Titel

Schaltung zur Aufbereitung eines Wake-Up-Signals

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Aufbereitung eines Wake-Up- Signals nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1).

Aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungen zur Aufbereitung eines soge nannten Wake-Up-Signals werden in der Regel entweder als Bestandteil einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder als diskrete Schal tungen entwickelt. Die letzteren lassen sich in analoge und digitale Lösungen un terteilen. Die Aufgabe einer solchen Schaltung zur Aufbereitung eines Wake-Up- Signals besteht darin, die Signale am Eingang der Schaltung auf Gültigkeit zu prüfen, welche zum Aktivieren bzw. Aufwecken von elektrischen Geräten, wie beispielsweise Steuergeräte verwendet werden. So werden nur Signale mit einer bestimmten Amplitude bzw. zeitlichen Dauer als gültig erkannt. Das bedeutet, dass nur im Falle eines gültigen Wake-Up-Signals eine korrespondierende Weckanforderung bzw. ein korrespondierendes aufbereitetes Wake-Up-Signal an die nachfolgende elektrischen Geräte ausgegeben werden. Wird also das anlie gende Wake-Up-Signal nicht als gültig erkannt, dann werden die elektrischen Geräte nicht aktiviert.

Die bekannten Schaltungen zur Aufbereitung eines Wake-Up-Signals besitzen fest eingestellte und unveränderbare Parameter für die vorgegebenen Kriterien zur Überprüfung des anliegenden Wake-Up-Signals. Ferner lassen sich diese Schaltungen nicht abschalten bzw. deaktivieren oder benötigen zusätzliche Schutzelemente, um in einem Fahrzeug direkt an Wake-Up-Leitungen ange schlossen werden zu können. Zudem enthalten diese Schaltungen typischer weise einen Komparator, der beim Überschreiten einer bestimmten Schwelle die nachfolgenden elektrischen Geräte aktiviert bzw. aufweckt. Offenbarung der Erfindung

Die Schaltung zur Aufbereitung eines Wake-Up-Signals mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch den Einsatz einer mehrkanaligen integrierten Komparatorschaltung, einer diskreten Eingangsschal tung und einer schaltbaren diskreten Konstantspannungsquelle Eingangspara meter der Schaltung, wie beispielsweise eine Eingangsimpedanz, und Kriterien zur Bewertung des anliegenden Wake-Up-Signals durch die Variation der Bau teilwerte in der Eingangsschaltung und/oder in der Konstantspannungsquelle ein fach eingestellt werden können. Zudem können diese Eingangsparameter und Kriterien für einen Einsatz in Kraftfahrzeugen sehr präzise und stabil über einen weiten Spannungs- und Temperaturbereich vorgegeben werden. Dies wird durch den hohen Eingangswiderstand der mehrkanaligen integrierten Komparatorschal tung bewirkt, durch welchen eine hochohmige Entkopplung der Leitung des Wa- ke-Up-Signals von der restlichen Schaltung erreicht werden kann. Damit lässt sich ein sehr weites Spektrum an Kundenanforderungen abdecken, ohne dass eine Überarbeitung des Layouts der Schaltung notwendig wäre. Zudem kann die Spannungsversorgung der Konstantspannungsquelle nur bei einem tatsächlich anliegenden Wake-Up-Signal zugeschaltet werden. Dadurch sind Ausführungs formen der erfindungsgemäßen Schaltung zur Aufbereitung eines Wake-Up- Signals im Ruhezustand bis auf die mehrkanaligen integrierte Komparatorschal tung komplett inaktiv und zeichnen sich deswegen durch einen sehr niedrigen, für dauerversorgte Systeme geeigneten Stromverbrauch aus. Der Einsatz der mehrkanaligen integrierten Komparatorschaltung ermöglicht einen relativ kom pakten Aufbau der Schaltung, da nur wenige externe Bauteile benötigt werden. Der Einsatz einer permanent aktiven und geregelten Spannungsversorgung so wie einer Taktquelle ist nicht erforderlich.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Schaltung zur Aufbe reitung eines Wake-Up-Signals zur Verfügung, welches zur Aktivierung von elektrischen Geräten verwendbar ist. Die Schaltung zur Aufbereitung eines Wa- ke-Up-Signals umfasst eine Bewertungsschaltung, welche ein anliegendes Wa- ke-Up-Signal auf seine Gültigkeit überprüft, und eine Ausgangstreiberschaltung, welche ein aufbereitetes Wake-Up-Signal ausgibt, wenn die Bewertungsschal- tung das anliegende Wake-Up-Signal als gültig bewertet. Die Bewertungsschal tung umfasst einen Komparator, welcher das anliegende Wake-Up-Signal zur Bewertung mit mindestens einem Schwellwert vergleicht. Hierbei umfasst die Bewertungsschaltung eine Eingangsschaltung und eine schaltbare Konstant spannungsquelle, über welche jeweils mindestens ein Kriterium zur Bewertung des anliegenden Wake-Up-Signals einstellbar ist, wobei der Komparator als mehrkanalige integrierte Komparatorschaltung ausgeführt ist, und wobei die ein zelnen Kanäle der integrierten Komparatorschaltung jeweils ein Kriterium des an liegenden Wake-Up-Signals bewerten.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiter bildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentan spruch 1 angegebenen Schaltung zur Aufbereitung eines Wake-Up-Signals mög lich.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Eingangsschaltung über ein einstellbares Tei lungsverhältnis eines Spannungsteilers ein erstes Kriterium zur Bewertung einer Amplitude des anliegenden Wake-Up-Signals vorgibt. Zudem kann die Ein gangsschaltung eine Eingangsimpedanz der Bewertungsschaltung vorgeben. Durch den Spannungsteiler wird das Wake-Up-Signal zunächst heruntergeteilt und durch Verwendung eines zusätzlichen Filterkondensators on schnellen tran sienten Störsignalen befreit. Über das einstellbare Teilungsverhältnis des Span nungsteilers kann eine Amplitudenerkennungsschwelle als erstes Kriterium ein gestellt werden. Durch das Verändern des Teilungsverhältnisses kann die Amplitudenerkennungsschwelle einfach an entsprechende Kundenanforderun gen angepasst werden. Durch geeignete Wahl des Innenwiderstandes der Ein gangsschaltung, welcher sich aus den Werten der Widerstände des Spannungs teilers ergibt, zusammen mit dem Kapazitätswert des Filterkondensators können transiente Störungen, welche eine stabile Amplitudenerkennung erschweren, be seitigt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Schaltung kann die schaltbare Konstantspan nungsquelle über eine einstellbare Zeitkonstante einer RC-Schaltung ein zweites Kriterium zur Bewertung einer Zeitdauer des anliegenden Wake-Up-Signals vor geben. Zudem kann das anliegende Wake-Up-Signal die Konstantspannungs- quelle einschalten. Die Zeitkonstante der RC-Schaltung als zweites Kriterium kann einfach durch Verändern des Wertes eines Ladewiderstands und/oder min destens eines Kondensators der RC-Schaltung an entsprechende Kundenanfor derungen angepasst werden. Um eine Unabhängigkeit des zweiten Kriteriums von der Spannungsversorgung der Schaltung zu gewährleisten, kann eine Lade spannung des mindestens einen Kondensators der RC-Schaltung beispielsweise durch eine Zenerdiode auf einen vorgegebenen Wert von beispielsweise 2,7V stabilisiert werden. Um einen permanenten Stromverbrauch der Konstantspan nungsquelle zu verhindern, wird diese beispielsweise über einen Transistor nur dann zugeschaltet, wenn tatsächlich ein Wake-Up-Signal am Eingang der Bewer tungsschaltung anliegt. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Ruhestromver brauchs der Schaltung auf wenige Mikroampere. Da die Energie zum Aufladen des mindestens einen Kondensators nur dann aus der Energiequelle des Fahr zeugs entnommen wird, wenn ein gültiges Wake-Up-Signal vorliegt. Auf diese Weise ist eine weitgehende Entkopplung des Wake-Up-Signals möglich, was ei ne konstante und versorgungsunabhängige Impedanz des Eingangs der Schal tung ermöglicht. Damit eignet sich Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltung für Sleep Systeme die an einer Dauerversorgung angeschlossen sind und im schlafenden Zustand, d.h. im nicht aktiven Zustand, Stromanforderungen von weniger als IOOmA erfüllen müssen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Schaltung kann die mehrkanalige inte grierte Komparatorschaltung eine interne Spannungsquelle umfassen, welche ei nen Referenzspannung erzeugen kann. Zudem kann ein am Eingang eines ers ten Kanals der mehrkanaligen integrierten Komparatorschaltung anliegendes ers tes Spannungssignal, welches die Amplitude des anliegenden Wake-Up-Signals repräsentiert, mit der Referenzspannung verglichen werden, wobei das erste Kri terium erfüllt ist, wenn das erste Spannungssignals größer als die Referenzspan nung ist. Hierbei kann das heruntergeteilte Wake-Up-Signal am nichtinvertieren den Eingang des ersten Kanals anliegen und die interne Referenzspannung kann an einem internen invertierenden Eingang des ersten Kanals anliegen, welcher vorzugsweise von außen nicht zugänglich ist, um die Anzahl von Anschlusspins an der integrierten Komparatorschaltung zu reduzieren. Des Weiteren kann ein am Eingang eines zweiten Kanals der mehrkanaligen integrierten Komparator schaltung anliegendes zweites Spannungssignal, welches die Zeitdauer des an- liegenden Wake-Up-Signals repräsentiert, mit der Referenzspannung verglichen werden, wobei das zweite Kriterium erfüllt ist, wenn das zweite Spannungssignal größer als die Referenzspannung ist. Hierbei kann das über dem mindestens ei nen Kondensator der RC-Schaltung anliegende Ausgangssignal der Konstant spannungsquelle als zweites Spannungssignal am invertierenden Eingang des zweiten Kanals anliegen und die interne Referenzspannung kann an einem inter nen nichtinvertierenden Eingang des zweiten Kanals anliegen, welcher vorzugs weise von außen nicht zugänglich ist, um die Anzahl von Anschlusspins an der integrierten Komparatorschaltung zu reduzieren.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Schaltung kann die mehrkanalige inte grierte Komparatorschaltung einen Zustand am Ausgang des ersten Kanals än dern, wenn das erste Kriterium erfüllt ist, wobei die Zustandsänderung am Aus gang des ersten Kanals die Bewertung des zweiten Kriteriums starten kann. So kann der Ausgang des ersten Kanals beispielsweise seinen aktiven„Low“ Zu stand in einen„High Impedance“ Zustand ändern. Dies kann beispielsweise durch einen sogenannten Open- Kollektor- Ausgang des Komparators umgesetzt werden. Durch den Zustandswechsel des Ausgangs des ersten Kanals kann der mindestens eine Kondensator über den Ladewiderstand mit der Ladespannung aufgeladen werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Schaltung kann die mehrkanalige inte grierte Komparatorschaltung einen Zustand am Ausgang des zweiten Kanals än dern, wenn das zweite Kriterium erfüllt ist, wobei die Zustandsänderung am Aus gang des zweiten Kanals die Ausgangstreiberschaltung aktivieren kann. So kann der Ausgang des zweiten Kanals beispielsweise seinen„High Impedance“ Zu stand auf einen aktiv„Low“ Zustand ändern. Da auch hier ein Open- Kollektor- Ausgang verwendet wird, wird der Ausgang des zweiten Kanals auf Massepoten tial gezogen. Durch diesen Zustandswechsel des Ausgangs des zweiten Kanals wird die Ausgangstreiberschaltung aktiviert, so dass diese das aufbereitete Wa- ke-Up-Signal ausgibt, welches nachfolgende elektrische Geräte aktiviert bzw. aufweckt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Aufbereitung eines Wake-Up-Signals.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung zur Aufbereitung ei nes Wake-Up-Signals aus Fig. 1.

Ausführungsformen der Erfindung

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung 1 zur Aufbereitung eines Wake-Up-Signals WUP, welches zur Aktivierung von elektrischen Geräten verwendbar ist, eine Bewertungsschaltung 10, welche ein anliegendes Wake-Up-Signal WUP auf sei ne Gültigkeit überprüft, und eine Ausgangstreiberschaltung 5, welche ein aufbe reitetes Wake-Up-Signal WUPA ausgibt, wenn die Bewertungsschaltung 10 das anliegende Wake-Up-Signal WUP als gültig bewertet. Die Bewertungsschaltung 10 umfasst einen Komparator 12, welcher das anliegende Wake-Up-Signal WUP zur Bewertung mit mindestens einem Schwellwert vergleicht. Hierbei umfasst die Bewertungsschaltung 10 eine Eingangsschaltung 14 und eine schaltbare Kon stantspannungsquelle 16, über welche jeweils mindestens ein Kriterium zur Be wertung des anliegenden Wake-Up-Signals WUP einstellbar ist. Zudem ist der Komparator 12 als mehrkanalige integrierte Komparatorschaltung 12A ausge führt, wobei die einzelnen Kanäle der integrierten Komparatorschaltung 12A je weils ein Kriterium des anliegenden Wake-Up-Signals WUP bewerten.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel gibt die Eingangsschaltung 14 über ein ein stellbares Teilungsverhältnis eines Spannungsteilers ST ein erstes Kriterium zur Bewertung einer Amplitude des anliegenden Wake-Up-Signals WUP vor. Zudem gibt die Eingangsschaltung 14 über eine entsprechende Dimensionierung der einzelnen ohmschen Widerstände RI und R2 des Spannungsteilers ST eine Ein gangsimpedanz der Bewertungsschaltung 10 vor. Die schaltbare Konstantspan- nungsquelle 16 gibt über eine einstellbare Zeitkonstante einer RC-Schaltung RL, CI, C2 ein zweites Kriterium zur Bewertung einer Zeitdauer des anliegenden Wake-Up-Signals WU P vor.

Wie aus Fig. 1 und 2 weiter ersichtlich ist, schaltet das anliegende Wake-Up- Signal WUP die Konstantspannungsquelle 16 über einen ohmschen Widerstand RB ein, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Basis eines Schalttransistors TI verbunden ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Komparator 12 als zweikanalige in tegrierte Komparatorschaltung 12A ausgeführt, welche eine nicht näher bezeich- nete interne Spannungsquelle umfasst und dessen Ausgänge Out_A und Out_B als sogenannte Open- Kollektor- Ausgänge ausgeführt sind. Die interne Span nungsquelle erzeugte eine Referenzspannung von beispielsweise 400mV. Hier bei wird ein am Eingang ln_A des ersten Kanals der mehrkanaligen integrierte Komparatorschaltung 12A anliegendes erstes Spannungssignal, welches die Amplitude des anliegenden Wake-Up-Signals WUP repräsentiert, mit der Refe renzspannung verglichen, wobei das erste Kriterium erfüllt ist, wenn das erste Spannungssignals größer als die Referenzspannung ist. Des Weiteren wird ein am Eingang ln_B des zweiten Kanals der mehrkanaligen integrierte Komparator schaltung 12A anliegendes zweites Spannungssignal, welches die Zeitdauer des anliegenden Wake-Up-Signals WUP repräsentiert, mit der Referenzspannung verglichen, wobei ein Zeitkriterium als zweites Kriterium erfüllt ist, wenn das zwei te Spannungssignal größer als die Referenzspannung ist.

Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, wird das anliegende Wake-Up-Signal WUP zunächst vom Spannungsteiler ST der Eingangsschaltung 14 heruntergeteilt und durch Verwendung eines Filterkondensators CF von schnellen transienten Stör signalen befreit. Über das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers ST der Ein gangsschaltung 14 wird eine Amplitudenerkennungsschwelle als erstes Kriterium zur Bewertung des Wake-Up-Signals WUP eingestellt und kann durch das Ver ändern der Werte der beiden ohmschen Widerstände RI, R2 leicht an entspre chende Kundenanforderungen angepasst werden. Durch geeignete Wahl des In nenwiderstandes der Eingangsschaltung zusammen mit dem Kapazitätswert des Filterkondensators CF können transiente Störungen, welche eine stabile Amplitudenerkennung erschweren, beseitigt werden. Das heruntergeteilte Wake- Up-Signal WUP ist mit einem nichtinvertierenden Eingang ln_A des ersten Ka nals verbunden. Die interne Spannungsquelle ist mit einem invertierenden Ein gang des ersten Kanals verbunden, welcher nicht von außen zugänglich ist. Überschreitet das heruntergeteilte Wake-Up-Signal WUP bzw. das erste Span nungssignal am nichtinvertierenden Eingang ln_A des ersten Kanals der zweika- naligen integrierten Komparatorschaltung 12A die interne Referenzspannung von 400mV, so wird ein vorgegebenes Amplitudenkriterium des Wake-Up-Signals WUP erfüllt und ein Ausgang Out_A des ersten Kanals der zweikanaligen inte grierten Komparatorschaltung 12A wechselt seinen Zustand von aktiv„Low“ auf „High Impedance“. Dadurch werden die über einen ohmschen Schutzwiderstand RS mit dem Ausgang Out_A des ersten Kanals verbundenen Kondensatoren CI und C2 der RC-Schaltung über einen Ladewiderstand RL der RC-Schaltung auf geladen.

Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, umfasst die RC-Schaltung im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei parallel geschaltete Kondensatoren CI und C2. Die Spannung über den Kondensatoren CI und C2 liegt gleichzeitig als zweites Spannungssignal an einem invertierenden Eingang ln_B des zweiten Kanals der zweikanaligen integrierten Komparatorschaltung 12A an. Die interne Span nungsquelle ist mit einem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Kanals ver bunden, welcher nicht von außen zugänglich ist. Erreicht das zweite Spannungs signal die interne Referenzspannung von 400m V, dann ist zusätzlich zum

Amplitudenkriterium das Zeitkriterium erfüllt und der Ausgang Out_B des zweiten Kanals der zweikanaligen integrierten Komparatorschaltung 12A wechselt seinen Zustand von„High Impedance“ auf aktiv„Low“. Da auch hier ein Open- Kollektor- Ausgang verwendet wird, zieht die Ausgangstreiberschaltung 5 einen Anschluss pin des Ausgangs Out_B des zweiten Kanals auf Massepotential. Liegt das Wa- ke-Up-Signal WUP nicht mehr an der Bewertungsschaltung 10 an bzw. wird das Amplitudenkriterium nicht mehr erfüllt, dann wechselt der Ausgang Out_A des ersten Kanals der zweikanaligen integrierten Komparatorschaltung 12A seinen Zustand von„High Impedance“ auf aktiv„Low“, so dass die beiden Kondensato ren CI und C2 über den Schutzwiderstand RS und diesen Ausgang Out_A schnell entladen werden können. Dieses Verhalten verhindert das mögliche „Aufaddieren“ der Ladungen in den beiden Kondensatoren CI und C2 bei mehre- ren aufeinander folgenden Wake-Up-Signalen, welche nur durch kurze Pausen voneinander getrennt sind. Das Zeitkriterium kann leicht durch eine Veränderung der Zeitkonstante über die Werte der beiden Kondensatoren CI und C2 und des Ladewiderstands RL auf entsprechende Kundenanforderungen angepasst wer den.

Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, wird die Ladespannung der Kondensatoren CI und C2 durch eine Zenerdiode ZI und einen ohmschen Widerstand R5 auf beispielsweise 2,7V stabilisiert. Alternativ kann in der Konstantspannungsquelle 16 eine andere Spannungsstabilisierung zum Laden der Kondensatoren CI und C2 verwendet werden. So kann beispielsweise eine abgeglichene Band-Gap- Spannungsreferenz anstatt der Zenerdiode ZI verwendet werden, falls eine hö here Genauigkeit des Zeitkriteriums gefordert wird. Um einen permanenten Stromverbrauch der Konstantspannungsquelle 16 zu verhindern, wird diese über den Schalttransistor TI nur dann zugeschaltet, wenn tatsächlich ein Wake-Up- Signal WUP am Eingang der Bewertungsschaltung 10 anliegt. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Ruhestromverbrauchs der Bewertungsschaltung 10 auf wenige Mikroampere. Die Energie zum Aufladen der Kondensatoren CI und C2 wird nur dann aus einer verpolgeschützten Dauerversorgung VZP einer nicht dargestellten Fahrzeugbatterie entnommen, wenn ein Wake-Up-Signal WUP an liegt. Auf diese Weise ist eine weitgehende Entkopplung des Wake-Up-Signals WUP möglich, was eine konstante und versorgungsunabhängige Impedanz des Eingangs der Bewertungsschaltung 10 ermöglicht.

Ist sowohl das Amplitudenkriterium als auch Zeitkriterium erfüllt, dann wird das aufbereitete Wake-Up-Signal WUPA am Ausgang der Ausgangstreiberschaltung 5 über einen Treibertransistor T2 und einen ohmschen Widerstand R8 annä hernd auf das Potential einer Versorgungsspannung VDD gebracht. Dabei wird der Treibertransistor T2 durch den aktiven„Low“ Zustand des Ausgangs Out_B des zweiten Kanals der zweikanaligen integrierten Komparatorschaltung 12A an gesteuert, wobei ein Arbeitspunkt des Treibertransistors T2 über einen Ba sisspannungsteiler aus zwei ohmschen Widerständen R6 und R7 einstellbar ist.

Zur optimalen Versorgung der zweikanaligen integrierten Komparatorschaltung 12A erfolgt eine Anbindung eines Versorgungsanschlusses VDD der Kompara- torschaltung 12A über eine Schutzschaltung 5, welche die Versorgungsspannung VDD der zweikanaligen integrierten Komparatorschaltung 12A und der Aus gangstreiberschaltung 5 begrenzt. Die Schutzschaltung 3 umfasst im dargestell ten Ausführungsbeispiel zwei in Reihe geschaltete ohmsche Widerstände R3 und R4 und eine weitere Zenerdiode Z2, welche die Versorgungsspannung VDD aus der verpolgeschützten Dauerversorgung VZP des Fahrzeugs abklammert. Im üb lichen Spannungsbereich bei abgestelltem Fahrzeug (Motor aus) der Dauerver sorgung VZP im Bereich von 5V bis 13,8V wird nahezu kein Strom durch die Schutzschaltung 3 nach Masse abgeführt und damit hat auch dieser Schaltungs- teil keinen Einfluss auf die Sleep Stromanforderungen für die verpolgeschützte

Dauerversorgung VZP des Fahrzeugs. Ein nachgeschalteter Tiefpass TP, wel cher einen ohmschen Widerstand RT und einen Kondensator CT umfasst, filtert zusätzlich die Versorgungsspannung VDD der zweikanaligen integrierten Kom paratorschaltung 12A mit einer einstellbaren Eckfrequenz von beispielsweise 600Hz, um Störungen von der zweikanaligen integrierten Komparatorschaltung

12A fernzuhalten und damit die Güte der Wake-Up-Signaldiskriminierung nach Amplitude und Zeit zu optimieren.