DE4226704A1 - Verfahren zum Betreiben einer Anlage mit mehreren an ein Bus-System angeschlossenen Komponenten und Schnittstellen-Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ver fahren zum Betreiben einer aus einem Bus-System und mehreren einzelnen, an das Bus-System über eine eigene Schnittstelle angeschlossenen Komponenten bestehenden Anlage, worin zumindest einige der Komponenten nur bei Bedarf mit Betriebsspannung versorgt werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Schnittstellenschaltung zur Durchführung des Verfahrens.

In einer solchen Anlage muß jede Komponente, bevor sie die Kommunikation mit anderen Komponenten über den Bus aufnehmen kann, zunächst eingeschaltet, d. h. mit Betriebsspannung ver­ sorgt werden. Dies kann manuell oder über gesonderte Steuer­ leitungen geschehen. Beispielsweise müssen in einer Audio- Wiedergabeanlage, die verschiedene Audio-Signalquellen, ein Steuergerät und mehrere Leistungsendstufen enthält, nach dem Einschalten der gewünschten Audiosignalquelle auch das Steuergerät und die Leistungsendstufen eingeschaltet werden, bevor der Betrieb der Anlage aufgenommen werden kann. In zu­ mindest vorübergehend batteriebetriebenen Anlagen, beispiels­ weise für Fahrzeuge, kommt es nicht in Betracht, die einzel­ nen Komponenten permanent eingeschaltet oder in einem Be­ reitschaftszustand zu belassen, da der damit verbundene Stromverbrauch zu hoch wäre. In der Praxis werden daher in solchen Fällen gesonderte Steuerleitungen, sogenannte "Weck­ leitungen" vorgesehen, über die jede einzelne Komponente bei Bedarf eingeschaltet wird. Diese Weckleitungen müssen paral­ lel zum Bus-Kabel verlegt werden. Der damit verbundene Auf­ wand ist aber hoch und trägt in hohem Maße zu den Gesamtko­ sten des Bus-Systems bei. Um den Aufwand in Grenzen zu hal­ ten, werden Weckleitungen nur von einem zentralen Steuergerät zu den einzelnen Komponenten verlegt. Die Komponenten der Anlage können daher nur über das zentrale Steuergerät akti­ viert werden. Durch diese Einschränkung wird die Flexibilität des Bus-Systems beeinträchtigt.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage mit mehreren an ein Bus-System angeschlossenen Kompo­ nenten geschaffen, bei dem die herkömmlicherweise erforder­ lichen Weckleitungen entfallen können und der Bus prinzipiell durch jede an ihn angeschlossene Komponente aktiviert werden kann. Erreicht wird dies dadurch, daß mittels der Schnitt­ stelle jeder der nur bei Bedarf mit Betriebsspannung versorg­ ten Komponenten periodisch oder in zufälligen Zeitabständen der Bus jeweils während einer Impulsdauer, die nur einen Bruchteil der Pausen zwischen aufeinanderfolgenden Impulsdau­ ern beträgt, auf Aktivität überprüft und bei festgestellter Busaktivität die zugehörige Komponente mit Betriebsspannung versorgt wird. Gesonderte Weckleitungen können entfallen, weil die Einschaltung jeder Komponente unmittelbar über den Bus bewirkt wird, der vorzugsweise periodisch auf Aktivität überprüft wird. Durch dieses Konzept ergibt sich auch der Vorteil, daß jede einzelne Komponente, beispielsweise nachdem sie manuell aktiviert wurde, ihrerseits den Bus und über die­ sen alle benötigten Komponenten aktivieren kann. In einer zumindest zeitweilig batteriebetriebenen Anlage wird vorzugs­ weise das Verhältnis zwischen Impulsdauer und Pausen so ge­ wählt, daß der Gesamtstromverbrauch der Anlage ohne Busakti­ vität einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Da das Verhältnis zwischen Impulsdauer und Pausen nahezu beliebig klein gemacht werden kann, bereitet es keine Schwierigkeiten, den Stromverbrauch einer Komponente mit ihrer Schnittstelle im zeitlichen Mittel ohne Busaktivität auf deutlich weniger als 1 mA einzustellen, vorzugsweise sogar weniger als 0,5 mA. Dieser Wert ist auch bei größeren, vorübergehend batteriebe­ triebenen Anlagen mit zahlreichen Komponenten, beispielsweise in aufwendig ausgestatteten Fahrzeugen, ohne weiteres trag­ bar.

Durch die Erfindung wird auch eine Schnittstellen-Schaltungs­ anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung ge­ stellt. Gemäß der Erfindung enthält diese Schnittstellen- Schaltungsanordnung einen Impulsgenerator und einen Kompara­ tor; die Impulsdauer ist durch die Breite der von dem Impuls­ generator abgegebenen Impulse und die Pause durch den Abstand zwischen diesen Impulsen gegeben; der Komparator vergleicht während der Impulsdauer ein vom Bus abgeleitetes, für die Busaktivität repräsentatives Signal mit einem Referenzsignal; in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis wird durch das Aus­ gangssignal des Komparators die Spannungsversorgung für die zugehörige Komponente aktiviert oder nicht aktiviert. Der Impulsgenerator wird permanent und der Komparator wenigstens während der Dauer der Impulse mit Betriebsspannung versorgt. Der Stromverbrauch der gesamten Schnittstellen-Schaltungsan­ ordnung beträgt im zeitlichen Mittel weniger als 1 mA. Ein noch geringerer Stromverbrauch von weniger als 0,5 mA im zeitlichen Mittel und ohne Busaktivität ergibt sich für die gesamte Komponente mit ihrer Schnittstelle durch eine Weiter­ bildung der Erfindung, bei welcher der Impulsgenerator und der Komparator mit weiteren Schaltungskomponenten in einem CMOS-Schaltkreis integriert sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage mit drei an ein Bussystem angeschlossenen Komponenten;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer sogenannten Weckschaltung, mit der jede Komponente ausgestattet ist;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen der Bus­ aktivität und den von der in Fig. 2 gezeigten Weckschal­ tung erzeugten Signalen zeigt.

Die in Fig. 1 symbolisch dargestellte Anlage besteht aus drei Komponenten 10, 12 und 14 und einem zu einem Ring geschlosse­ nen Buskabel 16. Jede der Komponenten 10, 12, 14 ist über eine eigene Schnittstelle 10a, 12a, 14a an das Bus-Kabel an­ geschlossen. Bei diesem kann es sich um ein mehradriges elek­ trisches Kabel oder um einen Lichtwellenleiter handeln. In der folgenden Beschreibung wird es daher allgemein als Bus bezeichnet. Je nach Art der Anlage können wesentlich mehr als nur drei Komponenten an den Bus 16 angeschlossen sein.

Bei der nun folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die Anlage für den Betrieb in einem Fahrzeug bestimmt ist und daher zeitweilig aus der Fahrzeugbatterie gespeist wird. Bei den Komponenten handelt es sich beispielsweise um ein Autoradio, ein CD-Abspielgerät sowie um einzelnen Laut­ sprechergruppen zugeordnete Leistungsverstärker. In die Anla­ ge können aber auch weitere Komponenten integriert sein, die allgemeinen Funktionen des Fahrzeugs zugeordnet sind, bei­ spielsweise diverse Sensoren und Steuereinheiten, die den Fahrzustand melden bzw. Steuerfunktionen wahrnehmen.

Jede der Schnittstellen 10a, 12a, 14a enthält eine Schnitt­ stellen-Schaltungsanordnung 10b, 12b, bzw. 14b, die in der folgenden Beschreibung als "Weckschaltung" bezeichnet wird und in Fig. 2 gesondert dargestellt ist.

Die in Fig. 2 gezeigte und allgemein mit 18 bezeichnete Weck­ schaltung ist durch eine integrierte Schaltung in CMOS-Tech­ nologie realisiert. Sie enthält einen Impulsgenerator 20, einen Komparator 22 und eine Referenz-Spannungsquelle 24, an die einer der Eingänge des Komparators 22 angelegt ist. Der andere Eingang des Komparators 22 ist über einen Schalter 26 an den Bus 16 angeschlossen. Der Schalter 26 wird durch das Ausgangssignal des Impulsgenerators 20 gesteuert. Die gesamte Weckschaltung 18 wird permanent mit Betriebsspannung U_B ver­ sorgt. Am Ausgang A des Impulsgenerators 20 werden periodisch Impulse der Dauer T2 mit einer Impulsperiode T1 abgegeben. Das Ausgangssignal des Komparators 22 ist von dessen Ausgang B zu dem Impulsgenerator 20 zurückgeführt und steuert über­ dies einen Schalter 30, über den die zugeordnete Komponente - in Fig. 2 mit 32 bezeichnet - der Anlage mit der Versorgungs­ spannung U_B verbunden wird.

Zur Erläuterung des Verfahrens und der Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Weckschaltung wird nun auf Fig. 3 Bezug ge­ nommen.

Es wird zunächst angenommen, daß die in Fig. 1 gezeigte Anla­ ge sich im Bereitschaftszustand befindet, der Bus 16 also nicht aktiv ist. Jede der Komponenten 10, 12, 14 ist im Prin­ zip gleichberechtigt und kann den Bus 16 aktivieren, indem sie über ihre Schnittstelle 10a, 12a, 14a geeignete Signale über den Bus 16 aussendet. Der freilaufende Impulsgenerator 20 gibt an seinem Ausgang A eine Folge von Impulsen ab, die in Fig. 3 im oberen Diagramm dargestellt sind. Das Verhältnis zwischen den Impulspausen bzw. der Periode T1 der Impulse und der Impulsdauer T2 kann sehr groß sein; in Fig. 3 sind die Impulse zum besseren Verständnis nicht im richtigen Zeitmaß­ stab dargestellt. Man erkennt aber, daß die Impulsdauer T2 sehr klein gegenüber der Impulsperiode T1 ist.

Während der Dauer jedes am Ausgang A des Impulsgenerators 20 erscheinenden Impulses ist der Schalter 26 geschlossen. Der Komparator 22 vergleicht nun ein vom Bus 16 abgeleitetes und über den Schalter 26 an seinen Eingang angelegtes Signal mit dem Spannungspegel der Referenz-Spannungsquelle 24. Zur Ver­ einfachung wird angenommen, daß dieses Signal dann, wenn der Bus 16 aktiv ist, einen Pegel aufweist, welcher den der Refe­ renz-Spannungsquelle 24 überschreitet. Am Ausgang B des Kom­ parators 22 tritt dann ein hoher Signalpegel auf, wie in Fig. 3 im unteren Diagramm dargestellt. Im mittleren Diagramm der Fig. 3 ist der Buszustand dargestellt. Durch die Rückführung des Ausgangssignals des Komparators 22 zu dem Impulsgenerator 20 wird das Verhältnis zwischen Impulsdauer T2 und Impuls­ periode T1 verändert. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ver­ bleibt das Impulssignal am Ausgang A des Impulsgenerators 20 auf hohem Pegel, nachdem eine Busaktivität festgestellt wurde und solange wie diese andauert. Da durch das Ausgangssignal des Komparators 22 zugleich der Schalter 30 betätigt und so­ mit die Komponente 32 eingeschaltet wird, bleibt diese Kompo­ nente 32 im eingeschalteten Zustand, solange die Busaktivität andauert.

Vorzugsweise wird bei der Codierung der über den Bus zu über­ tragenden Signale ein NRZ-Code verwendet (non return to zero), also ein Code, der gewährleistet, daß während der Busakti­ vität keine Pausen in dem auf dem Bus übertragenen Signal auftreten. Bei Verwendung eines anderen Codes muß die Ab­ schaltung der Komponenten der Anlage verzögert erfolgen, da­ mit eventuelle Pausen in dem auf dem Bus übertragenen Signal überbrückt werden.

Je nach Art der verwendeten Schnittstelle und Komponente wird letztere nur dann bzw. nur solange an die Versorgungsspannung U_B angeschlossen, wie anhand der über den Bus 16 übertragenen Adresse festgestellt wird, daß die Komponente in Betrieb ge­ hen oder bleiben soll.

Je nach der Komplexität der Anlage sind also die einzelnen Komponenten zur Auswertung der auf dem Bus 16 übertrage­ nen Adressen eingerichtet.

Die Weckschaltung 18 hat, da sie als integrierter CMOS- Schaltkreis ausgebildet ist, einen sehr geringen Strombedarf von deutlich weniger als 1 mA. Sie kann daher permanent an die Versorgungsspannung UB angeschlossen bleiben. Das Ver­ hältnis zwischen der Impulsdauer T2 und der Pause zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen kann nahezu beliebig klein ge­ wählt werden und wird so eingestellt, daß der Stromverbrauch bei inaktivem Bus 16 für die betreffende Komponente mit Schnittstelle und Weckschaltung im zeitlichen Mittel weniger als 0,5 mA beträgt. Die in Fig. 1 gezeigte Anlage kann daher problemlos über längere Zeiträume im Bereitschaftszustand gehalten werden, während sie aus der Fahrzeugbatterie ge­ speist werden muß.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben einer aus einem Bus-System und mehreren einzelnen, an das Bus-System über eine eigene Schnittstelle (10a, 10b, 10c) angeschlossenen Komponenten (10, 12, 14) bestehenden Anlage, worin zumindest einige der Kompo­ nenten (10, 12, 14) nur bei Bedarf mit Betriebsspannung (U_B) versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Schaltungsanordnung (10b, 12b, 14b; 18) in jeder Schnittstel­ le (10a, 12a, 14a) jeder der nur bei Bedarf mit Betriebsspan­ nung versorgten Komponenten (10, 12, 14) periodisch oder in zufälligen Zeitabständen der Bus (16) jeweils während einer Impulsdauer (T2), die nur einen Bruchteil der Pausen zwischen aufeinanderfolgenden Impulsdauern beträgt, auf Aktivität überprüft und bei festgestellter Busaktivität die zugehörige Komponente (10, 12, 14) mit Betriebsspannung U_B versorgt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (10, 12, 14), wenn sie mit Betriebsspannung (U_B) versorgt werden, über den Bus (16) die Kommunikation mit an­ deren Komponenten der Anlage aufnehmen und insbesondere die übertragenen Adressen auswerten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Feststellung einer Busaktivität die Komponenten (10, 12, 14) mindestens solange mit Betriebsspannung (U_B) versorgt werden, wie die Busaktivität andauert.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Feststellung einer Busaktivität eine Komponente (10, 12, 14) mindestens solange mit Betriebsspannung (U_B) versorgt wird, wie die Busaktivität andauert und in den ausgewerteten Adressen die der betreffenden Komponente enthalten ist.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zumindest zeitweilig batteriebe­ triebenen Anlage das Verhältnis zwischen Impulsdauern (T2) und Pausen so gewählt ist, daß der Gesamtstromverbrauch der Anlage ohne Busaktivität einen vorgegebenen Wert nicht über­ schreitet.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zumindest zeitweilig batteriebe­ triebenen Anlage das Verhältnis zwischen Impulsdauern (T2) und Pausen so gewählt ist, daß der Stromverbrauch einer Kom­ ponente (10, 12, 14) mit ihrer Schnittstelle (10a, 12a, 14a) im zeitlichen Mittel ohne Busaktivität weniger als 1 mA be­ trägt.

7. Schnittstellen-Schaltungsanordnung in einer Schnittstelle zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Impulsgene­ rator (20) und einen Komparator (22) aufweist, daß die Im­ pulsdauer (T2) durch die Breite der von dem Impulsgenerator (20) abgegebenen Impulse und die Pause durch den Abstand zwi­ schen diesen Impulsen gegeben ist, daß der Komparator (22) während der Impulsdauer ein vom Bus abgeleitetes, für Busak­ tivität repräsentatives Signal mit einem Referenzsignal ver­ gleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die Span­ nungsversorgung für die zugehörige Komponente (10, 12, 14) aktiviert oder nicht aktiviert, daß der Impulsgenerator (20) permanent und der Komparator (22) wenigstens während der Dau­ er der Impulse mit Betriebsspannung (U_B) versorgt werden und daß der Stromverbrauch der gesamten Schnittstellen-Schal­ tungsanordnung (18) im zeitlichen Mittel weniger als 1 mA beträgt.

8. Schnittstellen-Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (20) und der Komparator (22) mit weiteren Schaltungskomponenten (24) in einem CMOS-Schaltkreis integriert sind.

9. Schnittstellen-Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die von dem Impulsgenerator (20) erzeugten Impulse ein Schalter (26) gesteuert wird, über den das Signal an einen der Eingänge des Komparators (22) angelegt wird, dessen zweiter Eingang mit einer Referenz- Spannungsquelle (24) verbunden ist, und daß der Ausgang des Komparators (22) auch zu dem Impulsgenerator (20) geführt ist und das Verhältnis zwischen Impulsdauer und Pausen steuert.