[0001] 本发明涉及一种用于监控电压供应部的电路。

[0002] 为了监控电压供应部，由现有技术已知微控制器，其具有单独的诊断输入引脚以用于与诊断电路连接，其中所述微控制器设置用于通过所述单独的诊断输入引脚读入和评估由所述诊断电路提供的关于电压供应部的状态信号。

[0033] 图1示出用于监控电压供应部12的输出电压的示例电路10的框图。电路10包括用于控制设备(图1中未示出)的微控制器14、多个移位寄存器16a-16c和诊断电路18。诊断电路18用于监控电压供应部12(例如24V的现场电源)的输出电压U1的欠压。如果如图2a和2b所示，电压供应部12的输出电压U1降到阈值UGRENZ以下，则诊断电路18通过状态信号的变化(例如通过状态信号电平的变化)在诊断输出端22上以信号表示这一点。

[0034] 诊断电路18的诊断输出端22与移位寄存器16a的数据输入端D7连接，以用于输入诊断比特。微控制器14具有输入端，用于接收移位寄存器16a-16c的串行输出数据，其中所述输入端通过(可选的)电位隔离装置24(例如光耦合器或数字隔离器)与所述移位寄存器16a的串行输出端Q7连接。由此，状态信号可以通过移位寄存器16a和微控制器14的串行输入端作为诊断比特被读入。

[0035] 例如(如图2a和2b中所示)，可以通过输出确定的逻辑电平，例如通过在诊断输出端22上输出低电平或高电平以信号表示欠压(U1＜UGRENZ)。此外，诊断电路18不限于识别欠压。例如，代替监控输出电压U1的欠压或者除了监控输出电压的欠压之外，诊断电路18可以被构造成监控输出电压U1的过压。此外，如果诊断电路18被构造用于监控输出电压U1的欠压和过压，则可以输出状态信号，该状态信号的电平以信号表示是存在欠压还是存在过压。

[0036] 此外，代替单个的状态信号，可以输出两个状态信号，其中例如，状态信号的电平与欠压的信号表示相关联，并且剩余状态信号的电平与过压的信号表示相关联。备选地，状态信号的电平可以用信号表示是否存在欠压或者过压(或者既没有欠压也没有过压)并且在欠压或者过压的情况下剩余的状态信号的电平用信号表示是否存在欠压或者是否存在过压。例如，状态信号可以经由诊断输出端22串行地输出，或者经由两个诊断输出端(未示出)并行地输出。

[0037] 通过输出用于用信号表示电压供应问题(即欠压或过压)的低电平，在其中诊断电路18的供应电压U2(逻辑电压)由所监控的电压供应部12的输出电压U1(通过电压转换器20)生成的实施方式中可以避免，在输出电压U1完全垮掉的情况下，例如在图2a中在时间点t4开始的情况下，在诊断电路18的诊断输出端22上输出由电压降引起的歪曲的状态信号。

[0038] 然而，也可能有利的是，通过输出高电平来用信号表示电压供应问题(也就是说，欠压或过压)。例如，(可选的)电位隔离装置24可以被设置成在电压供应部12完全失效的情况下，例如如图2b中在时间点t4所示，生成高电平。在使用高电平用信号表示电压供应问题时，可以避免通过电位隔离装置24的状态信号电平的由电压降引起的歪曲的传输。

[0039] 图2a为此示出图1的电路的所选择的输入端/输出端上的电压变化曲线的示意图，其中通过在诊断输出端22上输出低电平由诊断电路18来用信号表示欠压。在图2a中示出的图示中，在时间点t1输出电压U1开始下降。例如，到电压供应部12的连接可能已经中断。只要输出电压U1还位于临界电压UGRENZ之上，则在诊断电路18的诊断输出端22上产生高电平。然而，在输出电压U1下降到临界电压UGRENZ以下之后，在诊断电路18的诊断输出端22上产生低电平，该低电平用信号表示电压供应问题。

[0040] 如图2a中所示，在与诊断电路18连接的移位寄存器16a的第一比特位置上存储与状态信号的相应电平相对应的比特值(诊断比特)。此外，在移位寄存器16a的与微控制器14的输入端连接的串行输出端Q7上产生与在第一比特位置上存储的比特值相对应的电平。由此，诊断比特值可供微控制器14使用(或者允许通过微控制器14进行监控)，而不必通过微控制器14读取(完整的)移位寄存器16a。因为在LOAD信号的相应的电平的情况下连续地读入状态信号，所以在时间点t2中所述比特值重新变化，在所述时间点输出电压U1升到超过临界电压UGRENZ。由此，也可以向微控制器14用信号表示克服(暂时的)电压供应问题，而不必通过微控制器14读取(完整的)移位寄存器16a。

[0041] 然后，可以通过将时钟信号SCLK施加到移位寄存器16a-16c的时钟输入端来实现对与微控制器14的输入端连接的移位寄存器16a的读取(在LOAD电平反转的情况下)。通过将时钟信号SCLK施加到移位寄存器16a-16c的时钟输入端，存储在移位寄存器16a-16c中的数据在时钟信号SCLK的时钟中沿移位方向被移位到与微控制器14的输入端连接的串行输出端Q7，从而存储在移位寄存器16a-16c中的比特值被相继地通过串行输出端Q7输出。

[0042] 在时间点t3输出电压U1降到临界电压UGRENZ之下虽然不能(在所示的实施方式中)被微控制器14检测到；然而，由于在输出电压U1高于阈值电压UGRENZ的时间点检测到存储在移位寄存器16a-16c中的数据，因此这不会对检测到的数据的完整性产生问题。然而，当由电压供应部12对移位寄存器16a-16c供电时，在时间点t3处输出电压U1下降到临界电压UGRENZ以下可能影响移位寄存器16a-16c的功能。

[0043] 为了考虑这一点，(可选的)电位隔离装置24可以被设置用于通过输出静态电平来用信号表示在时间点t4开始的输出电压U1的完全跌落。这可以由微控制器14检测，并且微控制器14可以被配置为响应于检测到静态电平而输出引起读入状态信号的(反转)的LOAD电平，从而在输出电压U1返回时可以检测到克服电压供应问题。

[0044] 图2b示出图1的电路的所选择的输入端/输出端上的电压变化曲线的示意图，其中通过在诊断输出端22上输出高电平由诊断电路18来用信号表示欠压。在此，电位隔离装置24在时间点t4在微控制器14的MISO输入端上产生高电平，该MISO输入端在SCLK信号停止时向微控制器14用信号表示电压供应问题。

[0045] 图2c示出根据另一个示例的在图1的示例性电路中在所选择的输入端/输出端上的信号的示意图，其中通过在诊断输出端22上输出高电平由诊断电路18来用信号表示错误的输出电压U1。在此，在时间点t0进行标准运行，在所述标准运行中不存在电压供应问题并且存储在移位寄存器16a-16c中的数据通过微控制器14的MISO输入端被读入。LOAD线被定期服务，并且SCLK信号将数据以时钟式输入到微控制器14中。

[0046] 在时间点t1，输出电压U1低于临界值UGrenz。如果输出电压U1在标准运行中为24V，则该临界值例如为18V。由输出电压U1通过开关调节器/电压转换器生成逻辑供应(例如3.3V或5V逻辑供应)。逻辑供应可以由位于临界值UGrenz以下的输出电压U1(无故障)生成，只要该输出电压位于电压UMin以上即可。

[0047] 微控制器14以一定的处理时间tSWCalc识别到，在用信号表示输出电压U1的状态的数据流中的诊断比特(DIAG比特)用信号表示错误的输出电压U1，并且通过微控制器14不再对SCLK线进行计时来调节与移位寄存器16a-16c的数据通信。然后将LOAD线保持在静态低电平(在另一个实施方式中也可以是高电平)，从而将DIAG信号静态地切换到MISO线。

[0048] 微控制器14现在连续地查询MISO输入端并且检验DIAG比特或者状态信号是否用信号表示输出电压U1的返回。如果输出电压U1如在时间点t2再次超过阈值UGrenz，则DIAG比特将其值“无错误地”变换到输出电压U1上。因为微控制器14持续查询数据输入信号(MISO)的端口引脚，所以软件识别出输出电压U1再次处于正常范围中。然后数据通信可以被恢复。这意味着LOAD信号可以再次周期性地操作并且SCLK信号对输入数据进行计时。

[0049] 如果如在时间点t3那样输出电压U1完全垮掉并且低于UMin，则微控制器14在DIAG比特上识别到该情况并且调节数据通信。随后对端口引脚的定期查询如在时间点t1+SWCALC那样进行，唯一的区别是，输出电压U1完全垮掉。这在相应的电路设计中可以通过微控制器14识别为完全垮掉的输出电压U1。

[0050] 例如，电位隔离装置24可以具有数字隔离器，该数字隔离器在输出电压U1完全垮掉时在微控制器侧持久地输出固定电平。固定电平可以精确地对应于表示错误输出电压U1的电平。一旦然后在时间点t4又恢复了输出电压U1，则DIAG比特又用信号表示输出电压U1的正确状态。

[0051] 因此，在施加时钟信号SCLK之前和施加时钟信号SCLK之后，可以通过串行输出端Q7输出诊断比特值，而在施加时钟信号SCLK期间，可以通过串行输出端Q7连续输出存储在移位寄存器16a-16c中的输出数据。然而，在另一个实施方式中，移位寄存器16a可以被设计为使得仅通过施加时钟信号SCLK来引起诊断比特值的读取，从而在施加时钟信号SCLK之前和之后，不经由串行输出端Q7输出诊断比特值。

[0052] 此外，与状态信号的各个电平相对应的比特值还可以被存储在与诊断电路18连接的移位寄存器16a的与第一比特位置不同的另外的比特位置处。此外，移位寄存器16a-16c可以具有两个移位方向并且数据的读入和输出通过移位寄存器16a-16c进行。

[0053] 图3示出图1的示例电路10的附加元件的框图。尤其，图3示出传感器电路26，其包括一个或多个传感器和用于提供测量数据的多个并行输出端。传感器电路26的输出端与移位寄存器16a-16c的并行输入端D0-D7连接。因此，传感器数据可以并行地被加载到移位寄存器16a-16c中。传感器电路26此外通过电压供应部12供电。如果出现欠压或过压，则传感器电路26的功能可能受到影响，并且因此不能提供传感器数据或提供不正确的传感器数据。

[0054] 该问题可以通过提供诊断比特值(或多个诊断比特值)来缓和，只要微控制器14通过分析一个诊断比特值(或多个诊断比特值)并且在出现欠压或过压时丢弃(可能)涉及的传感器数据可以降低使用不正确数据的危险即可。例如，当出现欠压或过压时，微控制器14可以使传感器数据可信，使用来自冗余传感器电路(未示出)的传感器数据，或者停止基于传感器数据控制的过程。

[0055] 图4示出图3的示例电路10的附加元件的框图。尤其，除了图3中所示的传感器电路26之外，图4还示出同样由电压供应部12供应的执行器电路28。传感器电路26和执行器电路
28是通过微控制器14控制的设备30的一部分。例如，微控制器14基于传感器电路26的传感器数据来控制执行器电路28的一个或多个执行器。在此，执行器电路28的一个或多个执行器可以包含在由执行器影响/控制的过程中。例如，在检测到欠压时，微控制器14可以使执行器停止或转换到预定状态，以避免设备30的可能的未受控制(不期望)的状态。

[0056] 图5示出用于监控电压供应部12的输出电压的流程图。在32处，监控电压供应部12的输出电压是否处于额定电压范围中。在34处，将符号表示监控结果的比特值写入到移位寄存器16a的第一读取位置中，该第一读取位置由微控制器14通过移位寄存器16a的串行接口Q7来读取。可以在没有移位寄存器16a的时钟的情况下进行将比特值写入移位寄存器16a的第一读取位置中。

[0057] 为了将监控结果传输给微控制器14，在此可以如在图1、3和4中所示的那样使用I/O传输链路，该I/O传输链路通过串行的同步接口运行。在此，I/O传输链路可以控制被构造为并行串行转换器的移位寄存器16a-16c，这些移位寄存器在现场侧运行并且经由现场侧的逻辑供应U2来供应，其中现场侧的逻辑供应U2能够从(24V的现场电压)U1生成。此外，逻辑供应U2也可以由逻辑电位的电压生成。

[0058] U1以及U2可以通过诊断电路18来监控欠压和过压。诊断电路18基于该监控产生状态信号，所述状态信号在供应电压U1/U2无故障时例如对应于低电平并且在供应电压U1/U2有故障时例如对应于高电平，其中相反的特性同样是可能的。

[0059] 通过构造为并行串行转换器的移位寄存器16a，状态信号可以由一个(或多个)微控制器14在逻辑电位上读入并且进一步处理。在此，状态信号可以被写入到并行串行转换器的第一比特位置上，由此诊断比特是由所述一个(或多个)微控制器14在I/O传输链路的时钟期间读入的第一比特。

[0060] 如果如图2a-2c所示，并行串行转换器是这样的结构，即在没有I/O传输链路的时钟的情况下，用于第一比特的连接引脚的信号状态也被输出到串行输出端Q7上，则也可以在没有传输链路的时钟的情况下实现状态信号的读入。由此可以通过仅仅查询微控制器14的相应的连接引脚(MISO)上的信号状态并且在没有串行同步接口的运行(也就是说没有时钟)的情况下查询电压供应部12(现场电源)的状态并且检查返回。

[0061] 此外，能够节省微控制器14上的光耦合器/数字隔离器和端子/端口引脚，因为在端口扩展器上而不是在微控制器14上使用必要时原本(如图3和图4中所示)未占用的引脚。此外，端口扩展器扩大(通过添加另一个移位寄存器16)在任何时间是可能的，而微控制器引脚的数量通常受限。

[0062] 如果电路10是安全相关系统的一部分，由于标准要求，可能需要硬件的双信道结构。尤其，系统可以包括两个微控制器14、两个I/O传输链路和两个诊断电路18。

[0063] 附图标记列表

[0064] 10 电路

[0065] 12 电压供应部

[0066] 14 微控制器

[0067] 16 移位寄存器

[0068] 18 诊断电路

[0069] 20 电压转换器

[0070] 22 诊断输出端

[0071] 24 电位隔离装置

[0072] 26 传感器电路

[0073] 28 执行器电路

[0074] 30 设备

[0075] 32 过程步骤

[0076] 34 过程步骤