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Title:
VOLTAGE DIAGNOSTIC CIRCUIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/135132
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a circuit (10) for monitoring an output voltage of a voltage supply (12). The circuit (10) comprises a microcontroller (14) for controlling a system, a shift register (16a, 16b, 16c) and a diagnostic circuit (22). The microcontroller (14) comprises an input (MISO) for receiving serial output data (Q7) of the shift register (16a, 16b, 16c), wherein the input (MISO) is connected to the serial output (Q7) of the shift register (16a, 16b, 16c). The diagnostic circuit (22) is formed for diagnosing the voltage supply (12) and has a diagnostic output (status signal) which is connected to a data input (D7) of the shift register (16a, 16b, 16c) for inputting a diagnostic bit.

Inventors:
WOHLGEMUTH, Christopher (Hahler-Str. 41, Minden, 32427, DE)
VOSS, Christian (Birkhuhnweg 17, Minden, 32427, DE)
Application Number:
IB2018/060187
Publication Date:
July 11, 2019
Filing Date:
December 17, 2018
Export Citation:
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Assignee:
WAGO VERWALTUNGSGESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG (Hansastraße 27, Minden, 32423, DE)
International Classes:
G06F13/42; G06F1/28; G06F11/22; G06F13/12; G11C5/14
Foreign References:
DE102016201141A12017-07-27
US20170184642A12017-06-29
EP2738990A12014-06-04
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
MÜLLER, Wolf-Christian (Hansastraße 27, Minden, 32423, DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE

1. Schaltung (10), umfassend : einen Mikrocontroller (14) zur Steuerung einer Anlage; ein Schieberegister (16); und eine Diagnoseschaltung (18); wobei der Mikrocontroller (14) zum Anschluss an eine erste Spannungsversorgung ausgebildet ist und einen Eingang (MISO) zum Empfang von seriellen Ausgangsdaten des Schieberegister (16) aufweist, wobei der Eingang (MISO) mit dem seriellen Ausgang (Q7) des Schieberegisters (16) verbunden ist, das Schieberegister zumindest einen Dateneingang (D7) aufweist, die Diagnoseschaltung (18) zur Diagnose einer zweiten Spannungsversorgung (12) ausgebildet ist und ein Diagnoseausgang (22) der Diagnoseschaltung (18) mit dem Dateneingang (D7) des Schieberegisters (16) zur Eingabe eines Diagnosebits verbunden ist.

2. Schaltung (10) nach Anspruch 1, wobei der Dateneingang (D7) Bestandteil einer parallelen Schnittstelle (D0-D7) des Schieberegisters (16) ist.

3. Schaltung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Dateneingang (D7) des Schieberegisters (16) zur Speicherung des Diagnosebits an einem Speicherplatz eingerichtet ist, dessen Inhalt bei der seriellen Ausgabe zuerst ausgegeben wird.

4. Schaltung (10) nach Anspruch 3, wobei das Schieberegister (16) zum Anlegen eines dem Diagnosebit entsprechenden Wertes an den Eingang (MISO) des Mikrocontrollers (14) ohne Anliegen eines Taktsignals (SCLK) an einem Takteingang des Schieberegisters (16) und/oder einer an dem Schieberegister (16) anliegenden Logikspannung (U2) eingerichtet ist.

5. Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend : einen oder mehrere Sensoren, die zum Anschluss an die zweite Spannungsversorgung (12) ausgebildet sind; wobei ein oder mehrere Dateneingänge (D0-D6) des Schieberegisters (16) mit dem einen oder den mehreren Sensoren zur Eingabe von Sensordaten verbunden sind.

6. Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Diagnoseschaltung (18) zum Anschluss an die zweite Spannungsversorgung (12) ausgebildet ist.

7. Schaltung (10) nach Anspruch 6, wobei die Diagnoseschaltung (18) eingerichtet ist, eine Unterspannung oder Überspannung der zweiten Spannungsversorgung (12) durch einen Bit-Wert zu signalisieren.

8. Verfahren zur Überwachung einer Ausgangsspannung (Ul) einer Spannungsversorgung (12), umfassend :

Überwachen (32), ob die Ausgangsspannung (Ul) in einem Sollspannungsbereich liegt; und

Signalisieren des Ergebnisses des Überwachens an einen

Mikrocontroller (14); gekennzeichnet durch

Schreiben (34) eines das Ergebnis symbolisierenden Bit-Werts in eine Ausleseposition eines Schieberegisters (16), welche von dem Mikrocontroller (14) über eine serielle Schnittstelle (Q7) des Schieberegisters (16) als erstes ausgelesen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend : fortwährendes Anlegen einer Spannung, die den in der ersten Ausleseposition des Schieberegisters (16) gespeicherten Bit-Wert repräsentiert, an eine mit der seriellen Schnittstelle (Q7) verbundene Signalleitung, welche den Mikrocontroller (14) mit dem Schieberegister (16) verbindet.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, ferner umfassend :

Steuern einer Anlage (30) auf Basis von aus dem Schieberegister (16) ausgelesenen Messdaten; wobei die Messdaten durch Sensoren erzeugt werden, an denen die Ausgangsspannung (Ul) oder eine von der Ausgangsspannung (Ul) abgeleitete Spannung (U2) anliegt.

Description:
SPANNUNGSDIAGNOSESCHALTUNG

GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Überwachung einer Spannungsversorgung.

HINTERGRUND

[0002] Zur Überwachung einer Spannungsversorgung sind aus dem Stand der Technik Mikrocontroller bekannt, die einen separaten Diagnoseeingangs-Pin zur Verbindung mit einer Diagnoseschaltung aufweisen, wobei die Mikrocontroller eingerichtet sind, ein von der Diagnoseschaltung bereitgestelltes Statussignal hinsichtlich der Spannungsversorgung über den separaten Diagnoseeingangs-Pin einzulesen und auszuwerten.

ZUSAMMENFASSUNG

[0003] Die Erfindung bereichert diesbezüglich den Stand der Technik, als ein Mikrocontroller einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Einlesen eines von einer Diagnoseschaltung bereitgestellten Statussignals keinen separaten Diagnoseeingangs-Pin benötigt. Stattdessen wird das Statussignal erfindungsgemäß über einen seriellen Eingang des Mikrocontrollers eingelesen, wobei der serielle Eingang mit einem seriellen Ausgang eines Schieberegisters verbunden ist. Das Schieberegister weist zumindest einen Dateneingang auf, welcher mit einem Diagnoseausgang einer Diagnoseschaltung zur Eingabe des Statussignals verbunden ist.

[0004] Dabei ist unter dem Begriff „serieller Eingang", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein Anschluss (bzw. Eingangs-Pin) zu verstehen, über den in einem bestimmten Zeittakt Daten nacheinander eingelesen werden können. Analog dazu ist unter dem Begriff „serieller Ausgang", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein Anschluss (bzw. Ausgangs-Pin) zu verstehen, über den in einem bestimmten Zeittakt Daten nacheinander ausgelesen werden können.

[0005] Ferner ist unter dem Begriff „Schieberegister", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Schaltung mit mehreren in Reihe geschalteten Speichereinheiten (bspw. Flipflops) zu verstehen, deren Speicherinhalt (bspw. je 1 Bit) bei jedem Arbeitstakt um eine Speichereinheit weitergeschoben wird. Des Weiteren ist unter dem Begriff„Diagnoseschaltung", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Schaltung zu verstehen, die eine Korrektheit des Funktionierens einer Schaltung bzw. deren Voraussetzungen überprüft und erkannte tatsächliche oder mögliche Beeinträchtigungen signalisiert.

[0006] Vorzugsweise ist der Dateneingang Bestandteil einer parallelen Schnittstelle des Schieberegisters.

[0007] Dabei ist unter dem Begriff„parallele Schnittstelle", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Schnittstelle zu verstehen, über die mehrere (insbesondere voneinander unabhängige) Signale parallel (und somit insbesondere zeitgleich) abgetastet werden können.

[0008] Vorzugsweise ist der Dateneingang des Schieberegisters zur Speicherung des Diagnosebits an einem Speicherplatz eingerichtet, dessen Inhalt bei der seriellen Ausgabe zuerst ausgegeben wird.

[0009] Dabei ist unter dem Begriff „Diagnosebit", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein Signal zu verstehen, welches einen von zwei unterschiedlichen Werten repräsentiert, wobei die Werte den Zustand der Spannungsversorgung charakterisieren, bspw. Spannungsversorgung „fehlerfrei" und Spannungsversorgung „fehlerhaft". Ferner ist unter der Formulierung„zuerst ausgeben", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein Ausgeben zu verstehen, welches zeitlich vor dem Ausgeben weiterer Bits, die ebenfalls in dem Schieberegister gespeichert sind, erfolgt.

[0010] Vorzugsweise ist das Schieberegister zum Anlegen eines dem Diagnosebit entsprechenden Wertes an den Eingang des Mikrocontrollers ohne Anliegen eines Taktsignals an einem Takteingang des Schieberegisters und/oder einer an dem Schieberegister anliegenden Logikspannung eingerichtet.

[0011] Dabei ist unter der Formulierung „ohne Anliegen eines Taktsignals", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere zu verstehen, dass zwischen dem Anlegen eines dem Diagnosebit entsprechenden Wertes an den Eingang des Mikrocontrollers und dem Anliegen eines Taktsignals kein positiv kausaler Zusammenhang besteht.

[0012] Vorzugsweise umfasst die Schaltung ferner einen oder mehrere Sensoren, die zum Anschluss an eine zweite Spannungsversorgung ausgebildet sind, wobei ein oder mehrere Dateneingänge des Schieberegisters mit dem einen oder den mehreren Sensoren zur Eingabe von Sensordaten verbunden sind.

[0013] Dabei ist unter dem Begriff „Sensor", wie er in der

Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Einheit zu verstehen, die dazu eingerichtet ist, aus

Umweltveränderungen elektrische Signale abzuleiten, die die Umweltveränderungen im Rahmen einer Messgenauigkeit charakterisieren.

[0014] Vorzugsweise ist die Diagnoseschaltung zum Anschluss an die zweite Spannungsversorgung ausgebildet.

[0015] Dabei ist unter dem Begriff„Spannungsversorgung", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Schaltung zu verstehen, die ausgangsseitig eine (im Wesentlichen) konstante Versorgungsspannung bzw. eine Versorgungsspannung mit im Wesentlichen konstanten Effektivwert bereitstellt.

[0016] Vorzugsweise ist die Diagnoseschaltung eingerichtet, eine Unterspannung oder Überspannung der zweiten Spannungsversorgung durch einen Bit-Wert zu signalisieren.

[0017] Dabei ist unter dem Begriff„Unter-/Überspannung", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Spannung zu verstehen, die, bzw. deren Effektivwert, einen festgelegten Schwellenwert, welcher unterhalb bzw. oberhalb eines Nominalwertes liegt, unter- oder überschreitet.

[0018] Der erfindungsgemäße Mikrocontroller (bzw. eine den Mikrocontroller umfassende Schaltung, die einige oder alle der vorstehenden Elemente umfassen kann) kann ferner in einem Verfahren zur Überwachung einer Ausgangsspannung einer Spannungsversorgung verwendet werden. Bspw. kann (durch die Diagnoseschaltung) überwacht werden, ob die Ausgangsspannung in einem Sollspannungsbereich liegt und ein das Ergebnis symbolisierender Bit-Wert in eine Ausleseposition eines Schieberegisters, welche von dem Mikrocontroller über eine serielle Schnittstelle des Schieberegisters als erstes ausgelesen werden kann, geschrieben werden.

[0019] Dabei ist unter dem Begriff „Mikrocontroller", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine integrierte Schaltung zu verstehen, welche einen Prozessor umfasst und deren Gehäuse eine Vielzahl an Eingängen zugeordneten Anschluss-Pins zum Verbinden des Mikrocontrollers mit weiteren Schaltungsteilen aufweist.

[0020] Eine Spannung, die den in der ersten Ausleseposition des Schieberegisters gespeicherten Bit-Wert repräsentiert, kann fortwährend an eine mit der seriellen Schnittstelle verbundene Signalleitung, welche den Mikrocontroller mit dem Schieberegister verbindet, angelegt werden, wodurch dem Mikrocontroller der Statuswert auch ohne Zeittakt-Signal zur Verfügung steht.

[0021] Bspw. kann die Signalleitung (gegebenenfalls über eine Potenzialtrennung wie bspw. einen Optokoppler) mit einem Anschluss-Pin des Mikrocontroller-Gehäuses verbunden sein, wodurch ein während Auslesepausen auf die Signalleitung gegebener, dem Diagnosebit-Wert entsprechender Pegel über den seriellen Eingang des Mikrocontrollers fortwährend (in aktualisierter Form) zur Verfügung steht und von dem Mikrocontroller zu beliebigen Zeitpunkten zur Überprüfung der Versorgungsspannung eingelesen und ausgewertet werden kann.

[0022] Das Verfahren kann ferner ein Steuern einer Anlage auf Basis von aus dem Schieberegister ausgelesenen Messdaten umfassen, wobei die Messdaten durch Sensoren erzeugt werden, an denen die Ausgangsspannung oder eine von der Ausgangsspannung abgeleitete (erzeugte) Spannung anliegt. [0023] Dabei ist unter dem Begriff „Anlage", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein Automatisierungssystem zu verstehen, welches Sensoren und Aktoren umfasst, die mit einer Feldversorgung (bspw. 24V) versorgt werden. Die Möglichkeit der Überprüfung der Versorgungsspannung erlaubt somit das Erkennen von Situationen, in denen die Messdaten unter widrigen Umständen angefertigt wurde und daher (möglicherweise mit) höherer Wahrscheinlichkeit inkorrekt sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0024] Die Erfindung wird nachfolgend in der detaillierten Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Schaltung zur Überwachung einer Ausgangsspannung einer Spannungsversorgung;

Fig. 2a eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen an ausgewählten Ein-/Ausgängen in der beispielhaften Schaltung der Fig. 1, gemäß einem ersten Beispiel;

Fig. 2b eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen an ausgewählten Ein-/Ausgängen in der beispielhaften Schaltung der Fig. 1, gemäß einem zweiten Beispiel;

Fig. 2c eine schematische Darstellung von Signalen an ausgewählten Ein-/Ausgängen in der beispielhaften Schaltung der Fig. 1, gemäß einem weiteren Beispiel;

Fig. 3 ein Blockdiagramm mit zusätzlichen Elementen der beispielhaften Schaltung der Fig. 1; Fig. 4 ein Blockdiagramm mit zusätzlichen Elementen der beispielhaften Schaltung der Fig. 3; und

Fig. 5 ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Überwachung einer Ausgangsspannung einer Spannungsversorgung zeigt.

[0025] Dabei sind in den Zeichnungen gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

[0026] Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Schaltung 10 zur Überwachung einer Ausgangsspannung einer Spannungsversorgung 12. Die Schaltung 10 umfasst einen Mikrocontroller 14 zur Steuerung einer Anlage (in Fig. 1 nicht gezeigt), mehrere Schieberegister 16a-16c und eine Diagnoseschaltung 18. Die Diagnoseschaltung 18 dient der Überwachung der Ausgangsspannung Ul der Spannungsversorgung 12 (bspw. eine 24V Feldversorgung) auf Unterspannung. Fällt die Ausgangsspannung Ul der Spannungsversorgung 12, wie in Fig. 2a und 2b gezeigt, unter einen Schwellenwert UGRENZ, signalisiert die Diagnoseschaltung 18 dies am Diagnoseausgang 22 durch eine Änderung eines Statussignals (bspw. durch Änderung eines Statussignal-Pegels).

[0027] Der Diagnoseausgang 22 der Diagnoseschaltung 18 ist mit einem Dateneingang D7 eines Schieberegisters 16a zur Eingabe eines Diagnosebits verbunden. Der Mikrocontroller 14 weist einen Eingang zum Empfang von seriellen Ausgangsdaten der Schieberegister 16a- 16c auf, wobei der Eingang über eine (optionale) Potenzialtrennung 24 (bspw. einen Optokoppler oder einen Digitalisolator) mit dem seriellen Ausgang Q7 des Schieberegisters 16a verbunden ist. Dadurch kann das Statussignal über das Schieberegister 16a und den seriellen Eingang des Mikrocontrollers 14 als Diagnosebit eingelesen werden.

[0028] Bspw. kann (wie in Fig. 2a und 2b gezeigt) eine Unterspannung (U 1 < UGRENZ) durch Ausgabe eines definierten Logik- Pegels, z. B. durch Ausgabe eines Low-Pegels oder eines High-Pegels am Diagnoseausgang 22 signalisiert werden. Zudem ist die Diagnoseschaltung 18 nicht auf das Erkennen einer Unterspannung beschränkt. Bspw. kann die Diagnoseschaltung 18 ausgebildet sein, anstatt des Überwachens oder zusätzlich zum Überwachen der Ausgangsspannung Ul hinsichtlich Unterspannung, die Ausgangsspannung Ul auf Überspannung zu überwachen. Des Weiteren kann, wenn die Diagnoseschaltung 18 zum Überwachen der Ausgangsspannung Ul auf Unterspannung und Überspannung ausgebildet ist, ein Statussignal ausgegeben werden, dessen Pegel signalisiert, ob eine Unterspannung oder eine Überspannung vorliegt.

[0029] Ferner können anstatt eines einzelnen Statussignals zwei Statussignale ausgegeben werden, wobei bspw. der Pegel eines Statussignals dem Signalisieren einer Unterspannung und der Pegel des verbleibenden Statussignals dem Signalisieren einer Überspannung zugeordnet ist. Alternativ kann der Pegel eines Statussignals signalisieren, ob eine Unterspannung oder eine Überspannung (oder weder eine Unterspannung noch eine Überspannung) vorliegt und der Pegel des verbleibenden Statussignals im Falle einer Unter- oder Überspannung signalisieren, ob eine Unterspannung vorliegt oder ob eine Überspannung vorliegt. Die Statussignale können bspw. seriell über den Diagnoseausgang 22 oder parallel über zwei Diagnoseausgänge (nicht gezeigt) ausgegeben werden. [0030] Durch Ausgeben eines Low-Pegels zum Signalisieren von Spannungsversorgungsproblemen (d. h. Unter- oder Überspannung) kann in Ausführungsformen, in denen die Versorgungsspannung U2 (Logikspannung) der Diagnoseschaltung 18 aus der Ausgangsspannung Ul der überwachten Spannungsversorgung 12 (durch einen Spannungswandler 20) erzeugt wird, vermieden werden, dass bei einem vollständigen Zusammenbruch der Ausgangsspannung Ul, wie bspw. in Fig. 2a zum Zeitpunkt U einsetzend, ein spannungsabfallbedingt verfälschtes Statussignal am Diagnoseausgang 22 der Diagnoseschaltung 18 ausgegeben wird.

[0031] Jedoch kann es auch vorteilhaft sein, Spannungsversorgungsprobleme (d. h. Unter- oder Überspannung) durch Ausgeben eines High-Pegels zu signalisieren. Bspw. kann die (optionale) Potenzialtrennung 24 eingerichtet sein, bei einem vollständigen Ausfall der Spanungsversorgung 12, wie bspw. in Fig. 2b zum Zeitpunkt U gezeigt, einen High-Pegel zu erzeugen. Bei Verwendung eines High-Pegels zum Signalisieren von Spannungsversorgungsproblemen kann dann eine spannungsabfallbedingt verfälschte Übertragung des Statussignal- Pegels über die Potenzialtrennung 24 vermieden werden.

[0032] Fig. 2a zeigt dazu eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen an ausgewählten Ein-/Ausgängen der Schaltung der Fig. 1, wobei eine Unterspannung von der Diagnoseschaltung 18 durch Ausgeben eines Low-Pegels am Diagnoseausgang 22 signalisiert wird. In der in Fig. 2a gezeigten Darstellung beginnt zum Zeitpunkt ti die Ausgangsspannung Ul abzusinken. Bspw. kann eine Verbindung zur Spannungsversorgung 12 unterbrochen worden sein. Solange die Ausgangsspannung Ul noch oberhalb der Grenzspannung UGRENZ liegt, wird am Diagnoseausgang 22 der Diagnoseschaltung 18 ein High-Pegel erzeugt. Nachdem die Ausgangsspannung Ul unter die Grenzspannung UGRENZ gesunken ist, wird am Diagnoseausgang 22 der Diagnoseschaltung 18 jedoch ein Low-Pegel erzeugt, der ein Spannungsversorgungsproblem signalisiert.

[0033] Wie in Fig. 2a gezeigt, wird an der ersten Bitposition des mit der Diagnoseschaltung 18 verbundenen Schieberegisters 16a ein dem jeweiligen Pegel des Statussignals entsprechender Bit-Wert (Diagnosebit) gespeichert. Ein dem an der ersten Bitposition gespeicherten Bit-Wert entsprechender Pegel wird ferner an dem mit dem Eingang des Mikrocontrollers 14 verbundenen seriellen Ausgang Q7 des Schieberegisters 16a erzeugt. Dadurch steht der Diagnosebit- Wert dem Mikrocontroller 14 zur Verfügung (bzw. erlaubt eine Überwachung durch den Mikrocontroller 14), ohne dass das (komplette) Schieberegister 16a durch den Mikrocontroller 14 ausgelesen werden muss. Da das Statussignal bei entsprechendem Pegel des LOAD-Signals fortlaufend eingelesen wird, ändert sich der Bit-Wert zum Zeitpunkt t2, zu dem die Ausgangsspannung Ul über die Grenzspannung UGRENZ steigt, erneut. Dadurch kann dem Mikrocontroller 14 auch das Überwinden eines (vorübergehenden) Spannungsversorgungsproblems signalisiert werden, ohne dass das (komplette) Schieberegister 16a durch den Mikrocontroller 14 ausgelesen werden muss.

[0034] Das Auslesen des mit dem Eingang des Mikrocontrollers 14 verbundenen Schieberegisters 16a kann dann (bei invertiertem LOAD-Pegel) durch das Anlegen eines Taktsignals SCLK an Takteingänge der Schieberegister 16a-16c bewirkt werden. Durch das Anlegen des Taktsignals SCLK an die Takteingänge der Schieberegister 16a-16c werden die in den Schieberegistern 16a-16c gespeicherten Daten im Takt des Taktsignals SCLK entlang der Schieberichtung zu dem mit dem Eingang des Mikrocontrollers 14 verbundenen seriellen Ausgang Q7 verschoben, wodurch die in den Schieberegistern 16a-16c gespeicherten Bit-Werte nacheinander über den seriellen Ausgang Q7 ausgegeben werden.

[0035] Das Sinken der Ausgangsspannung Ul unter die Grenzspannung UGRENZ zum Zeitpunkt t3 kann (in der gezeigten Ausführungsform) zwar nicht durch den Mikrocontroller 14 erfasst werden; da die in den Schieberegistern 16a-16c gespeicherten Daten jedoch zu einem Zeitpunkt erfasst wurden, zu dem sich die Ausgangsspannung U l über der Grenzspannung UGRENZ befand, stellt dies die Integrität der erfassten Daten nicht in Frage. Jedoch kann sich, wenn die Schieberegister 16a-16c durch die Spanungsversorgung 12 versorgt werden, das Abfallen der Ausgangsspannung Ul unter die Grenzspannung UGRENZ zum Zeitpunkt t3 auf die Funktion der Schieberegister 16a-16c auswirken.

[0036] Um diesem Rechnung zu tragen, kann die (optionale) Potenzialtrennung 24 eingerichtet sein, ein zum Zeitpunkt U einsetzendes vollständiges Einbrechen der Ausgangsspannung Ul durch Ausgeben eines statischen Pegels zu signalisieren. Dieser kann vom Mikrocontroller 14 erfasst werden und der Mikrocontroller 14 kann eingerichtet sein, in Reaktion auf das Erfassen des statischen Pegels einen (invertierten) LOAD-Pegel auszugeben, der ein Einlesen des Statussignals bewirkt, wodurch bei Rückkehr der Ausgangsspannung Ul ein Überwinden des

Spannungsversorgungsproblems erfasst werden kann.

[0037] Fig. 2b zeigt eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen an ausgewählten Ein-/Ausgängen der Schaltung der Fig. 1, wobei eine Unterspannung von der Diagnoseschaltung 18 durch Ausgeben eines Fligh-Pegels am Diagnoseausgang 22 signalisiert wird. Dabei erzeugt die Potenzialtrennung 24 zum Zeitpunkt U einen High-Pegel am MISO-Eingang des Mikrocontrollers 14, der bei gestopptem SCLK-Signal dem Mikrocontroller 14 ein Spannungsversorgungsproblem signalisiert.

[0038] Fig. 2c zeigt eine schematische Darstellung von Signalen an ausgewählten Ein-/Ausgängen in der beispielhaften Schaltung der Fig. 1, gemäß einem weiteren Beispiel, wobei eine fehlerhafte Ausgangsspannung Ul von der Diagnoseschaltung 18 durch Ausgeben eines Fligh-Pegels am Diagnoseausgang 22 signalisiert wird. Dabei läuft zum Zeitpunkt tO ein Normbetrieb ab, in dem keine Spannungsversorgungsprobleme vorliegen und in den Schieberegistern 16a-16c gespeicherte Daten über den MISO-Eingang des Mikrocontrollers 14 eingelesen werden. Die LOAD-Leitung wird regelmäßig bedient und das SCLK-Signal taktet die Daten in den Mikrocontroller 14.

[0039] Zum Zeitpunkt tl unterschreitet die Ausgangsspannung Ul den Grenzwert U Grenz · Dieser liegt z. B. bei 18V, wenn die Ausgangsspannung Ul im Normbetrieb 24V beträgt. Aus der Ausgangsspannung Ul wird über einen

Schaltregler/Spannungsumsetzer eine Logikversorgung generiert (z. B. eine 3,3V oder eine 5V Logikversorgung). Die Logikversorgung kann aus der unterhalb des Grenzwertes UGrenz liegenden Ausgangsspannung Ul (fehlerfrei) generiert werden, solange diese oberhalb der Spannung UMin liegt.

[0040] Der Mikrocontroller 14 erkennt mit einer gewissen Verarbeitungszeit, tSWCalc, dass das Diagnose-Bit (DIAG-Bit) im Datenstrom, welches den Status der Ausgangsspannung Ul signalisiert, eine fehlerhafte Ausgangsspannung Ul signalisiert und stellt die Datenkommunikation zu den Schieberegistern 16a-16c ein, indem der Mikrocontroller 14 die SCLK-Leitung nicht länger taktet. Die LOAD-Leitung wird dann auf einem statischen Low-Pegel (der in einer anderen Ausführungsform auch ein High-Pegel sein kann) gehalten, wodurch das DIAG-Signal statisch auf die MISO-Leitung geschaltet wird.

[0041] Der Mikrocontroller 14 fragt nun fortlaufend den MISO- Eingang ab und prüft, ob das DIAG-Bit bzw. das Statussignal eine Wiederkehr der Ausgangsspannung Ul signalisiert. Wenn die Ausgangsspannung Ul, wie zum Zeitpunkt t2 wieder den Schwellwert U Grenz übersteigt, wechselt das DIAG-Bit seinen Wert auf Ausgangsspannung Ul „fehlerfrei". Da der Mikrocontroller 14 den Port-Pin des Dateneingangssignals (MISO) fortlaufend abfragt, erkennt die Software, dass die Ausgangsspannung Ul wieder im Normbereich ist. Daraufhin kann die Datenkommunikation wiederaufgenommen werden. D. h. das LOAD-Signal kann wieder zyklisch bedient und das SCLK-Signal die Eingangsdaten takten.

[0042] Wenn, wie zum Zeitpunkt t3, die Ausgangsspannung Ul vollständig zusammenbricht und UMin unterschreitet, erkennt der Mikrocontroller 14 dies am DIAG-Bit und stellt die Datenkommunikation ein. Das anschließende regelmäßige Abfragen des Port-Pins erfolgt wie zum Zeitpunkt tl+SWCALC, nur mit dem Unterscheid, dass die Ausgangsspannung Ul vollständig zusammengebrochen ist. Dies kann bei entsprechender Schaltungsauslegung durch den Mikrocontroller 14 als vollständig zusammengebrochene Ausgangsspannung Ul erkannt werden.

[0043] Bspw. kann die Potenzialtrennung 24 einen Digitalisolator aufweisen, der bei einem vollständigen Zusammenbruch der Ausgangsspannung Ul Mikrocontroller-seitig dauerhaft einen festen Pegel ausgibt. Der feste Pegel kann genau dem Pegel entsprechen, der für eine fehlerhafte Ausgangsspannung Ul steht. Sobald dann die Ausgangsspannung Ul zum Zeitpunkt t4 wiederhergestellt ist, signalisiert das DIAG-Bit wieder den korrekten Zustand der Ausgangsspannung Ul.

[0044] Während somit vor dem Anliegen des Taktsignals SCLK und nach dem Anliegen des Taktsignals SCLK über den seriellen Ausgang Q7 der Diagnosebit-Wert ausgegeben werden kann, können während des Anliegens des Taktsignals SCLK sukzessive die in den Schiebregistern 16a-16c gespeicherten Ausgangsdaten über den seriellen Ausgang Q7 ausgegeben werden. Allerdings kann in einer weiteren Ausführungsform das Schieberegister 16a so ausgestaltet sein, dass ein Auslesen des Diagnosebit-Werts nur durch Anlegen des Taktsignals SCLK bewirkt werden kann, der Diagnosebit-Wert somit vor und nach dem Anliegen des Taktsignals SCLK über den seriellen Ausgang Q7 nicht ausgegeben wird.

[0045] Ferner kann ein dem jeweiligen Pegel des Statussignals entsprechender Bit-Wert auch an einer anderen als an der ersten Bitposition des mit der Diagnoseschaltung 18 verbundenen Schieberegisters 16a gespeichert werden. Zudem können die Schieberegister 16a-16c zwei Schieberichtungen aufweisen und sowohl das Einlesen als auch das Ausgeben von Daten über die Schieberegister 16a-16c erfolgen.

[0046] Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm mit zusätzlichen Elementen der beispielhaften Schaltung 10 der Fig. 1. Insbesondere zeigt Fig. 3 eine Sensorschaltung 26, welche einen oder mehrere Sensoren und eine Vielzahl an parallelen Ausgängen zur Bereitstellung von Messdaten umfasst. Die Ausgänge der Sensorschaltung 26 sind mit parallelen Eingängen D0-D7 der Schieberegister 16a-16c verbunden. Somit können die Sensordaten parallel in die Schieberegister 16a-16c geladen werden. Die Sensorschaltung 26 wird ferner durch die Spannungsversorgung 12 versorgt. Tritt eine Unterspannung oder Überspannung auf, kann die Funktionalität der Sensorschaltung 26 beeinträchtigt werden und es können auf Grund dessen keine Sensordaten oder inkorrekte Sensordaten bereitgestellt werden.

[0047] Diese Problematik kann durch das Bereitstellen des Diagnosebit-Werts (bzw. mehrerer Diagnosebit-Werte) insofern entschärft werden, als der Mikrocontroller 14 durch Auswerten des Diagnosebit-Werts (bzw. der Diagnosebit-Werte) und Verwerfen der (möglicherweise) betroffenen Sensordaten bei Auftreten einer Unterspannung oder Überspannung die Gefahr einer Verwendung inkorrekter Daten verringern kann. Bspw. kann der Mikrocontroller 14 bei Auftreten einer Unterspannung oder Überspannung die Sensordaten plausibilisieren, Sensordaten aus einer redundanten Sensorschaltung (nicht gezeigt) verwenden, oder einen auf Basis der Sensordaten gesteuerten Prozess anhalten.

[0048] Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm mit zusätzlichen Elementen der beispielhaften Schaltung 10 der Fig. 3. Insbesondere zeigt die Fig. 4 neben der in Fig. 3 gezeigten Sensorschaltung 26 eine ebenfalls durch die Spannungsversorgung 12 versorgte Aktorschaltung 28. Sensorschaltung 26 und Aktorschaltung 28 sind Teil einer durch den Mikrocontroller 14 gesteuerten Anlage 30. Bspw. steuert der Mikrocontroller 14 einen oder mehrere Aktoren der Aktorschaltung 28 auf Basis von Sensordaten der Sensorschaltung 26. Dabei können einer oder mehrere Aktoren der Aktorschaltung 28 in einen Prozess involviert sein, der durch die Aktoren beeinflusst/gesteuert wird. Bei einer erkannten Unterspannung kann der Mikrocontroller 14 bspw. die Aktoren stoppen oder in einen vorbestimmten Zustand überführen, um einen möglicherwiese unkontrollierten (ungewollten) Zustand der Anlage 30 zu vermeiden.

[0049] Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Überwachung einer Ausgangsspannung der Spannungsversorgung 12. Bei 32 wird überwacht, ob die Ausgangsspannung der Spannungsversorgung 12 in einem Sollspannungsbereich liegt. Bei 34 wird ein das Ergebnis der Überwachung symbolisierender Bit-Wert in eine erste Ausleseposition des Schieberegisters 16a, welches von dem Mikrocontroller 14 über die serielle Schnittstelle Q7 des Schieberegisters 16a ausgelesen wird, geschrieben. Das Schreiben des Bit-Werts in die erste Ausleseposition des Schieberegisters 16a kann ohne Takten des Schieberegisters 16a erfolgen.

[0050] Zum Übertragen des Überwachungsergebnisses an den Mikrocontroller 14 kann dabei, wie in Fig. 1, 3 und 4 gezeigt, eine I/O-Übertragungsstrecke verwendet werden, die über eine serielle synchrone Schnittstelle betrieben wird. Die I/O-Übertragungsstrecke kann dabei als Parallel-Seriell-Wandler ausgebildete Schieberegister 16a-16c ansteuern, die feldseitig betrieben und über eine feldseitige Logikversorgung U2 versorgt werden, wobei die feldseitige Logikversorgung U2 aus (einer 24V Feldspannung) Ul generiert werden kann. Ferner kann die Logikversorgung U2 auch aus einer Spannung eines Logikpotentials generiert werden.

[0051] Ul und auch U2 können über die Diagnoseschaltung 18 auf Unterspannung und auf Überspannung überwacht werden. Die Diagnoseschaltung 18 erzeugt basierend auf der Überwachung ein Statussignal, welches bei fehlerfreier Versorgungsspannung U1/U2 z. B. einem Low-Pegel und bei fehlerhafter Versorgungsspannung U1/U2 z. B. einem High-Pegel entspricht, wobei das umgekehrte Verhalten ebenso möglich ist. [0052] Über das als Parallel-Seriell-Wandler ausgebildete Schieberegister 16a kann das Statussignal von einem (oder mehreren) Mikrocontrollern 14 auf dem Logikpotential eingelesen und weiterverarbeitet werden. Dabei kann das Statussignal an die erste Bitposition des Parallel-Serial-Wandlers geschrieben werden, wodurch das Diagnose-Bit das erste Bit ist, welches von dem einem (oder den mehreren) Mikrocontroller 14 beim Takten der I/O- Übertragungsstrecke eingelesen wird.

[0053] Wenn der Parallel-Seriell-Wandler, wie in Fig. 2a-2c gezeigt, solcher Bauart ist, dass auch ohne das Takten der I/O- Übertragungsstrecke der Signalzustand des Anschluss-Pins für das erste Bit auf den seriellen Ausgang Q7 ausgegeben wird, dann ist auch ohne Takten der Übertragungsstrecke das Einlesen des Statussignals möglich. Dadurch kann durch bloßes Abfragen des Signalzustandes am entsprechenden Anschluss-Pin (MISO) des Mikrocontrollers 14 und ohne einen Betrieb (d. h. ohne das Takten) der seriellen synchronen Schnittstelle der Zustand der Spannungsversorgung 12 (Feldversorgung) abgefragt und auf Wiederkehr geprüft werden.

[0054] Ferner kann ein Optokoppler/Digitalisolator und ein Anschluss/Port-Pin am Mikrocontroller 14 eingespart werden, weil ein Pin am Port-Expander und nicht am Mikrocontroller 14 verwendet wird, der ggf. ohnehin (wie in Fig. 3 und 4 gezeigt) unbelegt wäre. Eine Portexpander-Erweiterung ist ferner (durch Hinzufügen eines weiteren Schieberegisters 16) jederzeit möglich, während die Anzahl der Mikrocontroller-Pins typischerweise beschränkt ist.

[0055] Ist die Schaltung 10 Teil eines sicherheitsgerichteten Systems kann aufgrund normativer Anforderungen eine zweikanalige Struktur der Hardware notwendig sein. Insbesondere kann das System zwei Mikrocontroller 14, zwei I/O-Übertragungsstrecken und zwei Diagnoseschaltungen 18 umfassen.

BEZUGSZEICHENLISTE Schaltung

Spannungsversorgung

Mikrocontroller

Schieberegister

Diagnoseschaltung

Spannungswandler

Diagnoseausgang

Potenzialtrennung

Sensorschaltung

Aktorschaltung

Anlage

Prozessschritt

Prozessschritt