DE10234181B3

DE10234181B3 - Adaptive Spannungsüberwachung

Info

Publication number: DE10234181B3
Application number: DE10234181A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. Weder
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-07-27
Also published as: US7005894B2; EP1525485A1; JP2005534040A; TWI229189B; US20050174249A1; JP4057011B2; DE50308503D1; EP1525485B1; TW200402537A; WO2004017078A1

Abstract

Spannungsüberwachungsanordnung mit einer vorgegebenen Anzahl an Spannungsbereichen entsprechenden Anzahl von Vergleichseinrichtungen, die den Wert einer Eingangsspannung mit einer Bezugsspannung vergleicht und ein vorgegebenes Signal ausgibt, wenn die Eingangsspannung innerhalb eines der vorgegebenen Spannungsbereiche liegt, mit einer Feststellschaltung, die bei Anliegen eines Feststellsignals feststellt, in welchem Spannungsbereich die Eingangsspannung beim Anliegen des Feststellsignals gerade liegt, einer automatischen Spannungsbereichsreduzierung und einer Überwachungseinheit, die ein vorbestimmtes Signal abgibt, wenn die Eingangsspannung außerhalb des bei Anliegen des Feststellsignals vorliegenden Spannungsbereiches liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine adaptive Spannungsüberwachung gemäß Patentanspruch 1.
In vielen Fällen elektronischer Schaltungen ist für deren korrekte Funktion notwendig, daß die Betriebsspannung überwacht wird. In den Fällen, in denen ein zulässiger Betriebsspannungsbereich über- oder unterschritten wird, wird dann ein Fehlfunktionssignal erzeugt und weitergeleitet oder die ganze Schaltung außer Betrieb gesetzt. Heutzutage gibt es zunehmend Schaltungen, die für unterschiedliche Betriebsspannungen arbeiten. Der zulässige Betriebsbereich wird regelmäßig in Prozent einer Nennspannung angegeben. Eine derartige Nennspannung darf natürlich eine gewisse Schwankung aufweisen. Ist beispielsweise eine Schwankung von 10 Prozent zugelassen, so darf in einem 5 Volt-Bereich die Spannung zwischen 4,5 und 5,5 Volt schwanken. Gemäß einschlägiger Normen wie beispielsweise ETSI, GSM, ISO, ist beispielsweise vorgesehen, daß nunmehr für einen Chip, der im 5; 3; 1,8 V-Bereich arbeitet, der ganze Spannungsbereich von 5,5 bis 1,62 Volt zugelassen ist. Entsprechend sind bei der von außen anliegenden Versorgungsspannung Spannungswechsel, sogenannte Spannungsspikes, über einen sehr hohen Bereich möglich. Große Spannungsschwankungen wiederum können dazu führen, daß Schaltungen fehlerhaft arbeiten, was wiederum problematisch ist.

Aus der DE 198 14 696 C1 ist bekannt, daß integrierte Spannungsüberwacher in der Regel aus einem Analog-Digital-Wandler und einem Komparator bestehen. Damit wird erkannt, ob die zu überwachende Spannung außerhalb eines definierten Spannungsbereichs liegt.

Aus TIETZE, U.; SCHENK, Ch.: Halbleiterschaltungstechnik. 9. Auflage, Berlin [u.a.] Springer-Verlag, l991, S. 774 und 5.182. ISBN:3-540-19475-4 ist beispielsweise ein Analog-Digital-Wandler bekannt, bei dem eine einer vorgegebene Anzahl an Spannungsbereichen entsprechende Anzahl an Komparatoren vorgesehen ist. Diese vergleichen den Wert der Eingangsspannung mit einer Bezugsspannung und es wird ein vorgegebenes Signal ausgegeben, wenn die Eingangsspannung innerhalbeines der vorgegebenen Spannungsbereiche liegt. Schließlich ist eine Feststellschaltung vorgesehen, die bei Anliegen eines Feststellsignals feststellt, in welchem Spannungsbereich die Eingangsspannung beim Anliegen des Feststellsignals gerade liegt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsüberwachungsanordnung vorzusehen, bei der mit einfachen Mitteln das Auftreten großer Spannungsschwankungen unterbindbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Es ist vorgesehen, daß die Spannungsüberwachungsanordnung eine der vorgegebenen Anzahl an Spannungsbereichen entsprechenden Anzahl von Vergleichseinrichtungen aufweist, die den Wert einer Eingangsspannung mit einer Bezugsspannung vergleichen und ein vorgegebenes Signal ausgeben, wenn die Eingangsspannung innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereiches liegt. Weiterhin ist eine Feststellschaltung vorgesehen, die bei Anliegen eines Feststellsignals feststellt, in welchem Spannungsbereich die Eingangsspannung beim Anlegen des Feststellsignals gerade liegt. Weiterhin ist eine Überwachungseinheit vorgesehen, die ein vorbestimmtes Signal abgibt, wenn die Eingangsspannung außerhalb des bei Anliegen des Feststellsignals vorliegenden Spannungsbereiches liegt.

Hierdurch ist sichergestellt, daß grundsätzlich ein breiter Spannungsbereich zulässig ist, aber zu einem bestimmten Zeitpunkt, beispielsweise wenn das Auftreten von Fehlfunktionen problematisch ist, ist ein Einschränken des zulässigen Span nungsbereiches durchführbar. Auf diese Weise kann dann, wenn innerhalb eines kritischen Zeitraumes die zugelassene eingeschränkte Spannungsgrenzen überschritten werden, von der Überwachungseinheit ein Alarmsignal oder ein Rücksetzen der Schaltung beispielsweise abgegeben werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den untergeordneten Ansprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Spannungsüberwachungsanordnung im Blockschaltbild und
2 eine prinzipielle Realisierung des Ausführungsbeispiels für 3 zugelassene Spannungsbereiche.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 zunächst die grundsätzliche Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels der Spannungsüberwachungsanordnung dargestellt. Einer Vergleichseinrichtung CMP wird eine zu überwachende Spannung V zugeführt. Je nachdem, ob die zu überwachende Spannung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, gibt die Vergleichseinrichtung ein entsprechendes Signal S einer Auswertschaltung ab. Liegt am Eingang D der Feststellschaltung L ein vorbestimmtes Signal an, hält die Feststellschaltung L das gerade anliegende Signal S fest und gibt es als Ausgangssignal an eine Überwachungslogik 1 weiter. Die Überwachungslogik 1 ermittelt, ob die Spannung V in einem der Spannungsbereiche liegt, deren Bereichsgrenzen von der Vergleichseinrichtung CMP überwacht wird. Weiterhin steuert die Überwachungslogik 1 eine Weitergabeschaltung M derart an, daß die Signalisierung der Vergleichseinrichtung CMP für den ermittelten Spannungsbereich von der Überwachungslogik an eine Auswerteeinheit A weitergeleitet wird. Die Auswerteeinheit A überwacht nunmehr die Signalisierung für den ermittelten Spannungsbereich, um festzustellen, ob die Spannung V innerhalb der festgesetzten Spannungsgrenzen bleibt. Sobald die Überwachungseinheit A feststellt, daß der ermittelte Spannungsbereich verlassen wird, wird ein entsprechendes Signal ausgegeben, das beispielsweise die Gesamtanordnung sperrt oder ein Rücksetzen veranlaßt.
2 zeigt in einem ausführlichen Beispiel eine Spannungsüberwachungsanordnung für drei Spannungsbereiche z.B. 5; 3 und 1,8 V. Eine zu überwachende Eingangsspannung VDDP, die über der Serienschaltung der Widerstände R1 bis R7 anliegt, ist zu überwachen. Dabei ist vorgesehen, daß die Spannung VDDP grundsätzlich in einem von drei Spannungsbereichen liegen soll. Die Widerstände sind nunmehr so gewählt, daß je nachdem in welchem der drei Spannungsbereiche die Spannung VDDP liegt, der Spannungsabfall am Widerstand R2, am Widerstand R4 oder am Widerstand R6 einem bestimmten Wert entsprechen, der mit einer Referenzspannung Vref verglichen wird.
Das Spannungspotential zwischen dem Widerstand R2 und Widerstand R1 wird entsprechend dem positiven Signaleingang des Komparators CMP 1 und das Potential zwischen dem Widerstand R2 und dem Widerstand R3 dem negativen Signaleingang des Komparators CMP 2 zugeführt. Dem negativen Signaleingang des Komparators CMP 1 und dem positivem Signaleingang des Komparators CMP 2 wird jeweils die Bezugsspannung Vref zugeführt. Liegt die Spannung VDDP innerhalb der niedrigsten der drei Spannungsbereiche, also z.B. 1,8 V, so liegt an den Ausgängen der beiden Komparatoren CMP 1 und CMP 2 jeweils das digitale Signal "1" an. Entsprechend wird das Potential zwischen dem Widerstand R3 und dem Widerstand R4 dem Komparator CMP 3 an seinem positivem Signaleingang und das Potential zwischen dem Widerstand R4 und dem Widerstand R5 dem negativen Signaleingang des Komparators CMP 4 zugeführt. Liegt die Spannung VDDP im mittleren der drei Spannungsbereiche, so wird an den Ausgängen dieser beiden Komparatoren ein digitales Signal "1" jeweils abgegeben. Entsprechend wird das Potential zwischen dem Widerstand R5 und dem Widerstand R6 dem positiven Signaleingang des Komparators CMP 5 und das Potential zwischen dem Widerstand R6 und dem Widerstand R7 dem negativen Signaleingang des Komparators CMP 6 zugeführt. Liegt die zu überwachende Spannung VDDP im höchsten der drei vorgesehenen Spannungsbereiche z.B. 5 V, so wird von den beiden Komparatoren CMP 5 und CMP 6 am Ausgang das digitale Signal "1" jeweils abgegeben.
Während die Komparatoren, die den Spannungsbereich signalisieren, innerhalb dessen die zu überwachende Spannung VDDP liegt, an ihrem Ausgang ein digitales Signal "1" ausgeben, geben die jeweiligen anderen Komparatoren ein digitales Signal "0" aus. Mit einer entsprechend umgekehrten Logik ist auch eine umgekehrte Signalisierung durchführbar.
Das Ausgangssignal der Komparatoren CMP 1 bis CMP 6 wird als Signale S1L, S1H, S2L, S2H, S3L, S3H "Latch"-Schaltungen L1 bis L6 zugeführt. Wird über die Signalleitung D ein Signal den "Latch"-Schaltungen L1 bis L6 zugeführt, so wird das gerade anliegende Signal, das nur "1" oder "0" sein kann, bis zur nächsten Signalisierung gehalten und am Ausgang ausgegeben. Die Ausgänge der "Latch"-Schaltungen L1 bis L6 sind einer Überwachungslogik 1 zugeführt. Diese überwacht nunmehr die Ausgangssignale der "Latch"-Schaltungen L1 bis L6 und ermittelt, an welchen Ausgängen ein digitales Signal "1" anliegt. Diese entsprechen dem ermittelten Spannungsbereich zum Zeitpunkt der Übertragung eines Signals über die Leitung D. Entsprechend wird über Steuerleitungen SH und SL ein Multiplexer M1 und ein Multiplexer M2 angesteuert, die das Ausgangssignal der dem Spannungsbereich zugeordneten Komparatoren CMP 1 bis CMP 6 weiterleiten. Das Ausgangssignal dieser Komparatoren wird nunmehr als Überwachungssignal für die obere bzw. untere Grenze ah bzw. al vom Multiplexer M1 bzw. M2 der Überwachungseinrichtung A, die nur in 1 dargestellt ist, zugeführt. Diese kann nunmehr immer dann, wenn es notwendig ist, bei einem Verlassen des ermittelten Spannungsbereiches ein Alarmsignal, ein Rücksetzen der Gesamtschaltung oder ähnliches einleiten.
Mit der beschriebenen Anordnung ist folglich immer anfangs der gesamte zulässige Spannungsbereich offen. Nach der Detektion wird der Bereich automatisch über die Multiplexer M1, M2 begrenzt.
Dadurch, daß durch den eingangsseitigen Spannungsteiler, für jeden vorgegebenen Spannungsbereich an einem der vorgegebenen Widerstände R1 bis R7 eine Spannung abfällt, die mit stets der selben Bezugsspannung Vref verglichen wird, ist für jeden der vorgegebenen Spannungsbereiche die zugelassene relative Schwankung einheitlich einstellbar.
Zeigt der gesamte Spannungsbereich zwischen 5,5 V und 1,62 V, so können Spannungsspitzen, sogenannte "Spikes" 3,88 V betragen. Ist der Bereich in der beschriebenen Weise eingeschränkt, so können im 1,8 V-Bereich, der von 1,98 V bis 1,62 V geht, nur Spannungsspitzen von 0,36 V in zugelassener Weise auftreten.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf drei Spannungsbereiche bzw. die dargestellte Anordnung eingeschränkt. Auch das Vorsehen weniger Spannungsbereiche oder mehr Spannungsbereiche bzw. Schaltungsvarianten, die prinzipiell gleichartig arbeiten, sind selbstverständlich von der Erfindung umfaßt.

CMP: Vergleichseinrichtung, Komparator
L: Feststellschaltung, Latch-Schaltung
1: Überwachungslogik
M: Weitergabeschaltung, Multiplexer
V, VDDP: zu überwachende Spannung
A: Auswerteeinheit
D: Eingang der Feststellschaltung

Claims

Spannungsüberwachungsanordnung mit einer vorgegebenen Anzahl an Spannungsbereichen entsprechenden Anzahl von Vergleichseinrichtungen (CMP; CMP 1 bis CMP 6), die den Wert einer Eingangsspannung (VDDP) mit einer Bezugsspannung (Vref) vergleicht und ein vorgegebenes Signal (S; S1L, S1H bis S3L, S3H) ausgibt, wenn die Eingangsspannung (VDDP) innerhalb eines der vorgegebenen Spannungsbereiche liegt, mit einer Feststellschaltung (L, L1 bis L6), die bei Anliegen eines Feststellsignals feststellt, in welchem Spannungsbereich die Eingangsspannung beim Anliegen des Feststellsignals gerade liegt und einer Überwachungseinheit (1, M; 1, M1, M2), die ein vorbestimmtes Signal (a; ah, al) abgibt, wenn die Eingangsspannung (VDDP) außerhalb des bei Anliegen des Feststellsignals vorliegenden Spannungsbereiches liegt.
Spannungsüberwachungsanordnung nach Anspruch 1, bei dem in der Vergleichseinrichtung für jeden Spannungsbereich jeweils ein Komparator (CMP; CMP1 bis CMP6) eine von der zu überwachenden Eingangsspannung (VDDP) abgeleitete Spannung für eine obere und eine untere Spannungsgrenze mit der Bezugsspannung (Vref) vergleicht.
Spannungsüberwachungsanordnung nach Anspruch 2, bei der in der Überwachungseinheit eine Weitergabeschaltung (M; M1, M2) die Ausgangssignale der Komparatoren (CMP; CMP 1 bis CMP 6) für einen ermittelten Spannungsbereich an eine Auswerteschaltung (A) abgibt.
Spannungsüberwachungsanordnung nach Anspruch 3, bei der die Auswerteschaltung (A) die Ausgangssignale der Komparatoren nur zu einem vorbestimmten Zeitpunkt auswertet.
Spannungsüberwachungsanordnung nach Anspruch 4, bei der die Auswerteschaltung das Ausgangssignal der Komparatoren zu einem ersten Zeitpunkt als Bezugswert speichert und in einem vorbestimmten Zeitbereich die Ausgangssignale der Komparatoren mit den Bezugswerten vergleicht.