übertragungstaktsignalim allgemeinen eine höhereFrequenz haben als der überdie Leitung CLK2 übertragene Übertragungstaktsignal.
[0034] Über dieLeitung SO überträgt der MikrocontrollerMC zum Power-Baustein PC im Takt des über die Leitung FCL übertragenen Übertragungstaktsignalsseriell Verbrauchersteuerdaten und Kontrolldaten. Die Verbrauchersteuerdatenhaben den selben Inhalt wie die überdie Leitung DATA2 der in der 1 gezeigtenAnordnung übertragenenDaten. Allerdings könnenzwischen den Verbrauchersteuerdaten Kontrolldaten übertragenwerden. Die Übertragungder überdie Leitung SO zu übertragendenDaten erfolgt also im Zeitmultiplex. Dies wird später nochgenauer beschrieben.
[0035] Über dieLeitung EN überträgt der MikrocontrollerMC zum Power-Baustein PC ein Chip-Select-Signal, durch welches demPower-Baustein der Beginn und das Ende der Übertragung von für den Power-Bausteinbestimmten Daten überdie Datenleitung SO signalisiert wird. Die Leitung EN entspricht derLeitung CS2 der in der 1 gezeigten herkömmlichenAnordnung.
[0036] Über dieLeitung SDI überträgt der Power-BausteinPC zum Mikrocontroller seriell Diagnosedaten. Die Übertragungder Diagnosedaten erfolgt vorzugsweise asynchron. Diese und andere Übertragungsmöglichkeitenwerden späternoch genauer beschrieben.
[0037] Wieerwähntwerden die überdie Leitung SO zu übertragendenDaten, also die Verbrauchersteuerdaten und die Kontrolldaten imZeitmultiplex übertragen.
[0038] DerMicrosecond-Bus-Controller MSCN generiert intern Zeitfenster konstanterLänge und überträgt in jedemZeitfenster entweder Verbrauchersteuerdaten, Kontrolldaten, oderkeine Daten. Mit der Übertragungder jeweils zu übertragendenDaten wird immer zu Beginn eines Zeitfensters begonnen. Die Übertragungder Verbrauchersteuerdaten erfolgt im betrachteten Beispiel so,daß einemZeitfenster, in welchem Verbrauchersteuerdaten zum Power-Baustein übertragenwurden, immer n Zeitfenster folgen, in welchem keine Verbrauchersteuerdatenzum Power-Baustein übertragenwerden, so daß alsoin jedem n+1-ten Zeitfenster Verbrauchersteuerdaten zum Power-Baustein übertragenwerden. n ist eine durch die CPU des Mikrocontrollers einstellbarer Wert,und liegt im betrachteten Beispiel zwischen 0 und 15. In den Zeitfenstern,die nicht fürdie Übertragungvon Verbrauchersteuerdaten reserviert sind, können Kontrolldaten zum Power-Baustein übertragenwerden.
[0039] EinSonderfall liegt vor, wenn n = 0 ist. In diesem Fall existierenkeine Zeitfenster, die nicht fürdie Übertragungvon Verbrauchersteuerdaten reserviert sind. Daher wird bei n = 0so vorgegangen, daß die Übertragungvon Kontrolldaten Vorrang vor der Übertragung von Verbrauchersteuerdatenhat. D.h., wenn im Microsecond-Bus-Controller MSCN zum Power-Bausteinzu übertragendeKontrolldaten vorliegen, werden diese Kontrolldaten anstelle dereigentlich zu übertragendenVerbrauchersteuerdaten übertragen.Daß die Übertragungvon Kontrolldaten Vorrang vor der Übertragung von Verbaucher steuerdatenhat, kann auch vorgesehen werden, wenn n zwischen 1 und 15 liegt.
[0040] Diepro Zeitfenster übertragenenVerbrauchersteuerdaten umfassen im betrachteten Beispiel jeweils32 Bits, von welchen jedes fürdie Steuerung eines anderen Verbrauchers bestimmt ist; der Mikrocontrollerkann im betrachteten Beispiel bis zu 32 Verbraucher steuern. Diepro Zeitfenster übertragenenKontrolldaten umfassen im betrachteten Beispiel ebenfalls jeweils32 Bits, könnenaber auch mehr Bits oder weniger Bits umfassen. Sowohl die Verbrauchersteuerdatenals auch die Kontrolldaten werden zusammen mit einer Information übertragen,anhand welcher der Power-Baustein ermitteln kann, ob es sich beiden jeweils übertragenenDaten um Verbrauchersteuerdaten oder um Kontrolldaten handelt.
[0041] Imfolgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 der Aufbaudes Teils des Microsecond-Bus-Controllers MSCN beschrieben, welcher die über dieLeitungen FCL, SO, und EN übertragenenDaten auf diese Leitungen ausgibt.
[0042] Dergezeigte Teil des Microsecond-Bus-Controllers MSCN umfaßt eineSteuereinrichtung CTRL, eine Schieberegister SRH und SRL umfassende SchieberegistereinheitSR, Auswahleinrichtungen SELH und SELL, ein Datenregister DD, undein Kommandoregister DC.
[0043] DieSteuereinrichtung CTRL – erzeugt aus einem der SteuereinrichtungzugeführtenTaktsignal fMSC das über die Leitung FCL zu übertragenden Übertragungstaktsignalund gibt dieses auf die Leitung FCL aus, – erzeugtdas überdie Leitung EN zu übertragendeChip-Select-Signalund gibt dieses auf die Leitung EN aus, und – steuertdie Schieberegistereinheit SR.
[0044] DasKommandoregister DC ist ein 32 Bits umfassendes Register, in welchemzum Power-Baustein zu übertragendeKontrolldaten gespeichert werden. Diese Daten werden durch die CPUerzeugt und überden Systembus SYSBUS in das Kommandoregister DC geschrieben.
[0045] DasDatenregister DD ist ein 32 Bits umfassendes Register, in welchemVerbrauchersteuerdaten gespeichert werden. Diese Daten werden durch dieCPU erzeugt und überden Systembus SYSBUS in das Datenregister DC geschrieben.
[0046] DieAuswahleinrichtungen SELH und SELL sind den Schieberegistern SRHund SRL vorgeschaltete Einrichtungen, durch welche bestimmt wird,welche Daten in die Schieberegister geschrieben werden.
[0047] DerAuswahleinrichtung SELL werden die 16 niederwertigsten Bits desKommandoregisters DC, die 16 niederwertigsten Bits des DatenregistersDD, und die überBus ALTIN0 übertragenen,16 Bits umfassenden Daten zugeführt.Der Auswahleinrichtung SELH werden die 16 höchstwertigsten Bits des KommandoregistersDC, die 16 höchstwertigstenBits des Datenregisters DD, und die über Bus ALTIN1 übertragenen,ebenfalls 16 Bits umfassenden Daten zugeführt. Die AuswahleinrichtungenSELL und SELH weisen einen Steueranschluß SELCTRL auf, über welcheneinstellbar ist, welche der den Auswahleinrichtungen SELL und SELHzugeführtenDaten zu den Schieberegistern SRL und SRH weitergeleitet werden.Die Festlegung erfolgt bitweise. D.h., es ist für jedes einzelne Bit der zuden Schieberegistern SRL und SRH weitergeleiteten Daten festlegbar,aus welcher Quelle es stammt.
[0048] DieSteuerung de Auswahleinrichtungen SELL und SELH erfolgt durch dieCPU des Mikrocontrollers, oder durch die Steuereinrichtung CTRL.
[0049] Diezu den Schieberegistern SRL und SRH weitergeleiteten Daten werdenparallel in diese übernommen,und anschließend seriellim Takt des über dieLeitung FCL übertragenen Übertragungstaktsignalsauf die Leitung SO ausgegeben.
[0050] Zeitgleichmit dem Beginn der Übertragung vonDaten überdie Leitung SO geht das überdie Leitung EN übertrageneChip-Select-Signalvom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel (oder umgekehrt). Nachdemdie innerhalb eines Zeitfensters zu übertragenden Daten übertragensind, genauer gesagt im wesentlichen zeitgleich hiermit geht dasChip-Select-Signal vom hohen Pegel wieder auf den niedrigen Pegelzurück(oder umgekehrt). Das Chip-Select-Signal signalisiert dem Power-Bausteinden Beginn und das Ende der Übertragungvon fürden Power-Baustein bestimmten Daten über die Leitung SO.
[0051] DerMicrosecond-Bus-Controller MSCN ist in der Lage, mehrere Power-Bausteineanzusteuern. Dadurch könnendurch den Microsecond-Bus-Controller MSCN auch mehr Verbraucherangesteuert werden als es der Fall wäre, wenn der Microsecond-Bus-ControllerMSCN nur einen einzigen Power-Baustein ansteuern könnte.
[0052] Wennder Microsecond-Bus-Controller MSCN an unterschiedlichen Power-Bausteinenangeschlossene Verbraucher ansteuern können soll, muß für jedenweiteren Power-Baustein eine zusätzlicheChip-Select-Leitung EN vorgesehen werden. Wenn der Microsecond-Bus-ControllerMSCN also beispielsweise an vier Power-Bausteine Verbrauchersteuerdaten übertragenkönnensoll, müssen vierChip-Select-Leitungen EN1 bis EN4 vorgesehen werden, wobei jededieser Chip-Select-Leitungen mit genau einem Power-Baustein verbundenist, also beispielsweise die Chip-Select-Leitung EN1 mit dem ersten Power-BausteinPCN1, die Chip-Select-Leitung EN2 mit dem zweiten Power-BausteinPCN2, die Chip-Select-Leitung EN3 mit dem dritten Power-BausteinPCN3, und die Chip-Select-Leitung EN4 mit dem vierten Power-Baustein PCN4. Esmüssenjedoch nicht mehrere Leitungen FCL und auch nicht mehrere LeitungenSO vorgesehen werden. Die vorhandene einzige FCL-Leitung und dievorhandene einzige SO- Leitungsind jeweils mit allen Power-Bausteinen verbunden. Für welchenPower-Baustein die überdie Leitungen FCL und SO übertragenenDaten bzw. Signale bestimmt sind, wird den Power-Bausteinen durchdie überdie Chip-Select-Leitungen EN1 bis EN4 übertragenen Chip-Select-Signalesignalisiert. Eine Anordnung, die einen Mikrocontroller und vierdaran angeschlossene Power-Bausteine umfaßt, ist in 5 dargestellt.
[0053] DerMicrosecond-Bus-Controller MSCN weist die Besonderheit auf, daß die innerhalbeines Zeitfensters ausgegebenen Verbrauchersteuerdaten für verschiedenePower-Bausteine bestimmt sein können,also beispielsweise die ersten 16 Bits dieser Daten für einenersten Power-Baustein, und die restlichen 16 Bits für einenanderen Power-Baustein. D.h., der betrachtete Microsecond-Bus-Controller MSCNist in der Lage, die Chip-Select-Signalewährendder Übertragungeiner als zusammenhängende Einheit übertragenenVerbrauchersteuerdaten umzuschalten. Dies ist übrigens der Grund dafür daß die SchieberegistereinheitSR nicht nur ein einziges, 32 Bits umfassendes Schieberegister enthält, sondern zwei16-Bit-Schieberegister SRL und SRH.
[0054] Wievorstehend bereits erwähntwurde, werden die vom Power-Baustein über dieLeitung SDI zum Mikrocontroller übertragenenDiagnosedaten vorzugsweise asynchron übertragen. Die Diagnosedatenwerden in Einheiten von Frames übertragen, dieim betrachteten Beispiel jeweils 12 Bits umfassen. Der Aufbau einessolchen Frame ist in 4 veranschaulicht.
[0055] Derin der 4 gezeigte Frame enthält – ein zurSynchronisation dienendes Start-Bit SB, welches im betrachtetenBeispiel immer den Wert "0" aufweist, – 8Bits umfassende Diagnosedaten D0 bis D7, – einzur Fehlerkontrolle dienendes Parity-Bit PB, – zweizur Synchronisation dienende Stop-Bits EB1 und EB2, welche im betrachtetenBeispiel immer den Wert "1" aufweisen.
[0056] Esdürfteeinleuchten und bedarf keiner näherenErläuterung,daß derFrame auch einen anderen Aufbau aufweisen könnte. Insbesondere können dieDiagnosedaten beliebig viel mehr oder weniger Bits aufweisen, undmuß derFrame nicht unbedingt ein Parity-Bit enthalten. Darüber hinauskönntevorgesehen werden, daß derFrame nur 1 Stop-Bit enthält.
[0057] Den Übertragungstakt,mit welchem der Power-Baustein die Bits der Diagnosedaten-Frames überträgt, generiertder Power-Baustein aus dem ihm überdie Leitung FCL übermittelten Übertragungstakt:der Power-Baustein teilt den ihm über die Leitung FCL zugeführten Übertragungstaktdurch einen ihm vorgegebenen Teilerfaktor und verwendet den darausresultierenden Takt als Übertragungstaktfür die Übertragungder Diagnosedaten. Der Teilerfaktor wird dem Power-Baustein durchden Mikrocontroller vorgegeben. Der Mikrocontroller übermitteltan den Power-Baustein bei der Initialisierung desselben Kontrolldaten,die unter anderem den zu verwendenden Teilerfaktor enthalten.
[0058] Dader fürdie Übertragungder Diagnosedaten verwendete Übertragungstaktim Power-Baustein nach den Vorgaben des Mikrocontrollers erzeugtwird und dem Mikrocontroller folglich bekannt ist, muß wedervom Mikrocontroller zum Power-Baustein, noch vom Power-Bausteinzum Mikrocontroller ein Taktsignal übertragen werden, das den für die Diagnosedaten-Übertragungzu verwendenden bzw. verwendeten Übertragungstakt repräsentiert.Dadurch kann die beim Microsecond-Bus der ersten Generation nochvorhandene Übertragungstakt-LeitungCLK1 ersatzlos entfallen.
[0059] Da über dieLeitung SDI nur Daten vom Power-Baustein zum Mikrocontroller übertragenwerden, kann auch die beim Micro second-Bus der ersten Generationnoch vorhandene Chip-Select-Leitung CS1ersatzlos entfallen.
[0060] Dieselben positiven Effekte ließensich erzielen, wenn in den Diagnosedaten-Frames die Start- und Stop-Bitsweggelassen werden, und der Mikrocontroller die Phasenlage der Diagnosedatendurch eine Überabtastungder Diagnosedaten ermittelt.
[0061] Eineweitere Alternative besteht darin, daß auch der erste ÜbertragungskanalTCN1 eine Übertragungstakt-Leitungumfaßt, über welcheder Mikrocontroller zum Power-Baustein, oder Power-Baustein zumMikrocontroller ein Übertragungstaktsignal überträgt, unddaß derPower-Baustein die Diagnosedaten im Takt dieses Übertragungstaktsignals überträgt. Hierzumuß zwareine zusätzlichLeitung vorgesehen werden, doch ist die Gesamtanzahl der zwischendem Mikrocontroller und dem Power-Baustein vorzusehenden Leitungen dabeiimmer noch geringer als bei dem eingangs beschriebenen Microsecond-Busder ersten Generation.
[0062] Bezüglich weitererEinzelheiten zum Microsecond-Bus der zweiten Generation wird aufdie EuropäischenPatentanmeldungen mit den Aktenzeichen 02 026 773.8, 02 026 774.6,und 02 026 775.3 verwiesen.
[0063] Insbesondereder Microsecond-Bus der zweiten Generation, aber auch der Microsecond-Bus derersten Generation ermöglicheneine sehr effiziente Kommunikation zwischen dem Mikrocontrollerund einem oder mehreren Power-Bausteinen.
[0064] BeimAnschluß mehrererPower-Bausteine an einen Mikrocontroller kann es aber unter gewissen Umständen zuProblemen kommen. Insbesondere kann es sich unter gewissen Umständen alsproblematisch erweisen, wenn durch verschiedene Power-Bausteine gesteuerteelektrische Verbraucher synchron arbeiten müssen. Dieses Problem ließe sichdadurch lösen,daß derMikrocontroller und die Power-Bausteine über zusätzliche Lei tungen verbundensind, überwelche mehreren Power-Bausteinen gleichzeitig Synchronisationssignalezugeführtwerden. Hierzu müßte abereine Vielzahl zusätzlicher Leitungenvorgesehen werden, wodurch die durch den Microsecond-Bus erzielbarenVorteile zumindest teilweise wieder verloren gingen.
[0065] Dervorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeitzu finden, die es mit geringem Aufwand ermöglicht, daß zuverlässig gewährleistet werden kann, daß von verschiedenen Power-Bausteinenangesteuerte elektrische Verbraucher synchron angesteuert werdenund arbeiten.
[0066] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß durch denin Patentanspruch 1 beanspruchten Power-Baustein gelöst.
[0067] Dadurchkönnenmehrere Power-Bausteine und mit diesen auch die durch die Power-Bausteine gesteuertenelektrischen Verbraucher auf einfache Art und Weise perfekt synchronisiertwerden.
[0068] VorteilhafteWeiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, derfolgenden Beschreibung, und den Figuren entnehmbar.
[0069] DieErfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahmeauf die Figuren nähererläutert.Es zeigen
[0070] 1 denAufbau der vorstehend beschriebenen Anordnung mit einem Microsecond-Busder ersten Generation,
[0071] 2 denAufbau der vorstehend beschriebenen Anordnung mit einem Microsecond-Busder zweiten Generation,
[0072] 3 denAufbau eines im Mikrocontroller der Anordnung gemäß 2 enthaltenenMicrosecond-Bus-Controllers,
[0073] 4 denAufbau eines Diagnosedaten-Frame,
[0074] 5 denAufbau einer Anordnung, bei welcher mehrere Power-Bausteine über einenMicrosecond-Bus der zweiten Generation mit einem Steuer-Bausteinverbunden sind, und
[0075] 6 einTiming-Diagramm zur Erläuterung derim folgenden beschriebenen Power-Baustein-Synchronisierung.
[0076] Derim folgenden beschriebene Power-Baustein ist dazu ausgelegt, über denMicrosecond-Bus der zweiten Generation mit einem Steuer-Baustein verbundenzu werden. Hierauf besteht jedoch keine Einschränkung. Die Besonderheiten deshier vorgestellten Power-Bausteins lassen sich auch in Power-Bausteinenrealisieren, die dazu ausgelegt sind, über den Microsecond-Bus derersten Generation oder auf beliebige andere Art und Weise mit dem Steuer-Bausteinverbunden zu werden.
[0077] DerSteuer-Baustein wird im betrachteten Beispiel wiederum durch einenMikrocontroller gebildet, genauer gesagt durch den MikrocontrollerMCN gemäß 2.Der Steuer-Baustein könnteaber auch ein beliebiger anderer Mikrocontroller, oder ein Mikroprozessor,ein Signalprozessor, eine State Machine, oder eine sonstige Steuervorrichtungsein.
[0078] Derhier vorgestellte Power-Baustein kann beispielsweise einer der Power-Bausteineder in der 5 gezeigten Anordnung sein.
[0079] Derhier vorgestellte Power-Baustein zeichnet sich dadurch aus, daß er ersteine vorbestimmte Zeit nach dem Empfang der Verbrauchersteuerdaten damitbeginnt, die elektrischen Verbraucher unter Berücksichtigung der betreffendenVerbrauchersteuerdaten anzusteuern.
[0080] Dieswird nachfolgend anhand des in der 6 gezeigtenTiming-Diagramms erläutert.Das Timing-Diagramm zeigt den Verlauf der Signale EN1, EN2, FCLund SO währendder Übertragungder in der Schieberegister-Einheit SR (siehe 3) gespeicherten32 Bits an die Power-Bausteine PCN1 und PCN2 der Anordnung gemäß 5.Es sei angenommen, daß dieersten 16 Bits, d.h. die im Schieberegister SRL gespeicherten Bitsan den ersten Power-Baustein PCN1 zu übertragen sind, und die restlichen16 Bits, d.h. die im Schieberegister SRH gespeicherten Bits an denzweiten Power-Baustein PCN2 zu übertragensind.
[0081] DieAusgabe der in der Schieberegister-Einheit SR, genauer gesagt derim Schieberegister SRL gespeicherten Daten auf die Leitung SO beginntzu einem Zeitpunkt t1. Die Daten werden im Takt des TaktsignalsFCL auf die Leitung SO ausgegeben. Da diese Daten für den erstenPower-Baustein PCN1 bestimmt sind, wechselt das diesem Power-Baustein zugeordneteChip-Select-SignalEN1 zum Zeitpunkt t1 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel. Dadurchwird dem ersten Power-Baustein PCN1, und zwar nur diesem Power-Bausteinsignalisiert, daß die über dieLeitung SO übertragenenDaten fürihn bestimmt sind; das dem zweiten Power-Baustein PCN2 zugeordneteChip-Select-Signal EN2 bleibt auf dem niedrigen Pegel. Der erstePower-Baustein PCN1 übernimmtdie überdie Leitung SO übertragenenDaten und speichert sie.
[0082] Nachdemdie 16 Bits des Schieberegisters SRL auf die Leitung SO ausgegebenwurden, also zu einem in der 5 mit t2bezeichneten Zeitpunkt, werden ohne eine Unterbrechung die im SchieberegisterSRH gespeicherten Bits auf die Leitung SO ausgegeben. Gleichzeitigschaltet der Mikrocontroller MCN die Chip-Select-Signale EN1 undEN2 um. D.h., das Chip-Select-SignalEN1 wechselt vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel, und das Chip-Select-SignalEN2 wechselt vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel. Dies hat zurFolge, daß dieab dem Zeitpunkt t2 auf die Leitung SO ausgegebenen Daten vom zweiten Power-BausteinPCN2, und zwar nur von diesem übernommenund gespeichert werden.
[0083] Nachdemauch die 16 Bits des Schieberegisters SRH auf die Leitung SO ausgegebenwurden, also zu einem in der 5 mit t3bezeichneten Zeitpunkt schaltet der Mikrocontroller MCN das Chip-Select-SignalEN2 um, so daß nunbeide Chip-Select-SignaleEN1 und EN2 den niedrigen Pegel aufweisen. Darüber hinaus endet zum Zeitpunktt3 auch die Ausgabe von Daten auf die Leitung SO.
[0084] Nacheiner kurzen Pause, die der Mikrocontroller MCN benötigt, umneue Daten in die Schieberegister SRH und SRL zu laden, werden über dieLeitung SO weitere Daten zu einem oder mehreren der Power-BausteinePCN1 bis PCN4 übertragen.Dabei wiederholen sich die vorstehend beschriebenen Vorgänge.
[0085] HerkömmlichePower-Bausteine würdenunmittelbar nach erfolgter Übertragungder fürsie bestimmten Daten damit beginnen, die von ihnen gesteuerten elektrischenVerbraucher unter Verwendung der soeben erhaltenen Daten anzusteuern. D.h., – dererste Power-Baustein PCN1 würdeunmittelbar im Anschluß andie fallende Flanke des ihm zugeordneten Chip-Select-Signals EN1, alsozum Zeitpunkt t2 mit der Steuerung der von ihm gesteuerten elektrischenVerbraucher unter Verwendung der zwischen t1 und t2 erhaltenen Verbrauchersteuerdatenbeginnen, und – derzweite Power-Baustein PCN1 würdeunmittelbar im Anschluß andie fallende Flanke des ihm zugeordneten Chip-Select-Signals EN2, also zum Zeitpunktt3 mit der Steuerung der von ihm gesteuerten elektrischen Verbraucherunter Verwendung der zwischen t2 und t3 erhaltenen Verbrauchersteuerdatenbeginnen.
[0086] Diesist im betrachteten Beispiel jedoch nicht der Fall. Die hier vorgestelltenPower-Bausteine beginnen erst eine vorbestimmte Zeit nach dem Empfangder Verbrauchersteuerdaten damit, die elektrischen Verbraucher unterBerücksichtigungder betreffenden Verbrauchersteuerdaten anzusteuern.
[0087] Diebestimmte Zeit wird dem Power-Baustein durch einen bestimmten Vergleichswertvorgegeben. Dieser Vergleichswert und damit auch die durch diesendefinierte Zeit ist vorzugsweise durch den Benutzer des Power-Bausteinseinstellbar und veränderbar,wobei eine Veränderungvorzugsweise beliebig oft und zu beliebigen Zeitpunkten erfolgen kann.
[0088] Imbetrachteten Beispiel übermitteltder Mikrocontroller MCN diesen Vergleichswert an die Power-BausteinePCN1 bis PCN4. Dies geschieht beispielsweise durch die Übermittlungentsprechender Kontrolldaten vom Mikrocontroller an die Power-Bausteine.Dabei kann jedem Power-Baustein unabhängig von allen anderen Power-Bausteinenein beliebiger Vergleichswert übermitteltwerden.
[0089] DiePower-Bausteine enthalten jeweils einen Zähler, der die Takte eines bestimmtenTaktsignals zählt.Dieses Taktsignal ist vorzugsweise das vom Mikrocontroller MCN über dieLeitung FCL an die Power-Bausteine PCN1 bis PCN4 übertrageneTaktsignal. Die Verwendung dieses Taktsignals hat den Vorteil, daß alle Power-Bausteinemit der selben Zeitbasis arbeiten und somit unter allen Umständen eine optimalezeitliche Synchronisation der Power-Bausteine untereinander gewährleistetwerden kann. Prinzipiell wärees jedoch auch möglich,daß diein den Power-Bausteinen vorhandenen Zähler die Takte eines beliebigenanderen Taktsignals, beispielsweise die Takte eines den Power-Bausteinenvon anderswo zugeführtenTaktsignals oder die Takte eines intern erzeugten Taktsignals zählen. DerZählerjedes Power-Bausteins wird mit der fallenden Flanke des dem jeweiligenPower-Baustein zugeordneten Chip-Select-Signals ENx zurückgesetzt.
[0090] DiePower-Bausteine enthalten darüberhinaus eine Vergleichseinrichtung, durch welche der jeweils aktuelleZählstanddes Zählersmit dem die bestimmte Zeit definierenden Vergleichswert verglichen wird.Wenn bei diesem Vergleich eine Übereinstimmungfestgestellt wird, und zwar genau dann, beginnt der betreffendePower-Baustein mit der Ansteuerung der von ihm gesteuerten elektrischenVerbraucher unter Verwendung der zuletzt erhaltenen Verbrauchersteuerdaten.Bis zu diesem Zeitpunkt werden die elektrischen Verbraucher unterVerwendung der vorletzten Verbrauchersteuerdaten angesteuert.
[0091] Aufdiese Art und Weise kann erreicht werden, daß ein Power-Baustein die ihm zugeführten Verbrauchersteuerdatennicht unmittelbar nach dem Empfang derselben, sondern erst einebeliebige Zeit späterverwendet. Dadurch ist es möglich,daß von denPower-Bausteinen PCN1 bis PCN4 zwei oder mehrere Power-Bausteinegleichzeitig oder in einem frei wählbaren zeitlichen Abstandmit der Verwendung der ihnen zuletzt zugeführten Verbrauchersteuerdatenbeginnen, und zwar unabhängigdavon, wann die einzelnen Power-Bausteine die betreffenden Verbrauchersteuerdatenempfangen haben.
[0092] Dadurchläßt sichdie Ansteuerung von an verschiedenen Power-Bausteinen angeschlossenen elektrischenVerbrauchern optimal synchronisieren. Insbesondere bereitet es auchkeinerlei Schwierigkeiten, wenn verschiedene Komponenten des selben elektrischenVerbrauchers durch verschiedene Power-Bausteine gesteuert werden.
[0093] Derhier vorgestellt Power-Baustein kann auch problemlos mit herkömmlichenPower-Bausteinen kombiniert werden.
ALTIN0 Buszur Verbindung von T und MSCN ALTIN1 Buszur Verbindung von T und MSCN CLK1 Übertragungstakt-Leitungvon TC1 CLK2 Übertragungstakt-Leitungvon TC2 CS1 Chip-Select-Leitungvon TC1 CS2 Chip-Select-Leitungvon TC2 CTRL Steuereinrichtung CPU CPU Dx Daten-Bit DATA1a Daten-Leitungvon TC1 DATA1b Daten-Leitungvon TC1 DATA2 Daten-Leitungvon TC2 DC Kommandoregister DD Datenregister EBx Stop-Bits EN Chip-Select-Leitungvon TCN2 FCL Übertragungstakt-Leitungvon TCN2 MC Mikrocontroller MCN Mikrocontroller MSB Microsecond-Bus MSBN modifizierterMicrosecond-Bus MSC Microsecond-Bus-Controller MSCN modifizierterMicrosecond-Bus-Controller Px Einheitenvon MC PB Parity-Bit PC Power-Baustein PCN Power-Baustein SB Start-Bit SDI Daten-Leitungvon TCN1 SELCTRL Steuerleitungfür SELHund SELL SELH Auswahleinrichtung SELL Auswahleinrichtung SO Daten-Leitungvon TCN2 SR Schieberegister-Einheit SRH Schieberegister SRL Schieberegister SYSBUS internerSystembus T Timer TC1 erster Übertragungskanal TCN1 erster Übertragungskanal TC2 zweiter Übertragungskanal TCN2 zweiter Übertragungskanal
权利要求:
Claims (14)
[1] Power-Baustein, durch welchen am Power-Bausteinangeschlossene elektrische Verbraucher steuerbar sind, wobei dieSteuerung der elektrischen Verbraucher durch den Power-Bausteinentsprechend einem dem Power-Baustein durch Verbrauchersteuerdatenvorgegebenen Timing erfolgt, und wobei der Power-Baustein mit einemSteuer-Baustein verbunden ist und von diesem Steuer-Baustein dieerwähntenVerbrauchersteuerdaten zugeführtbekommt, dadurch gekennzeichnet, daß der Power-Baustein erst einevorbestimmte Zeit nach dem Empfang der Verbrauchersteuerdaten damitbeginnt, die elektrischen Verbraucher unter Berücksichtigung der betreffendenVerbrauchersteuerdaten anzusteuern.
[2] Power-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dievorbestimmte Zeit eine einstellbare Zeit ist.
[3] Power-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dievorbestimmte Zeit eine veränderbareZeit ist.
[4] Power-Baustein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß dievorbestimmte Zeit beliebig oft und zu beliebigen Zeitpunkten verändert werden kann.
[5] Power-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dievorbestimmte Zeit eine durch den Steuer-Baustein vorgebbare Zeitist.
[6] Power-Baustein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabeder vorbestimmten Zeit durch die Übermittlung entsprechenderKontrolldaten an den Power-Baustein erfolgt.
[7] Power-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß derBeginn der vorbestimmte Zeit mit dem Ende des Empfangs der Verbrauchersteuerdatenzusammenfällt.
[8] Power-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß der Power-Bausteinund der Steuer-Baustein übereine Chip-Select-Leitung und weitere Leitungen miteinander verbundensind, wobei überdie Chip-Select-Leitung vom Steuer-Baustein an den Power-Baustein ein Chip-Select-Signal übertragenwird, und wobei das Chip-Select-Signal aktiv ist, wenn und so lange über dieanderen Leitungen fürden Power-Bausteinbestimmte Verbrauchersteuerdaten übertragen werden, und – daß die vorbestimmteZeit mit dem Wechsel des Chip-Select-Signals vom aktiven Zustand in den inaktivenZustand oder eine definierte Zeit danach zu laufen beginnt.
[9] Power-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dievorbestimmte Zeit durch die Anzahl von Takten eines bestimmten Taktsignalsdefiniert wird.
[10] Power-Baustein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß alsTaktsignal ein innerhalb des Power-Bausteins erzeugtes Taktsignalverwendet wird.
[11] Power-Baustein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß alsTaktsignal ein dem Power-Baustein vom Steuer-Baustein zugeführtes Taktsignalverwendet wird.
[12] Power-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß der Power-BausteinBestandteil einer Anordnung ist, die einen Steuer-Baustein, einenmit dem Steuer-Baustein verbundenen ersten Power-Baustein, einenmit dem Steuer-Baustein verbundenen zweiten Power-Baustein, undvon den Power-Bausteinen gesteuerte elektrische Verbraucher umfaßt, – daß der erstePower-Baustein erst eine vorbestimmte erste Zeit nach dem Empfangder fürihn bestimmten Verbrauchersteuerdaten damit beginnt, die von ihmgesteuerte elektrischen Verbraucher unter Berücksichtigung der betreffendenVerbrauchersteuerdaten anzusteuern, und – daß der zweite Power-Bausteinerst eine vorbestimmte Zeit nach dem Empfang der für ihn bestimmtenVerbrauchersteuerdaten damit beginnt, die elektrischen Verbraucherunter Berücksichtigungder betreffenden Verbrauchersteuerdaten anzusteuern, – wobeidie vorbestimmte erste Zeit und die vorbestimmte zweite Zeit unterschiedlichlange Zeiten sind.
[13] Power-Baustein nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,daß dievorbestimmte erste Zeit und die vorbestimmte zweite Zeit so bemessensind, daß dievom ersten Power-Baustein gesteuerten elektrischen Verbraucher unddie vom zweiten Power-Bausteingesteuerten elektrischen Verbraucher in einem bestimmten zeitlichenVerhältnisangesteuert werden.
[14] Power-Baustein nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,daß dievorbestimmte erste Zeit und die vorbestimmte zweite Zeit so bemessensind, daß diePower-Bausteine gleichzeitig damit beginnen, die von ihnen gesteuertenelektrischen Verbraucher unter Berücksichtigung der zuletzt empfangenenVerbrauchersteuerdaten anzusteuern.
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同族专利:
公开号 | 公开日
DE102004027918B4|2008-06-19|
引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
2006-01-05| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
2008-12-18| 8364| No opposition during term of opposition|
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
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