具有數(shù)字接口的控制設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明介紹了一種控制設(shè)備（10）和一種用于這種控制設(shè)備（10）的微控制器（40）。所述控制設(shè)備（10）具有一微控制器（40）和一數(shù)字接口，其中，所述數(shù)字接口包括一收發(fā)器單元（44）和至少一個接口控制器（46），其中，所述數(shù)字接口的所述至少一個接口控制器（46）集成在所述微控制器（40）中。
【專利說明】具有數(shù)字接口的控制設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制設(shè)備，特別是用于機動車，以及一種用于這種控制設(shè)備的微控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]接口用于信息交換，例如在傳感器和一配設(shè)的控制設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。特別是在機動車中使用數(shù)字接口，其能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的和快速的數(shù)據(jù)交換。PSI5 (外設(shè)傳感器接口5)表現(xiàn)為一種用于傳感器的數(shù)字接口，其基于一雙線線路并且在汽車電子裝置中用于將外包的(ausgelagerter)傳感器聯(lián)接到電子的控制設(shè)備上。在此情況下，點對點以及具有非同步和同步通訊的總線配置得到了支持。
[0003]在此情況下PSI5按照發(fā)射電流的電流接口調(diào)制的原理來工作，用于將數(shù)據(jù)傳遞到供給線路上。通過比較高的信號電流以及在曼徹斯特碼編碼中的位編碼實現(xiàn)了較高的抗干擾性，由此使用成本低廉的雙線線路就足以用于敷設(shè)電纜。
[0004]在汽車領(lǐng)域中，一些年以來采用具有PSI5接口的傳感器以及相應(yīng)的用于接收傳感器數(shù)據(jù)的接收器和收發(fā)器。所述雙向通訊同樣可經(jīng)由同步脈沖來實現(xiàn)，其中，經(jīng)由存在的或缺失的同步脈沖進行從所述控制設(shè)備到傳感器的數(shù)據(jù)傳遞。信息“存在”相應(yīng)于邏輯“1”，信息“不存在”相應(yīng)于邏輯“O”。
[0005]所有接收器和收發(fā)器都具有一曼徹斯特解碼器和一用于向微控制器進行數(shù)據(jù)傳遞的SPI接口。為了產(chǎn)生同步脈沖，市場上的接收器和收發(fā)器需要比用于傳感器靜態(tài)電流的傳感器供給電壓(VAS)更高的電壓(Vsync)。但沒有時間戳且因此也沒有任何說明，所接收到的數(shù)據(jù)是多久之前的。
[0006]要注意的是，目前使用的馬達控制設(shè)備不提供或至少不提供用于檢測曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)和用于與PSI5傳感器進行雙向通訊的成本低廉的總體解決方案。因此也不存在馬達調(diào)整識別的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在該背景下，介紹一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備以及一種具有權(quán)利要求9的特征的微控制器。實施方式從從屬權(quán)利要求和本說明書中獲得。
[0008]利用所介紹的控制設(shè)備給出了一用于馬達控制設(shè)備的成本低廉的硬件解決方案。即使在較低的電池電壓，在起動情況下直至3V的電池電壓的情況下也確保了功能性。此夕卜，在使用具有針對邏輯“I”和邏輯“O”的不同長度的同步脈沖的情況下實現(xiàn)了一雙向通τΗ ο
[0009]Vsync電壓的產(chǎn)生可以利用一在收發(fā)器中集成的電路(自舉)來實施。此外，實現(xiàn)了時間關(guān)鍵(zeitkritischer)的傳感器數(shù)據(jù)的快速的數(shù)據(jù)傳輸以及所述傳感器數(shù)據(jù)的產(chǎn)生時間的確定。此外，實現(xiàn)了對通過傳感器數(shù)據(jù)歪曲造成的馬達調(diào)整的識別。這能夠通過雙向通訊來實現(xiàn)。[0010]所示的硬件表現(xiàn)為一種用于檢測PSI5傳感器數(shù)據(jù)以及用于與PSI5傳感器進行雙向通訊的成本低廉的解決方案。至少在所述設(shè)計方案中的幾個設(shè)計方案中獲得了相對于已知的解決方案的巨大優(yōu)點。這樣，在使用用于產(chǎn)生Vsync電壓的收發(fā)器內(nèi)部的自舉電路的情況下實現(xiàn)了相對于具有升壓轉(zhuǎn)換器的解決方案的一種成本低廉的解決方案。此外，通過將大多數(shù)的數(shù)字功能從所述收發(fā)器(CRC運算、PSI5幀的故障管理等等)遷移到所述微控制器中，能夠?qū)崿F(xiàn)成本減少，因為該遷移導(dǎo)致了硅面積減少。
[0011]額外地，可以避免通過錯誤的同步脈沖引起的所述傳感器數(shù)據(jù)的額外的抖動，方式為，針對所述雙向通訊使用具有針對“O”和“I”的不同長度的同步脈沖。通過經(jīng)由離散的計算機端口來直接觸發(fā)同步脈沖輸出，可以減小針對所述傳感器數(shù)據(jù)的潛伏時間(Latenzzeit)和潛伏時間抖動(Latenzzeit jitter)。最大可實現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸對于檢測時間關(guān)鍵的傳感器數(shù)據(jù)(軌壓傳感器)而言是特別重要的。
[0012]此外要注意的是,所述軌壓傳感器數(shù)據(jù)的“時效確定(Altersbestimmung)”能夠?qū)崿F(xiàn)軟件功能的開發(fā)，這又確保了 EURO 6標準或OBDII的達到。所述雙向通訊對于汽車制造商來說具有較大的效用，用以例如識別通過傳感器操縱引起的馬達調(diào)整且因此能夠揭發(fā)出不合理的保修情形(例如在馬達受損時的保修鑒定)。
[0013]此外，在運行時間方面的軟件資源需求、RAM需求和中斷處理可通過所述硬件接口來減小。不是強制性地需要一數(shù)字接口作為用于傳輸診斷信息的接口。該診斷可以針對所有三個(或更多個)收發(fā)器經(jīng)由一 ADC入口來進行。針對每個在ASIC中集成的PSI5收發(fā)器可以進行按照UBAT和GND的診斷。此外，可以診斷出一負荷降低。所有故障情況是可一對一地進行區(qū)分的。
[0014]本發(fā)明的其它優(yōu)點和設(shè)計方案由附圖和描述中獲得。
[0015]要理解的是，前面提到的和后面的還待闡釋的特征能夠不僅在對應(yīng)說明的組合中，而且在其它的組合中或者以單獨的形式應(yīng)用，而不離開本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1在一示意圖中示出了所介紹的控制設(shè)備的一種實施方式，
圖2在一方塊圖中示出了所介紹的控制設(shè)備的另一種實施方式。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明借助在附圖中的實施方式示意示出并且隨后在參考附圖的情況下詳細描述。
[0018]在圖1中示出了所描述的控制設(shè)備的一種實施方式的示意圖，整體上利用附圖標記10表不。所述控制設(shè)備10與一定數(shù)量的傳感器，即第一傳感器12、第二傳感器14、第三傳感器16、第四傳感器18、第五傳感器20、第六傳感器22和第七傳感器24經(jīng)由雙線線路26連接。
[0019]所述控制設(shè)備10具有一微控制器40和一特定應(yīng)用的電路回路(ASIC) 42，其中，又設(shè)置一用于數(shù)字接口的收發(fā)器單元44。一用于所述數(shù)字接口的接口控制器46集成在所述微控制器40中。所述數(shù)字接口通過所述收發(fā)器單元44和所述接口控制器46實現(xiàn)，經(jīng)由所述數(shù)字接口，進行所述控制設(shè)備10與所述傳感器12至24的通訊。[0020]所述微控制器40和所述收發(fā)器單元44經(jīng)由一接口，在該情況下一 SPI接口 48相互連接。經(jīng)由此，交換所需的數(shù)據(jù)。替選地，可以使用一 ASC接口和/或一并行接口，其同樣可用于在所述收發(fā)器和所述微控制器之間進行通訊。
[0021]通過所述收發(fā)器單元44和所述接口控制器46實現(xiàn)的所述控制設(shè)備10的數(shù)字接口能夠?qū)崿F(xiàn)與所述傳感器12至24的雙向通訊，并且當然也可以與(未示出的)用于控制和調(diào)節(jié)一功能單元、例如機動車的馬達的流程的執(zhí)行器的雙向通訊。
[0022]圖2在一方塊圖中示出了具有一微控制器52和一收發(fā)器單元53的控制設(shè)備50，所述控制設(shè)備在一 ASIC54中執(zhí)行。所述控制設(shè)備50經(jīng)由一第一 PSI5收發(fā)器130與一第一傳感器56、一第二傳感器58和一第三傳感器60通訊。
[0023]在所述微控制器52中設(shè)置一具有一 RAM組件72和一計算機核心74的塊70。此外，所述微控制器52包括一 SPI組件76、一 ADC78、一用于一直接的存儲器訪問(DMA)的塊80和一 GTM82。此外，在所述微控制器52中設(shè)置一第一接口控制器84、一第二接口控制器86和一第三接口控制器88。為了簡化示圖起見，所述三個構(gòu)造成PSI5控制器的接口控制器84、86、88中僅詳細示出了所述第一接口控制器84。原則上也可以集成更多個或更少個接口控制器。
[0024]所述第一接口控制器84包括一 RAM寄存器100，用于存儲所接收到的PSI5幀以及所配屬的時間戳和所配屬的診斷位；一 RAM接收寄存器102，用于中間存儲剛接收到的PSI5幀以及其配屬的時間戳；一曼徹斯特解碼器104 RAM寄存器106，用于可選的串行數(shù)據(jù)幀(參見PSI5規(guī)格V2.0:串行通道)；一診斷寄存器108，用于中間存儲剛接收到的PSI5幀的診斷位；一單元110，用于輸出所述觸發(fā)脈沖，以產(chǎn)生所述同步脈沖；一上游數(shù)據(jù)寄存器，用于準備和中間存儲需向所述傳感器或者說執(zhí)行器112發(fā)送的數(shù)據(jù)以及一配置寄存器114。
[0025]在所述收發(fā)器單元 53中設(shè)置一復(fù)用器120、一第一自舉電路122、一第二自舉電路124、一第一 PSI5收發(fā)器130、一第二 PSI5收發(fā)器132、一第三PSI5收發(fā)器134以及一充電泵136。為了電壓供給，設(shè)置一電壓調(diào)節(jié)器140。也可以集成更多個或更少個PSI5收發(fā)器和自舉電路。
[0026]所示的控制設(shè)備50例如應(yīng)用在機動車的驅(qū)動裝置或動力總成中。所述PSI5收發(fā)器130、132和134在ASIC54中的供給經(jīng)由所述電壓調(diào)節(jié)器140的VPR電壓進行。該電壓調(diào)節(jié)器為此不僅具有一降壓調(diào)節(jié)器還具有一升壓調(diào)節(jié)器。
[0027]因此，所述VPR電壓位于大致6V，即使在如下情況中，即所述馬達控制設(shè)備的電池供給電壓在一起動過程期間崩潰(einbricht)到例如3V上。為了針對所述傳感器56、58和60能夠保證在PSI5規(guī)格中的特定的最小供給電壓，所述偏壓調(diào)節(jié)器140具有如下可能性，即針對每個SPI將所述VPR電壓從6V提高到6.5V。為了產(chǎn)生所述Vsync電壓，使用所述兩個自舉電路122和124。該解決方案比具有升壓轉(zhuǎn)換器(St印-up-Wandler)的解決方案更加成本低廉。
[0028]所述PSI5收發(fā)器130、132和134的主功能是:
?在PSI5收發(fā)器130上對傳感器例如56、58和60進行電壓供給，
?產(chǎn)生同步脈沖，
?將電流調(diào)制的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電壓調(diào)制的數(shù)據(jù)。[0029]收發(fā)器入口 160、162和164用作用于同步脈沖的觸發(fā)信號。所述觸發(fā)信號在所述微控制器52的PSI5控制器84、86和88中產(chǎn)生。所述曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)被直接經(jīng)由針對每個收發(fā)器130、132、134分開的線路150、152、154傳遞到所述微控制器52上。這能夠?qū)崿F(xiàn)比經(jīng)由SPI或ASC的所有傳感器數(shù)據(jù)的傳輸更高的傳輸率和傳輸安全性。相對于SPI數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠渌鼉?yōu)點是:潛伏時間優(yōu)化的傳輸和SW資源，優(yōu)化的傳輸。
[0030]由此給出了針對時間關(guān)鍵的傳感器，例如軌壓傳感器的優(yōu)點。所述同步信號(以同步脈沖為形式)可以以最小化的潛伏時間抖動來產(chǎn)生。所述數(shù)據(jù)在所述微控制器52的PSI5控制器84、86和88中被解碼并且被設(shè)置時間戳。這能夠?qū)崿F(xiàn)所述傳感器數(shù)據(jù)的產(chǎn)生時間的確定。
[0031]在所述微控制器52中的PSI5控制器84、86和88產(chǎn)生了用于所述同步脈沖的觸發(fā)信號并且確定了所述同步脈沖的長度。因此能夠?qū)崿F(xiàn)“逆流而上的”通訊(微控制器向傳感器)。這種類型的通訊相對于經(jīng)由缺失的Sync脈沖的通訊的解決方案的優(yōu)點在于，能夠避免由不同的傳感器時鐘和微控制器時鐘引起的額外的抖動。
[0032]這由此引起，即所述傳感器56、58和60被同步到所述Sync脈沖的提高的邊沿上并且在識別到所述邊沿之后發(fā)送數(shù)據(jù)。如果所述微控制器52要將數(shù)據(jù)向所述傳感器56、58和60發(fā)送，所述數(shù)據(jù)例如包含三個先后出現(xiàn)的“0”，則這導(dǎo)致三個缺失的同步脈沖。
[0033]所述傳感器56、58和60應(yīng)具有一計時器或者說定時器，其能夠?qū)崿F(xiàn)在正確的時間區(qū)間中發(fā)送數(shù)據(jù)。由于操縱所述定時器的傳感器節(jié)拍具有不同于所述微控制器節(jié)拍的另一頻率,在此情況下會出現(xiàn)額外的抖動。
[0034]所述傳感器數(shù)據(jù)由所述PSI5控制器84的RAM寄存器100經(jīng)由DMA80傳輸?shù)剿鑫⒖刂破?2的RAM72中且之后提供給所述計算機核心74。所述塊70(RAM74+計算機核心或者說μ C核心74)是匹配ASIL D的。
[0035]所述RAM寄存器和所述數(shù)字功能，例如用于Sync脈沖的觸發(fā)信號的產(chǎn)生，在所述微控制器52中的曼徹斯特解碼，導(dǎo)致了相對于具有“單機的” PSI5收發(fā)器的解決方案的成本減少。其與所述自舉電路一起導(dǎo)致了針對PSI5應(yīng)用的成本優(yōu)化的解決方案。
[0036]所述微控制器52可以具有一加密方案，其能夠?qū)崿F(xiàn)一可靠的調(diào)整識別:一經(jīng)由一雙向通訊的問答方法也是可行的。
【權(quán)利要求】
1.具有一微控制器(40、52)和一數(shù)字接口的控制設(shè)備，其中，所述數(shù)字接口包括一收發(fā)器單元(44、53)和至少一個接口控制器(46、84、86、88)，其中，所述數(shù)字接口的所述至少一個接口控制器(46、84、86、88)集成在所述微控制器(40、52)中。
2.按照權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其具有一PSI5接口作為數(shù)字接口。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的控制設(shè)備，為所述控制設(shè)備配設(shè)一外部的電壓調(diào)節(jié)器(140 )，用于供給所述收發(fā)器單元(44、53 )。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項所述的控制設(shè)備，其中，設(shè)置一SPI接口(48)，用于在所述微控制器(40、52)和所述收發(fā)器單元(44、53)之間進行通訊。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項所述的控制設(shè)備，其中，所述收發(fā)器單元(44、53)在一特定應(yīng)用的集成的電路回路(ASIC) (42,54)中執(zhí)行。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項所述的控制設(shè)備，其中，在所述至少一個接口控制器(46、84、86、88 )中設(shè)置一曼徹斯特解碼器(104 )。
7.按照權(quán)利要求1至6中任一項所述的控制設(shè)備，其中，在所述收發(fā)器單元(44、53)中設(shè)置一充電泵(136)。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項所述的控制設(shè)備，其中，在所述微控制器(40、52)中設(shè)置一用于評價所述收發(fā)器單元(44、53)的輸出電壓的ADC (78)，用以進行診斷。
9.用于一控制設(shè)備(10、50)的微控制器,其中,在所述微控制器(40、52)中集成一數(shù)字接口的接口控制器(46、84、86、88)。
10.按照權(quán)利要求9所述的微控制器，其中，所述接口控制器(46、84、86、88)設(shè)置用于一 PSI5 接口。
【文檔編號】G06F13/12GK103477332SQ201280019120
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月21日
【發(fā)明者】F.許茨, I.普里默, S.德倫 申請人:羅伯特·博世有限公司