DE10030154C2 - Elektronisches Gerät zum Anschluss von Anzeige-Instrumenten der Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Ein elektronisches Gerät ist für einen Anschluß an die Anzeige-Instrumente der Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges mit einer einseitig bedruckten Schaltplatte ausgebildet, die einen Spannungsregler (30) zur Lieferung einer Regelspannung an eine erste Leitung (32) aufweist, parallel zu welcher eine geerdete Rückleitung (34) mit dem Spannungsregler verbunden ist, wobei mit den beiden Leitungen ein Microregeler (38), der einen integrierten Mikroprozessor als Taktgeber für einen Schrittschaltmotor (22A, 22B, 22C, 22D) eines Anzeige-Instruments aufweist, an einer Vielzahl von Klemmen (40, 42, 48, 50, 56, 58, 64, 66) über jeweils mit einem Drahtleiter ausgebildete Anschlußleitungen (44, 46, 52, 54, 60, 62, 68, 70) verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Gerät zum Anschluß von Anzeige- Instrumenten der Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges.

Die für Kraftfahrzeuge konzipierten elektronischen Geräte müssen in erster Linie funktionell zuverlässig sein. Dabei stellt sich häufig die Forderung, daß mit den verschiedenen elektronischen Systemen, die bei einem Kraftfahrzeug vorhanden sind, eine elektromagnetische Kompatibilität eingehalten wird, wobei dafür als wichtiger Aspekt sicherzustellen ist, daß alle Geräte hinsichtlich der ausgestrahlten Emissionen vertretbare Grenzen einhalten können.

Bei den mit Schaltplatten ausgebildeten elektronischen Geräten hat es sich bis jetzt als zweckmäßig erwiesen, diese Schaftplatten beidseits mit einer gedruckten Schaltung zu versehen. Eine solche doppelseitige Anordnung hat den beträchtli­ chen Vorteil einer elektromagnetischen Kompatibilität versprochen, weil damit sichergestellt werden kann, daß die Wege, welche die mit den Schaltungen weiter­ geleiteten Signale zu durchlaufen haben, so kurz wie möglich ausgebildet werden können. Die Leitungen für die Signale können nämlich bei einer solchen doppelsei­ tigen Anordnung einer gedruckten Schaltung auf die beiden Seiten der Schaltplatte aufgeteilt werden mit einer Verbindung über eine in der Schaltplatte vorgesehene Durchtrittsöffnung. Dabei ergeben sich auch keine Probleme daraus, dass die beiden Seiten der Platte auch mit geerdeten Leitungen zu versehen sind, um so eine geeignete Signalrückmeldung zu erhalten. Bei einer solchen doppelseitigen Anordnung unter Vorgabe von möglichst kurzen Wegstrecken für die Weiterleitung der Signale ist deshalb auch gewährleistet, daß die Signale nur eine geringe Ab­ strahlung weg von der Schaltplatte besitzen.

Wenngleich daher eine doppelseitig mit einer gedruckten Schaltung versehene Schaftplatte entsprechende Vorteile aufweist, ergeben sich aber unter Berücksichti­ gung der Herstellungskosten auch entscheidende Nachteile. Solche beidseits bedruckten Schaltplatten sind nämlich die teuerste Komponente der elektronischen Ausstattung von Anzeige-Instrumenten der Instrumententafel eines Kraftfahrzeu­ ges, und zwar selbst dann, wenn für mehrere Instrumente ein gemeinsamer Mikro­ prozessor in die elektronische Ausstattung mit einbezogen wird.

Für eine Reduzierung der Kosten wird häufig auch die Einbeziehung eines Schritt­ motors angedacht, mit welchem insbesondere Zeigerinstrumente schrittweise fortgeschaltet werden. Sofern solche Schrittmotoren vorgesehen werden, werden dafür meistens auch Mikroregler mitverwendet, weil damit Gebrauch gemacht werden kann von deren integrierter Fähigkeit, eine Vielzahl von Zeigerinstrumenten unter Mitwirkung nur eines Schrittmotors anzutreiben.

In der Umgebung solcher elektronischer Geräte mit beidseitig bedruckten Schalt­ platten, Schrittmotoren und Mikroreglern arbeiten die teilweise eingesetzten Mikro­ prozessoren mit Taktfrequenzen meistens von einigen MHz, sodaß sich daraus hinsichtlich der abgestrahlten Emissionen leicht erhebliche Probleme ergeben. Wenn bei einem Mikroregler eine Antriebsmöglichkeit für einen Schrittmotor vorge­ sehen ist, dann ist der Mikroregler meistens mit mehreren Anschlusspins versehen, an welche für die verschiedensten Zwecke eine geregelte Spannung angeliefert wird. So wird bsp. an einem bestimmten Anschlusspin eine geregelte 5 V Span­ nung angeliefert, um einen Kernbereich des Mikroreglers, der normal ein digitaler Mikroprozessor ist, mit einer Leistung zu versorgen. An weiteren Anschlusspins des Mikroreglers liegt ebenfalls eine geregelte 5 V Spannung an, um die Regelausgän­ ge des Mikroreglers für einen oder mehrere Schrittmotoren mit einer Leistung ebenso zu versorgen wie Eingänge und Ausgänge des Mikroreglers für generelle Zwecke und auch für die Versorgung des Mikroreglers mit einer analogen Span­ nung.

Der Strom, der von einem Mikroregler verbraucht und auch wieder zurückgeführt wird, kann in der Umgebung eines Spannungsreglers mit der Anordnung an einer Schaltplatte eine beträchtliche Abstrahlung von Emissionen ergeben. Ein bekann­ tes elektronisches Gerät mit der Zielsetzung einer Minimierung von abgestrahlten Emissionen besteht aus einer beidseitig bedruckten Schaltplatte, bei welcher ein 5 V Spannungsregler mit einem einzigen Knoten verbunden ist, von welchem mehrere 5 V Versorgungsleitungen sternförmig an die einzelnen Anschlusspins des Mikroreglers abgezweigt sind, die eine Versorgung mit einer geregelten 5 V Span­ nung benötigen. Der einzige Knoten ist dabei über einen Kondensator geerdet, der dazu beiträgt, eine solche sternförmige Konfiguration der einzelnen Versorgungslei­ tungen an die verschiedenen Anschlusspins des Mikroreglers elektromagnetisch geräuscharm zu halten. Ein weiterer Beitrag für eine Verringerung der abgestrahl­ ten Emissionen ist daher dadurch erreichbar, dass für die Rückleitung der Signale die vorerwähnten kurzen Wegstrecken eingehalten werden. Zusätzlich vorgesehe­ ne T-Filter ergeben bei diesen bekannten elektronischen Geräten noch eine weitere Kleinhaltung der abgestrahlten Emissionen.

Die Herstellungskosten solcher elektronischer Geräte könnten wahrscheinlich verringert werden, wenn die Schaltplatten nur an einer Seite mit einer gedruckten Schaltung versehen werden und wenn auch die Anzahl der Filter reduziert wird. Bei einer einseitig bedruckten Schaltplatte kann jedoch eine sternförmige Konfiguration der einzelnen Signalleitungen nicht realisiert werden, weil dafür eine viel zu geringe Flexibilität hinsichtlich der Verlegung der einzelnen Leitungen zur Verfügung steht. Bei einer einseitig bedruckten Schaltplatte fehlt außerdem die Möglichkeit für ein entsprechend großzügiges Vorsehen von geerdeten Rückleitungen, sodaß hierbei auch das Problem einer Kleinhaltung der abgestrahlten Emissionen besteht.

Aus der DE 41 21 246 A1 ist für einen Schrittmotor für verschiedene Anzeige- Instrumente der Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges angegeben, dass dafür eine elektronische Steuereinheit mit einem Eingangsfilter, einem Mikroprozessor, einem ROM, einem EPROM oder einem EEPROM und einer Treiberstufe vorgese­ hen werden kann, wobei das EPROM bzw. EEPROM durch eine Eingabe von entsprechenden Daten an die jeweiligen Anwendungszweck des Motors adaptier­ bar sein soll. Als Vorteil ist angegeben, dass bei einem Schrittmotor mit dieser Ausbildung nur noch Anschlüsse für die Spannungsversorgung aus der Fahrzeug­ batterie und für einen jeweiligen Sensor oder Taktgeber angeordnet werden müs­ sen, wobei aber jede Angaben darüber fehlen, wie der Schrittmotor und die einzel­ nen Bauelemente der elektronischen Steuereinheit an der Instrumententafel des Kraftfahrzeuges angebracht und mit den verschiedenen Anzeige-Instrumenten verbunden werden.

In der DE 198 04 337 A1 ist eine Instrumententafel für Kraftfahrzeuge beschrieben, bei welcher an der Rückseite einer Schaltplatte eine gedruckte Schaltung zur Versorgung von Anzeigesymbolen angebracht ist, die auf der Vorderseite der Schaltplatte durch Serigraphie aufgebracht sind und durch eine Lichtquelle ausge­ leuchtet werden, die ebenfalls an der Rückseite der Schaltplatte im Bereich einer Beleuchtungsöffnung angeordnet und von einem Kunststofffilm derart umgeben ist, dass damit ein Leuchtkasten für die Lichtquelle gebildet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Gerät mit einer Schaltplatte zu konzipieren, die sich nur einseitig bedrucken läßt und daher zum Anschluss von Anzeige-Instrumenten der Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges billiger herstellbar ist als die bekannten, zweiseitig bedruckten Schaltplatten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem elektronischen Gerät gelöst, welches die Merkmale des Patentanspruches 1 beinhaltet. Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gerätes sind in den weiteren Ansprüchen erfaßt und ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Gerätes. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 eine Vorderansicht einer Schaltplatte, deren erfindungsgemäße Ausbildung für die Anzeige-Instrumente der Instrumententafel gemäß Fig. 1 konzipiert wurde, und

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Schaltungsanordnung, die für die Rückseite der Schaltplatte gemäß Fig. 2 vorgesehen ist.

Für die in Fig. 1 dargestellte Instrumententafel 10 eines Kraftfahrzeuges wird vorausgesetzt, dass dafür mehrere Anzeige-Instrumente 12 vorgesehen sind sowie eine Flüssigkristall-Anzeige 16, die alle schrittweise angetrieben bzw. fortgeschaltet werden sollen. Für den Antrieb sind verschiedene Schrittmotoren 22A, 22B, 22C und 22D vorgesehen. Diese Schrittmotoren sind alle auf der zu einer gedruckten Schaltung abgewandten Plattenseite einer Schaltplatte 20 angeordnet, wobei diese Plattenseite in Fig. 2 mit einer Vorderansicht gezeigt ist. Neben den vorerwähnten Schrittmotoren befinden sich an dieser einen Plattenseite nur noch einzelne Draht­ leiter 26, deren beide Enden jeweils durch eine Durchtrittsöffnung in der Schaltplat­ te 20 hindurchgeführt sind für einen gelöteten Anschluss an die auf der Rückseite der Schaltplatte befindliche gedruckte Schaltung.

Die funktionelle Ausbildung der gedruckten Schaltung ist gemäss der Darstellung in Fig. 3 mit einem Spannungsregler 30 vorgesehen, bei welchem es sich um einen einzigen integrierten Schaltkreis handeln kann oder um eine Kombination von mehreren elektronischen Komponenten, die eine geregelte Ausgangsspannung bereitstellen lassen. Der Spannungsregler 30 wird von der bei einem Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden 12 V Batteriespannung versorgt, um von dem Span­ nungsregler eine geregelte Spannung von bsp. 5 V zu erhalten. Diese geregelte 5 V Spannung wird an eine angeschlossene Verteilerleitung 32 angeliefert, parallel zu welcher mit einem Abstand von etwa 2 mm, insbesondere von etwa 1 mm, eine Rückleitung 34 verlegt ist, die bei 36 unmittelbar neben dem Spannungsregler 30 geerdet ist und durch einen Kondensator C1 eine Verbindung mit der Verteilerlei­ tung 32 aufweist.

Die Verteilerleitung 32 und die Rückleitung 34 sind mit mehreren Anschlusspins eines Mikroreglers 38 verbunden, bei dem es sich um ein elektronisches Gerät mit integriertem Mikroprozessor handelt, der die verschiedenen Schrittmotoren direkt antreiben kann. Ein Mikroregler dieser Ausbildung ist bsp. unter dem Produktna­ men 780973 A MCU von der NEC Corporation zu erhalten.

Ein erster Anschlusspin 40 des Mikroreglers 38 ist für den aus der Verteilerleitung 32 versorgten Leistungseingang des Mikroprozessors vorgesehen, der den Kernbe­ reich des Mikroreglers bildet. An einem zugehörigen zweiten Anschlusspin 42 ist ein Anschluss mit der Rückleitung 34 vorgenommen, wobei zwischen die beiden Anschlusspins noch ein T-Filter 43 zwischengeschaltet ist. Für den Anschluss an die Verteilerleitung 32 und die Rückleitung 34 sind zwei Versorgungsleitungen 44 und 46 vorgesehen, durch deren gestrichelte Darstellung in Fig. 3 verdeutlicht wird, dass es sich dabei um zwei auf der Vorderseite der Schaltplatte 20 angeordnete Drahtleiter 26 handelt, deren eine Enden also an den Anschlusspins 40 und 42 und deren andere Enden an den beiden Leitungen 32 und 34 angelötet sind. Mit der Anordnung des T-Filters 43, der als einziger Filter des gesamten Gerätes vorgese­ hen ist, wird eine wesentliche Dämpfung von allen Frequenzen größer als die Grundfrequenz des Mikroreglers 38 erreicht, die typischerweise etwa 8 MHz be­ trägt. Durch den T-Filter 43 kann daher auch die Stromanforderung des Mikroreg­ lers 38 präzise gefiltert werden, die der Mikroregler als Taktgeber für die verschie­ denen Schrittmotoren benötigt. Alle Stromkomponenten mit einer höheren Fre­ quenz, bei welchen es sich um Oberwellen der Grundtaktfolge des Mikroreglers 38 handelt, können dagegen den T-Filter nicht passieren.

Über einen weiteren Anschlusspin 48 des Mikroreglers 38 wird eine analoge An­ triebsspannung für einen integrierten A/D-Wandler angeliefert. Auch dieser An­ schlusspin 48 sowie ein zugehöriger, über einen Kondensator C2 verbundener weiterer Anschlusspin 50 sind über Versorgungsleitungen 52 und 54 mit der Vertei­ lerleitung 32 und der Rückleitung 34 verbunden. Auch diese Versorgungsleitungen 52, 54 sind durch entsprechende Drahtleiter 26 an der Vorderseite der Schaltplatte 20 bereit gestellt sind.

Ein anderer Anschlusspin 56 des Mikroreglers 38 ist zusammen mit einem zugehö­ rigen Anschlusspin 58 über Versorgungsleitungen 62 und 60 mit der Verteilerleitung 32 und der Rückleitung 34 verbunden. Zwischen den beiden Anschlusspins 56 und 58 ist ein Kondensator C3 zwischengeschaltet. Der Anschlusspin 56 ergibt den peripheren Leistungseingang des Mikroreglers 38, wobei mit "peripherer Leistungs­ eingang" die Versorgung derjenigen Eingänge und Ausgänge des Mikroreglers gemeint ist, die für einen generellen Zweck vorgesehen sind.

Ein weiterer Anschlusspin 64 des Mikroreglers 38 ist über eine Versorgungsleitung 68 mit der Verteilerleitung 32 verbunden und hat auch hier über einen Kondensator C4 eine Verbindung mit einem zugehörigen Anschlusspin 66, der über eine Versor­ gungsleitung 70 mit der Rückleitung 34 verbunden ist. Über den Anschlusspin 64 wird eine Leistung an Antriebsmotoren mit einer H-Brückenschaltung angeliefert, mit welchen der Mikroregler 38 versorgt ist.

Der T-Filter 43 filtert alle Oberwellen einer höheren Frequenz, die an den beiden Anschlusspins 40 und 42 erscheinen. Daneben werden durch diesen T-Filter 43 auch alle übrigen Eingänge des Mikroreglers 38 gleich wirksam gefiltert, wobei es dafür wesentlich ist, dass die mit den beiden Leitungen 32 und 34 verbundenen Versorgungsleitungen 44 und 46 der beiden Anschlusspins 40 und 42 in größerer Nähe zu dem Spannungsregler 30 verlegt sind als alle anderen Versorgungsleitun­ gen des Mikroreglers. Dadurch wird eine Rückkoppelung mit dem Spannungsregler 30 minimiert.

Um die digitalen Emissionen des den Kernbereich des Mikroreglers 38 bildenden Mikroprozessors zu minimieren, ist der Mikroregler 38 noch mit einer großen Er­ dungsplatte 80 unterlegt, die über eine Verbindungsleitung mit dem Anschlusspin 42 und damit über die Versorgungsleitung 46 mit der Rückleitung 34 verbunden ist. Die Erdungsplatte 80 ist gegen alle übrigen Anschlusspins des Mikroreglers 38 isoliert.

Mit dem Mikroregler 38 ist weiterhin auch ein Kristalloszillator verbunden, der das Taktsignal zum Antrieb des Mikroreglers liefert. Der geerdete Anschluss des Kris­ talloszillators 82 ist mit dem Anschlusspin 42 zusammengeführt, sodass hier eine gemeinsame Anschlussverbindung mit der Rückleitung 34 besteht. Sämtliche Emissionen des Kristalloszillators 82 sind daher gegen die übrigen Anschlusspins 50, 58 und 66 isoliert.

An die Schrittmotoren 22A, 22B, 22C und 22D sind daneben noch Leitungen 90, 92, 94 und 96 angeschlossen. Bei diesen Leitungen handelt es sich um Mehrfach­ leitungen für die üblichen Mehrfachanschlüsse von Schrittmotoren. Eine solche Mehrfachleitung ist auch eine Anschlussleitung 97 an die ebenfalls durch den Mikroregler 38 fortgeschaltete Flüssigkristall-Anzeige 16 der Instrumententafel. Daneben sind noch weitere Verbraucher 98 an die Verteilerleitung 32 und an die Rückleitung 34 angeschlossen.

Claims (9)

1. Elektronisches Gerät zum Anschluß von Anzeige-Instrumenten der Instrumenten­ tafel eines Kraftfahrzeuges,
mit einer Schaltplatte (20), die nur an einer Plattenseite mit einer gedruckten Schaltung versehen ist;
mit wenigstens einem Schrittmotor (22A, 22B, 22C, 22D), der auf der zu der gedruckten Schaltung abgewandten Plattenseite der Schaltplatte (20) montiert ist;
mit einem Spannungsregler (30), der eine geregelte Spannung an eine Vertei­ lerleitung (32) der gedruckten Schaltung liefert und an welchen eine Rücklei­ tung (34) angeschlossen ist;
mit einem Mikroregler (38), der auf der die gedruckte Schaltung aufweisenden Plattenseite der Schaltplatte (20) montiert und mit der Verteilerleitung (32) so­ wie der Rückleitung (34) des Spannungsreglers (30) verbunden ist, wobei der Mikroregler (38) einen integrierten Regler aufweist, mit welchem der Antrieb des wenigstens einen Schrittmotors (22A, 22B, 22C, 22D) geregelt wird; wobei
der wenigstens eine Schrittmotor (22A, 22B, 22C, 22D) für den Antrieb we­ nigstens eines Anzeigeinstruments (12, 16) vorgesehen ist, welches über den Mikroregler (38) an die Verteilerleitung (32) sowie die Rückleitung (34) des Spannungsreglers (30) über Versorgungsleitungen (44, 52, 62, 68; 46, 54, 60, 70) angeschlossen ist, wobei die Versorgungsleitungen als Drahtbrücken aus­ gebildet, auf der zu der gedruckten Schaltung abgewandten Plattenseite der Schaltplatte (20) montiert und über Durchtrittsöffnungen in der Schaltplatte mit dem Mikroregler (38) und der Verteilerleitung (32) sowie der Rückleitung (34) des Spannungsreglers (30) verbunden sind.

2. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler des Mikroreglers (38) mit einem Mikroprozessor ausgebildet ist.

3. Elektronisches Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor des Mikroreglers (38) über einen T-Filter (43) an die Verteilerleitung (32) sowie die Rückleitung (34) des Spannungsreglers (30) ange­ schlossen ist.

4. Elektronisches Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückleitung (34) des Spannungsreglers (30) mit einer dem Mikroregler (38) unter­ legten Erdungsplatte (80) verbunden ist.

5. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, dass mit dem Mikroregler (38) ein Oszillator (82) verbunden ist, der über eine mit dem Mikroprozessor gemeinsame Versorgungsleitung (46) mit der Rücklei­ tung (34) des Spannungsreglers (30) verbunden ist.

6. Elektronisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszil­ lator ein Kristalloszillator (82) ist.

7. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, dass die Verteilerleitung (32) und die Rückleitung (34) des Spannungsreglers (30) in einem gegenseitigen Abstand von 2 mm oder 1 mm parallel zueinander verlegt sind.

8. Elektronisches Gerät nach Anspruch 2 oder einem auf diesen rückbezogenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Mikroprozessor gemein­ same Versorgungsleitung (46) des Mikroreglers (38) an die Rückleitung (34) des Spannungsreglers (30) in größerer Nähe zu dem Spannungsregler (30) verlegt ist als alle anderen Versorgungsleitungen (52, 54, 60, 62, 68, 70) des Mikroreglers (38).

9. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, dass zwischen die Verteilerleitung (32) und die Rückleitung (34) des Span­ nungsreglers (30) und/oder zwischen jedes Paar von Versorgungsleitungen (52, 54, 60, 62, 68, 70) des Mikroreglers (38) jeweils ein Kondensator (C1, C2, C3, C4) zwischengeschaltet ist.