Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordπung zur Frequenz¬ versorgung einer Rechenschaltung nach der Gattung des Hauptan¬ spruchs. Aus der DE-OS 31 19 117 ist bereits eine Schaltungsanord- nung zum Rücksetzen von Mikroprozessoren vorgeschlagen worden, bei der zum Rücksetzen das AusgangsSignals des Taktgenerators Verwendung findet. Das Ausgangssignal des Taktgenerators wird dabei gleichge¬ richtet und dem Rücksetzeingang des Mikroprozessors zugeführt. Beim Einschalten der Versorgungsspannung wird der Rücksetzvorgang des Mikroprozessors erst dann beendet, wenn der Taktgenerator des Mikro¬ prozessors bereits angeschwungen ist. Dadurch werden zwar sicher Un¬ definierte Zustände vermieden, die beispielsweise dann auftreten können, wenn der Mikroprozessor spannungsabhängig zurückgesetzt wird, jedoch der Taktgenerator nicht angeschwungen ist, jedoch dau¬ ert ein solcher Rücksetzvorgang unter Umständen recht lange, insbe¬ sondere wenn nur langsam anschwingende Generatoren, beispielsweise Quarzoszillatoren, verwendet werden. Weiterhin ist mit dem Microcon¬ troller 80C 517 der Fa. Siemens eine Schaltung bekannt geworden, die neben einem Quarzoszillator einen RC-Oszillator aufweist, der zur Überwachung des Quarzoszillators dient.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungs nordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine sehr schnelle Inbetriebnahme der Rechenschaltung zu erreichen ist, da die Rechenschaltung zuerst mit einem sehr schnell anschwingenden, aber eventuell bezüglich der Frequenz unstabileren Oszillator be¬ trieben wird und danach erst auf einen langsam anschwingenden Oszil¬ lator, vorzugsweise einen Quarzoszillator, umgeschaltet wird, dessen Anschwingdauer länger ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß beim Auftreten der Versorgungsspannung eine sehr schnelle Inbetrieb¬ nahme der Rechenschaltung möglich wird, so daß beispielsweise der Initialisierungsvorgang der Rechenschaltung bereits abgeschlossen ist, wenn auf den Quarzoszillator umgeschaltet wird. Die erfindungs¬ gemäße Maßnahme ermöglicht neben der schnellen Inbetriebnahme der Rechenschaltung auch eine sichere Inbetriebnahme, da auch hier in bekannter Weise nach dem Schwingen des schnell anschwingenden Oszil¬ lators die Rechenarbeit aufnehmbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, eine Vergleichsanordnung vorzusehen, in der die AusgangsSignale des langsam anschwingenden Oszillators mit den AusgangsSignalen des schnell anschwingenden Oszillators verglichen werden und eine Um¬ schaltung des Quarzoszillators dann erfolgt, wenn die Frequenz z.B. des Quarzoszillators im Bereich der Frequenz des schnell anschwin¬ genden Oszillators liegt. In diesem Falle ist in besonders einfacher Art und Weise sicherzustellen, daß zum Umschaltzeitpunkt der langsam anschwingende Oszillator bereits im eingeschwungenen Betriebszustand ist, so daß die Rechenschaltung nach der Umschaltung sofort mit dem Quarzoszillator als Taktgeber weiter arbeiten kann. Die Umschaltung

erfolgt daher dann, wenn der Quarzoszillator bereits betriebsbereit ist. Vorteilhaft ist es ebenfalls, eine Spannungsüberwachungsanord- nung vorzusehen, aufgrund der die Oszillatoren erst dann in Betrieb genommen werden bzw. freigeschaltet werden, wenn die Spannung einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß zu niedrige Signale der Oszillatoren keine Fehlfunktion der Re¬ chenschaltung auslösen. Vielmehr werden die Oszillatoren erst dann freigegeben, wenn sichergestellt ist, daß zumindest der schnell an¬ schwingende Oszillator in der Lage ist, ein brauchbares Frequenzsig- nal abzugeben.

Weiterhin ist es vorteilhaft, das zum Rücksetzen der Rechenschaltung benötigte Rücksetzsignal direkt aus den Ausgangssignalen der Oszil¬ latoren dadurch zu generieren, daß bei abgeschalteten bzw. nicht an¬ geschwungenen Oszillatoren das für die Rechenschaltungen benötigte Rücksetzsignal in den Zustand "aktiv", d.h. den Rücksetzvorgang der Rechenschaltung einleitend, gesetzt wird und daß der Zustand "aktiv" des Rücksetzsignals auch nach Anschwingen einer der beiden Oszilla¬ toren noch für eine bestimmte Mindestanzahl von Oszillatorperioden beibehalten und erst dann das Rücksetzsignal in den Zustand "aktiv" gebracht wird. Eine üblicherweise für den Rücksetzvorgang der Re¬ chenschaltung zusätzlich benötigte Rücksetzschaltung, welche in Ab¬ hängigkeit vom Vorliegen der Versorgungsspannung ein Rücksetzsignal bestimmter Zeitdauer erzeugt, kann damit entfallen.

Weiterhin ist es günstig, dem Quarzoszillator einen Zähler nachzu¬ schalten, der bei einem vorgegebenen Zählerstand 'den Umschalter be¬ tätigt. Durch diese Maßnahme ist eine besonders einfache Erkennung des angeschwungenen Quarzoszillators möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge¬ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Schal ungsanordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, Figur 2 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Funk¬ tionsweise der Schaltungsanordnung nach Figur 1 und Figur 3 ein wei¬ teres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In Figur 1 ist mit 1 die Versorgungsspannungsleitung bezeichnet, an der die Versorgungsspannung U anliegt. Mit 2 ist ein Quarzoszillator gekennzeichnet, der von der Versorgungsspannungsleitung 1 mit der VersorgungsSpannung versorgt wird. Der Ausgang des Quarzoszillators mit der Ausgangsfrequenz f ist einerseits mit einem Eingang eines Vergleichers 4 und andererseits mit einem Kontakt des Schalters 7 verbunden. Des weiteren ist ein schnell anschwingender Oszillator 3 z.B. ein RC-Oszillator, vorgesehen, der seinerseits ebenfalls mit der Versorgungsspannungsleitung 1 verbunden ist. Der schnell an¬ schwingende RC-Oszillator 3 weist ebenfalls einen Frequenzausgang auf, der einerseits mit einem weiteren Eingang des Vergleichers 4 und andererseits mit einem weiteren Eingang des Schalters 7 verbun¬ den ist. An diesem Frequenzausgang liegt die Frequenz f an. Der

RC

Ausgang des Vergleichers 4 ist mit dem Schaltkontakt des Schalters 7 verbunden, der seinerseits mit dem Frequenzeingang einer Rechen¬ schaltung 6 verbunden ist. Des weiteren ist der Ausgang des Verglei¬ chers 4 auch mit einem weiteren Abfrageeingang F der Rechenschal¬ tung 6 verbunden. Auch die Rechenschaltung 6 wird durch die Ver¬ sorgungsspannung von der Versorgungsspannungsleitung 1 versorgt. Schließlich weist die Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 noch eine

Spannungsüberwachungseinheit 5 auf. Die Spannungsüberwachungseinheit 5 gibt an ihrem Ausgang Signale zu den Oszillatoren 2 und 3, die erst dann auftreten, wenn eine vorgebbare Mindest-Versorgungsspan- nung an der Spannungsleitung 1 bereitsteht. Durch die Signale der Spannungsüberwachungseinrichtung 5 ist es möglich, den Ausgang der Oszillatoren 2 und 3 abzuschalten, wenn nicht eine vorgegebene Min- destspannung an der Spannungsüberwachungseinrichtung 5 anliegt oder aber die Spannungszufuhr zu den Oszillatoren 2 und 3 zu unterbrechen.

Der Ausgang des Schalters 7 ist weiterhin mit dem Rücksetzschalt¬ kreis 8 verbunden, dessen Ausgang mit dem Rücksetzeingang R der Rechenschaltung 6 verbunden ist. Der Ausgang des Rücksetzschaltkrei- ses 8 bleibt solange in seinem aktiven, das Rücksetzen der Rechen¬ schaltung 6 einleitenden Zustand, bis eine vorgebbare Anzahl von Oszillatorschwingungen, die zumindest der Anzahl der Takte der Grundinitialisierung entspricht, am Anfang des Schalters 7 aufgetreten ist.

Über den weiteren Eingang Reset der Rückschaltung 8 kann darüber hinaus der Rücksetzeingang R ebenfalls in den aktiven Zustand gebracht werden.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 sei anhand der Diagramme gemäß Figur 2 näher erläutert. Nach einem Spanungszu¬ sammenbruch oder beim Einschalten des Gerätes tritt an der Versor¬ gungsspannungsleitung 1 ein Spannungsaufbau auf, wie er beispielhaft in Figur 2a dargestellt ist. Die Spannung steigt hier vom Nullwert langsam auf seinen Maximalwert an. Ist die vorgegebene Mindest-Ver- sorgungsSpannung erreicht, so wird durch die Spannungsüberwachungs- einrichtung 5 die VersorgungsSpannung zu den Oszillatoren 2 und 3 freigeben, so daß sowohl der Quarzoszillator anschwingt, wie dies in

Figur 2b dargestellt ist als auch der RC-Oszillator, wie dies in Fi¬ gur 2c dargestellt ist. Da der RC-Oszillator 3 wesentlich schneller seine Betriebsfrequenz erreicht, ist es möglich, die Rechenschal¬ tung 6 zur Initialisierung gemäß Figur 2 . bereits dann in Betrieb zu nehmen, wenn der RC-Oszillator angeschwungen ist. Mit der an¬ steigenden Flanke des Signals gemäß Figur 2d ist es dann möglich, die Rechenschaltung in Betrieb zu nehmen, da Initialisierungs¬ vorgänge des Rechenbausteins abgearbeitet sind.

In der Vergleichseinrichtung 4 werden die Ausgangsfrequenzen des Quarzoszillators 2 und des RC-Oszillators 3 miteinander verglichen. Als solche Vergleichseinrichtung sind beispielsweise übliche Zähl¬ vorrichtungen möglich, die nach einer gewissen Zeit digitale Werte an ihrem Ausgang abgeben, deren Wertestand miteinander verglichen werden kann. Ist nun die Frequenz des Quarzoszillators unter der Frequenz des RC-Generators, so wird davon ausgegangen, daß der Quarzoszillator noch nicht ordnungsgemäß eingeschwungen ist. Er¬ reicht die Frequenz des Quarzoszillators die Frequenz des RC-Oszil¬ lators oder übersteigt diese, wird davon ausgegangen, daß der Quarz¬ oszillator nunmehr seinen Arbeitsbereich erreicht hat. Am Ausgang des Vergleichers 4 wird nun ein Signal abgegeben, so daß gemäß Figur 2e nunmehr das Signal des Quarzoszillators zur Rechenschaltung 6, die vorteilhaft als Mikroprozessor ausgebildet ist, geleitet wird, während das Signal des RC-Oszillators abgeschaltet wird. Gleichzei¬ tig wird gemäß Figur 2e ein Eingang F der Rechenschaltung 6 umge¬ schaltet, so daß von der Rechenschaltung 6 abfragbar ist, welcher Oszillator in Betrieb ist.

Wie ein Vergleich zwischen Figur 2f und 2e zeigt, ist es durch die erfindungsgemäße Maßnahme möglich, die Rechenschaltung 6 beim Wie¬ dereintreten der Versorgungsspannung auf der Leitung 1 frühzeitiger in Betrieb zu nehmen, als dies dann der Fall wäre, wenn lediglich ein Quarzoszillator vorhanden ist.

Nach Beendigung der Initialisierungsphase (abfallende Flanke gemäß Figur 2f) kann die Recheneinheit sofort das Rechenprogramm aufneh¬ men, da dann der Rücksetzeingang R nach einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen durch den Rücksetzschaltkreis 8 gemäß Figur 2d freige¬ geben wird. Stehen zeitabhängige Programme an, kann durch Abfrage des Eingangs F festgestellt werden, ob der Quarzoszillator 2 schon eingeschaltet ist und die Frequenz stabil ist. Andernfalls wären we¬ niger zeitabhängige Programme bevorzugt abzuarbeiten oder das Prog¬ ramm kann in einer Schleife laufen, bis der Quarzoszillator 2 einge¬ schaltet wird. Weiterhin kann ein Anlaufen des Programms bei nicht ordnungsgemäß arbeitendem Quarzoszillator 2 verhindert werden oder aber auf ein entsprechendes Notprogramm umgeschaltet werden.

Die Frequenz des RC-Oszillators 3 wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie knapp unterhalb der Frequenz des eingeschwungenen Quarzos¬ zillators liegt. Dadurch wird erreicht, daß die Amplitude des Quarz¬ oszillators nicht mehr überwacht werden muß. Vielmehr kann davon ausgegangen werden, daß der Quarzoszillator nur dann ordnungsgemäß arbeitet, wenn er die Frequenz des RC-Oszillators überschreitet, so daß ein rein digitaler Vergleich im Vergleicher 4 hinreichend ist. Die vorgegebene Dauer zur Verbindung des Quarzozillators 3 mit der Rechenschaltung 6 wird dann vom Vergleicher 4 bestimmt.

Aufgrund der digitalen Ausgestaltung des Vergleichers ist es mög¬ lich, die gesamte Schaltungsanordnung mit in die Recheneinheit zu integrieren, da abgesehen von der Frequenzaufbereitung der Oszil¬ latoren lediglich digitale Bauelemente Verwendung finden. Die gesam¬ te Schaltungsanordnung ist daher in Verbindung mit dem Mikroprozes¬ sor leicht auf einem gemeinsamen Chip aufzubauen, so daß die Schal¬ tungsanordnung in der Rechenschaltung 6 mit angeordnet sein kann.

Prinzipiell ist es sogar möglich, auf den Vergleicher 4 ganz zu ver¬ zichten. In diesem Fall ist ein Zeitglied vorzusehen, das nach einer vorgegebenen Dauer, die mindestens so lang ist, wie der Quarzoszil¬ lator üblicherweise zum Anschwingen braucht, den Schalter 7 umschal¬ tet, so daß dann der Quarzoszillator die Versorgung der Rechenschal¬ tung übernimmt. Hierzu ist ein einfaches Zeitglied ausreichend, so daß die Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 noch weiter zu verein¬ fachen ist. Jedoch ist dann kein Notbetrieb der Recheneinheit mög¬ lich, da bei der Ausgestaltung gemäß Figur 1 die Rechenschaltung auch dann noch arbeitet, wenn beispielsweise aufgrund von Defekten der Quarzoszillator oder der RC-Oszillator nicht anschwingen. Durch die Vergleichseinrichtung wird nämlich nicht umgeschaltet, wenn der Quarzoszillator nicht anschwingt bzw. die Recheneinrichtung wird le¬ diglich verzögert in Betrieb genommen, falls der schnell anschwin¬ gende Oszillator seinen Betrieb nicht aufnimmt. Durch die Schal¬ tungsanordnung wird daher durch die Redundanz zusätzlich eine erhöh¬ te Betriebssicherheit erreicht.

Die Schal ungsanordnung gemäß Figur 1 ist insbesondere dort vorteil¬ haft einsetzbar, wo es auf eine schnelle Echtzeitverarbeitung beim Betrieb von Maschinen und Geräten ankommt, beispielsweise bei dem Betrieb von Steuergeräten von Kraftfahrzeugen, wo die erhöhten Um¬ weltanforderungen eine erhöhte Belastbarkeit der Bauelemente und der einzelnen Baugruppen voraussetzen. Gleichzeitig wird insbesondere bei Steuergeräten im Kraftfahrzeug erwartet, daß sie nach Einschal¬ ten der Batteriespannung beim Drehen des Zündschlüssels sehr schnell in einem betriebsbereiten Zustand gelangen, was durch die Schal¬ tungsanordnung gemäß Figur 1 zu realisieren ist.

Ein weiteres einfaches Ausführungsbeispiel zur Erkennung des Quarz¬ oszillators ist der Figur 2 zu entnehmen, in der lediglich die zu Figur 1 geänderten Teile aufgezeigt sind. Der Quarzoszillator 2 so¬ wie der RC-Oszillator 3 stehen jeweils wiederum mit einem Eingang des Umschalters 7 in Verbindung, wobei bei fehlender Versorgungs¬ spannung der Umschalter 7 den Takteingang T der Rechenschaltung 6 mit dem Ausgang des RC-Oszillators 3 verbindet. Der Ausgang des Quarzoszillators 2 ist desweiteren an den Takteingang eines Zäh¬ lers 10 geführt, der bei schwingendem Quarzoszillator den Zähler 10 aufwärts zählt. Ist ein vorgegebener Zählerstand erreicht, so schal¬ tet der Zähler an seinem Ausgang um und betätigt damit den Schal¬ ter 7. Gleichzeitig wird an einem Eingang F der Rechenschaltung 6 ein Signal umgeschaltet, so daß durch die Rechenschaltung zu erken¬ nen ist, welcher Oszillator eingeschaltet ist. Das gleiche Signal dient über den Eingang E des Zählers 10 dazu, den Tankteingang des Zählers zu sperren, so daß weitere Taktimpulse des Quarzoszillators nicht mehr an den Zähler gelangen können. Der Zähler verharrt daher in dem vorgegebenen Zählerstand, der zum Umschalten des Schalters 7 führt, bis aufgrund eines Einbruchs der Versorgungsspannung an sei¬ nem Eingang R ein Rücksetzsignal ausgelöst wird, so daß der Zähler wiederum, beispielsweise vom Wert 0, hochzählen kann.

Durch diese Maßnahme ist ebenfalls eine sehr einfache Möglichkeit zum Erkennen des Anschwingens des Quarzoszillators möglich. Ist der Quarzoszillator noch nicht ordnungsgemäß angeschwungen oder ist die Amplitude seiner Signale noch klein, wird der Zähler 10 nicht an¬ sprechen. Spricht der Zähler 10 an, so ist noch nicht damit zu rech¬ nen, daß der Quarzoszillator seine Nennfrequenz und seine Amplitude erreicht hat. Aus diesem Grund werden während einer vorgegebenen Zeit, die durch den Zählwert des Zählers 10 bestimmt ist, die Sig¬ nale des Quarzoszillators gezählt und nach einem vorgegebenen Zäh¬ lerstand umgeschaltet. Durch diese Maßnahme wird ebenfalls erreicht, daß der Quarzoszillator sehr schnell in Betrieb genommen wird, näm¬ lich dann, wenn er aufgrund des Zählerstandes im Zähler 10 seinen Arbeitsbereich erreicht hat.

Die Verbindung vom Ausgang des Zählers 10 bzw. vom Ausgang des Ver¬ gleichers 4 zum Eingang F der Rechenschaltung ist da nicht notwen¬ dig, wo zeitunabhängig Programme ablaufen müssen. In diesem Falle kann diese Leitung entfallen, da es dann gleichgültig ist, ob der Rechner einen relativ konstanten oder einen weniger konstanten Takt erhält. Sind jedoch zeitkritische Vorgänge im Programm abzuarbeiten, beispielsweise Programme die im Kraftfahrzeug den Zündzeitpunkt oder den Einspritzzeitpunkt bestimmen, so dürfen diese Programme nicht bearbeitet werden, solange noch ein relativ unstabiler Takt am Ein¬ gang der Recheneinheit liegt. In diesem Falle ist vorher das Signal am Eingang F abzufragen und diese Programme nur dann freizugeben, wenn der stabile Takt bereits eingeschaltet ist.