DE112021002349T5

DE112021002349T5 - System-auf-chip für einen rauchmelder

Info

Publication number: DE112021002349T5
Application number: DE112021002349.7T
Authority: DE
Inventors: Grant Evan Falkenburg; Shinya Morita; Mehedi Hassan; Lundy Findlay Taylor
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2023-02-09
Also published as: US20210327239A1; US11263883B2; CN115552496A; TW202145154A; WO2021211409A1

Abstract

Ein System auf einem Chip (SoC) (100) zur Rauchdetektion enthält Leistungsreguliererschaltungen, die an entsprechende Pins (VLX, VBST, VINT, VCC, PLDO, VMCU) gekoppelt sind, und analoge Sensorverstärkerschaltungen (110, 112, 114), die jeweils an einen entsprechenden Pin (z. B. VBST, VINT) der an die Leistungsreguliererschaltungen gekoppelten Pins gekoppelt sind. Eine erste analoge Sensorverstärkerschaltung der analogen Sensor-Verstärkerschaltungen weist eine photoelektrische Verstärkerschaltung (112), einen ersten LED-Treiber (114) und einen zweiten LED-Treiber (116) auf. Das SoC weist außerdem einen digitalen Kern (138) auf, der eine digitale Logikschaltung, Registerbits (143) und eine MCU-Kommunikationsschaltung (142) enthält. Die MCU-Kommunikationsschaltung ist an einen Daten-Pin (SDA) gekoppelt, die Registerbits sind angeschlossen, um den Betrieb der Leistungsreguliererschaltungen und der analogen Sensorverstärkerschaltungen zu steuern oder zu modifizieren, und die Registerbits sind betreibbar, um durch eine MCU (102) beschrieben zu werden.

Description

HINTERGRUND
Rauchmelder, die außerdem als Rauchdetektoren oder Rauchdetektionsvorrichtungen bezeichnet werden, benötigen für den Standardbetrieb verschiedene miteinander verbundene Schaltungsblöcke. Abhängig vom Zielmarkt, der entweder gewerblich oder auf den Wohnsitz bezogen sein kann, können diese Schaltungsblöcke Verstärkerschaltungen für Sensoren, Kommunikationsschaltungen mit einer Mikrocontrollereinheit (MCU), eine Horntreiberschaltung, eine Verbindungsschaltung für die Kommunikation mit anderen Rauchdetektionsvorrichtungen im Haus, eine Signalisierungsleitungsschaltung (SLC) für die Kommunikation mit einem gewerblichen Brandmeldesystem und Leistungsreguliererschaltungen, um mehrere Spannungen entweder aus einer drahtgebundenen Gleichstromquelle (DC-Quelle) oder aus einer Batterie bereitzustellen, die eine von verschiedenen Spannungen aufweisen können, enthalten. Diese Schaltungsblöcke müssen in einem System implementiert werden, dessen Größe, Leistung und Kosten begrenzt sind und das in einigen Fällen eine versiegelte Batterielebensdauer von 10 Jahren aufweisen muss. Es werden neue Implementierungen für kosteneffiziente Lösungen benötigt, die den neuesten Rauchdetektionsstandards entsprechen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die offenbarten Ausführungsformen bieten ein im hohen Grade integriertes System auf einem Chip (SoC), das mehrere ICs und diskrete Komponenten in einer Rauchdetektionsvorrichtung ersetzt. Das SoC ist mit einer Leistungsquelle, den gewünschten Sensoren, den gewünschten Kommunikationsverbindungen und einer integrierten MCU-Schaltung (MCU-IC) - die eine separate IC ist, um eine größere Flexibilität zu bieten - kombiniert, um eine Rauchdetektionsvorrichtung bereitzustellen. Ein digitaler Kern auf dem SoC ermöglicht es dem externen Mikrocontroller, jeden der integrierten Blöcke auf dem SoC zu steuern. Es können z. B. die Sensorverstärker einen einstellbaren Verstärkungsfaktor aufweisen, die Leistungsregulierer können einstellbare Spannungen aufweisen und die Treiber können einen einstellbaren Strom aufweisen. Die dadurch bereitgestellte Steuerung verbessert den Systemwirkungsgrad und die Verstärkerleistung. Zusätzlich implementiert der digitale Kern sowohl eine Leistungseinsparung durch eine Schlafbetriebsart als auch eine Störungsüberwachung, wie z. B. die Detektion von Unterspannungs- und Übertemperaturstörungen.
Das SoC ist entworfen, um in mehreren verschiedenen Konfigurationen verwendet zu werden. Die Leistungsreguliererschaltungen, die eine Anzahl von Regulierern mit geringem Abfall (LDO) enthalten, sind in einer Weise gekoppelt, die es ermöglicht, dass das einzelne SoC mit mehreren verschiedenen Leistungsversorgungen, wie z. B. einer Batterie mit einer Spannung, die sich zwischen 3 V und 12 V befindet, einem AC/DC-Leistungsumsetzer oder einem SLC, kombiniert wird. Das SoC enthält mehrere analoge Sensorverstärkerschaltungen, z. B. eine photoelektrische Verstärkerschaltung, eine Kohlenmonoxid-Verstärkerschaltung (CO-Verstärkerschaltung) und eine Ionisationsverstärkerschaltung, die elektronisch konfiguriert werden können, um in einer gegebenen Situation aktiv oder inaktiv zu sein. Auf dem Chip sind sich zwei Leuchtdiodentreiber (LED-Treiber) mit der Fähigkeit bereitgestellt, einen oder beide zu verwenden. Eine Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung und eine piezoelektrische Horntreiberschaltung, die in Wohnungs-Rauchdetektoren verwendet werden, benutzen die Pins an dem SoC mit einer SLC-Sendeschaltung und einer SLC-Empfangsschaltung gemeinsam, die in kommerziellen Rauchdetektoren verwendet werden, wobei entweder die Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung oder die SLC-Sendeschaltung und die SLC-Empfangsschaltung in einem gegebenen Rauchdetektor aktiv sind.
Gemäß einem Aspekt wird eine Ausführungsform eines SoC für die Rauchdetektion offenbart. Das SoC enthält Leistungsreguliererschaltungen; analoge Sensorverstärkerschaltungen, die jeweils angeschlossen sind, um eine entsprechende obere Leistungsversorgung von den Leistungsreguliererschaltungen zu empfangen, wobei eine erste analoge Sensorverstärkerschaltung der analogen Sensorverstärkerschaltungen eine photoelektrische Verstärkerschaltung, einen ersten LED-Treiber und einen zweiten LED-Treiber aufweist; eine MCU-Kommunikationsschaltung; und eine externe Kommunikationsschaltung.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Ausführungsform einer Rauchdetektionsvorrichtung offenbart. Die Rauchdetektionsvorrichtung enthält ein System auf einem Chip (SoC), das Leistungsreguliererschaltungen, analoge Sensorverstärkerschaltungen, die jeweils angeschlossen sind, um eine entsprechende obere Leistungsversorgung von den Leistungsreguliererschaltungen zu empfangen, wobei eine erste analoge Sensorverstärkerschaltung der analogen Sensorverstärkerschaltungen eine photoelektrische Verstärkerschaltung, einen ersten LED-Treiber und einen zweiten LED-Treiber aufweist, eine MCU-Kommunikationsschaltung und eine externe Kommunikationsschaltung enthält; Sensoren, wobei jeder Sensor der Sensoren an eine entsprechende der analogen Sensorverstärkerschaltungen gekoppelt ist; eine DC-Leistungsversorgung, die an die Leistungsreguliererschaltungen gekoppelt ist; und einen Mikrocontrollereinheit-Chip (MCU-Chip), der einen oberen Leistungsversorgungseingang, einen digitalen Prozessor, einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC), eine SoC-Kommunikationsschaltung und eine Universal-E/A-Schaltung enthält, wobei der obere Leistungsversorgungseingang auf dem MCU-Chip angeschlossen ist, um Leistung von den Leistungsreguliererschaltungen zu empfangen.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt wird eine Ausführungsform eines Prozesses zum Betreiben eines Rauchdetektors offenbart. Der Prozess enthält beim Start das Bereitstellen von Leistung für ein System auf einem Chip (SoC), das Kommunikationsschaltungen, analoge Sensorverstärkerschaltungen und Leistungsreguliererschaltungen enthält; das Bestimmen einer ersten Spannung für einen an das SoC angeschlossenen Mikrocontrollereinheit-Chip (MCU-Chip); und das Bereitstellen von Leistung für den MCU-Chip durch das SoC bei der ersten Spannung.
Figurenliste
Es werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, in denen gleiche Referenzen ähnliche Elemente angeben. Es sollte beachtet werden, dass verschiedene Verweise auf „eine“ oder „eine einzige“ Ausführungsform in dieser Offenbarung nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform sind, wobei derartige Verweise wenigstens eine bedeuten können. Wenn ein spezielles Merkmal, eine spezielle Struktur oder eine spezielle Eigenschaft im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wird, wird ferner behauptet, dass es sich innerhalb der Kenntnis eines Fachmanns auf dem Gebiet befindet, ein derartiges Merkmal, eine derartige Struktur oder eine derartige Eigenschaft im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen zu bewerkstelligen, ob diese explizit beschrieben sind oder nicht. Der Begriff „koppeln“ oder „koppelt“, wie er hier verwendet wird, ist vorgesehen, entweder eine indirekte oder direkte elektrische Verbindung zu bedeuten, es sei denn, er wird wie in „kommunikationstechnisch verbunden“ bezeichnet, was drahtlose Verbindungen enthalten kann. Folglich kann, falls eine erste Vorrichtung an eine zweite Vorrichtung gekoppelt ist, diese Verbindung durch eine direkte elektrische Verbindung oder durch eine indirekte elektrische Verbindung über andere Vorrichtungen und Verbindungen vorhanden sein.
Die beigefügten Zeichnungen sind in die Patentschrift aufgenommen und bilden einen Teil der Patentschrift, um eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen. Verschiedene Vorteile und Merkmale der Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Ansprüchen betrachtet und bezüglich der Figuren der beigefügten Zeichnungen erkannt; es zeigen:

1 ein Beispiel einer Rauchdetektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung;
2 eine photoelektrische Verstärkerschaltung, die in der Rauchdetektionsvorrichtung nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden kann;
3 eine LED-Treiberschaltung, die in der Rauchdetektionsvorrichtung nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden kann;
4 eine CO-Verstärkerschaltung, die in der Rauchdetektionsvorrichtung nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden kann;
5 eine Ionisationsverstärkerschaltung, die in der Rauchdetektionsvorrichtung nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden kann;
6 eine analoge Multiplexer-Schaltung, die in der Rauchdetektionsvorrichtung nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden kann;
7 die Leistungsreguliererschaltungen, die die verschiedenen Spannungspegel gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung bereitstellen;
8 eine Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung, die in der Rauchdetektionsvorrichtung nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden kann;
9A eine dreipolige piezoelektrische Horntreiberschaltung, die in der Rauchdetektionsvorrichtung nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden kann;
9B eine zweipolige piezoelektrische Horntreiberschaltung, die in der Rauchdetektionsvorrichtung nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden kann;
10 eine Signalisierungsleitungsschaltung, die in der Rauchdetektionsvorrichtung nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden kann;
11 einen digitalen Kern, der in der Rauchdetektionsvorrichtung nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden kann;
12 eine Unterbrechungssignal-Alarmlogik gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung;
13 einen Prozess zum Betreiben einer Rauchdetektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung; und
13A-13E zusätzliche Elemente, die Teil des Prozesses nach 13 sein können.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden spezifische Ausführungsformen der Erfindung bezüglich der beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. In der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung sind zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein gründlicheres Verständnis der Erfindung bereitzustellen. Es ist jedoch für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass die Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind wohlbekannte Merkmale nicht ausführlich beschrieben worden, um es zu vermeiden, die Beschreibung unnötig zu verkomplizieren.
1 stellt eine Rauchdetektionsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar. Die Rauchdetektionsvorrichtung 100 enthält allgemein die folgenden Elemente:

• einen MCU-Chip 102, um eine Gesamtsteuerung der Rauchdetektionsvorrichtung 100 bereitzustellen;
• die Sensoren 104, die einen Ionisationssensor, einen photoelektrischen Sensor, eine oder mehrere LEDs und einen CO-Sensor enthalten können, aber nicht darauf eingeschränkt sind;
• eine DC Leistungsversorgung 106; und
• ein SoC 108, das analoge Sensorverstärkerschaltungen für die Sensoren, Leistungsreguliererschaltungen, um geeignete Spannungen für die Bedarfe der Rauchdetektionsvorrichtung 100 bereitzustellen, und Kommunikationsschaltungen für die Kommunikation zwischen dem SoC 108 und dem MCU-Chip 102 und mit einer externen Schaltungsanordnung oder Personen enthält.

Innerhalb des SoC 108 enthalten die analogen Sensorverstärkerschaltungen eine CO-Verstärkerschaltung 110, eine photoelektrische Verstärkerschaltung 112, die einen ersten LED-Treiber 114 und einen zweiten LED-Treiber 116 enthält, und eine Ionisationsverstärkerschaltung 118. Die CO-Verstärkerschaltung 110 ist an eine Gruppe von CO-Pins 120 gekoppelt; die photoelektrische Verstärkerschaltung 112, die den ersten LED-Treiber 114 und den zweiten LED-Treiber 116 enthält, ist an eine Gruppe von Photo-Pins 122 gekoppelt; und die Ionisationsverstärkerschaltung 118 ist an eine Gruppe von Ionen-Pins 124 gekoppelt. Die Einzelheiten der analogen Sensorverstärkerschaltungen werden hinsichtlich der 2-5 erörtert.
Die Leistungsreguliererschaltungen enthalten einen DC/DC-Erhöhungsumsetzer 126, einen Vor-LDO-Regulierer 128, einen internen LDO-Regulierer 130, einen MCU-LDO-Regulierer 132 und einen Spannungsteiler 133. Die Leistungsreguliererschaltungen sind an eine Gruppe von Leistungsregulierer-Pins 134 gekoppelt und werden hinsichtlich 7 erörtert. Die Kommunikationsschaltungen enthalten zwei Kommunikationstypen: eine Kommunikation mit dem MCU-Chip 102 und eine Kommunikation mit der Außenwelt. Die Kommunikation zwischen dem MCU-Chip 102 und dem SoC 108 wird unter Verwendung einer analogen Multiplexerschaltung 136 und einer digitalen Kernschaltung 138, die eine serielle MCU-Kommunikationsschaltung 142 und Register, die Registerbits 143 enthalten, enthält. In einer Ausführungsform ist die serielle MCU-Kommunikationsschaltung 142 eine Schnittstelle einer integrierten Zwischenschaltung (I2C-Schnittstelle), die das I2C-Kommunikationsprotokoll verwendet. Die analoge Multiplexerschaltung 136 weist einen entsprechenden Eingang, der an den Ausgang jeder der analogen Sensorverstärkerschaltungen gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an den Pin des analogen MUX AMUX gekoppelt ist, auf und wird hinsichtlich 6 erörtert. Die digitale Kernschaltung 138 weist einen ersten Eingang, der an einen LED-Freigabe-Pin LEDEN gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an einen Universal-Eingabe/Ausgabe-Pin (Universal-E/A-Pin) GPIO gekoppelt ist, und einen dritten Eingang, der an einen Hornblock-Freigabe-Pin HBEN gekoppelt ist, auf. Die serielle MCU-Kommunikationsschaltung 142 innerhalb der digitalen Kernschaltung 138 weist einen ersten Eingang, der an einen seriellen Takt-Pin SCL gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an einen seriellen Daten-Pin SDA gekoppelt ist, und einen dritten Eingang, der an einen Vorrichtungsadressenauswahl-Pin CSEL gekoppelt ist, auf. Die digitale Kernschaltung 138 und die serielle MCU-Kommunikationsschaltung 142 sind aneinandergekoppelt, was es ermöglicht, dass der MCU-Chip 102 unter Verwendung der seriellen MCU-Kommunikationsschaltung 142 in die Register in der digitalen Kernschaltung 138 schreibt.
Die externen Kommunikationen werden benötigt, um Personen in einem Bereich, in dem Rauch detektiert wird, Alarme zu signalisieren, mit anderen Rauchdetektionsvorrichtungen in einer Wohnung oder mit einer Brandmeldezentrale (BMZ) an einem kommerziellen Standort zu kommunizieren. Die externen Kommunikationsschaltungen können einen Verbindungs-E/A-Puffer 144, eine Horntreiberschaltung 146, die das piezoelektrische Horn 148 steuert, und eine Signalisierungsleitungsschaltung (SLC) enthalten, was in 1 nicht spezifisch gezeigt ist. Der Verbindungs-E/A-Puffer 144 und die Horntreiberschaltung 146 werden in Wohnungs-Rauchdetektionsvorrichtungen verwendet, während eine SLC in kommerziellen Rauchdetektionsvorrichtungen verwendet wird. Der Verbindungs-E/A-Puffer 144 wird hinsichtlich 8 erörtert; eine Horntreiberschaltung 146 für ein dreipoliges piezoelektrisches Horn und eine Horntreiberschaltung 146 für ein zweipoliges piezoelektrisches Horn werden hinsichtlich 9A bzw. 9B erörtert; und eine SLC wird hinsichtlich 10 erörtert. An dem SoC 108 sind drei Masse-Pins gezeigt: ein analoger Masse-Pin AGND, ein digitaler Masse-Pin DGND und ein Leistungsmasse-Pin PGND.
Das SoC 108 enthält außerdem eine Batterietestschaltung 150 mit einer programmierbaren Last und einen Oszillator 152. Die Batterietestschaltung 150 wird verwendet, um die Integrität einer Batterie zu überprüfen, die mit dem SoC 108 verbunden ist. Wenn die Batterietestschaltung 150 freigegeben ist, ist eine Last, die in einer Ausführungsform von 10 mA bis 20 mA programmierbar ist, mit einer Ausgangsspannung von dem DC/DC-Erhöhungsumsetzers 126 verbunden. Diese Last emuliert die Stromaufnahme des Horntreibers während einer Alarmbedingung. Der Oszillator 152 ist intern und ist freigegeben, wenn entweder der DC/DC-Erhöhungsumsetzer 126 oder die photoelektrische Verstärkerschaltung 112 freigegeben ist.
Sowohl die Vorteile als auch die inhärenten Schwierigkeiten sind mit dem im SoC 108 gezeigten hohen Integrationsgrad verbunden. Die Rauchmelder erfordern oft viele verschiedene analoge Blöcke, z. B. Treiber und Verstärker. Verschiedene Modelle eines Rauchmelders können viele der gleichen Blöcke erfordern, die außerdem als mehrere diskrete IC-Chips bereitgestellt sein können, wobei sich aber die verschiedenen Modelle in den Sensoren, der Leistungsversorgung und den Kanälen für die Kommunikation mit einer externen Schaltungsanordnung oder Personen unterscheiden können. Das offenbarte SoC 108 integriert alle gemeinsamen Blöcke in einen einzigen Chip, wobei es dies aber in einer Weise ausführt, die es ermöglicht, dass verschiedene Modelle von Rauchdetektionsvorrichtungen mit verschiedenen angeschlossenen Sensoren, verschiedenen Leistungsversorgungen, verschiedenen MCUs und verschiedenen Kommunikationskanälen, alle unter Verwendung desselben SoC 108, hergestellt werden, um die Schaltungsanordnung bereitzustellen, um die verbleibenden Elemente aneinander zu binden.
Selbstverständlich stellt der hohe Integrationsgrad einen neuen Satz von zu lösenden Problemen bereit. Die Sensorsignale, die nur Nanoampere des Stroms bereitstellen können, können z. B. sehr empfindlich gegen das Vorhandensein elektronischen Rauschens sein. Wenn Sensorverstärker mit verrauschten Elementen wie dem DC/DC-Erhöhungsumsetzer 126 kombiniert werden, muss die Anordnung sorgfältig ausgeführt werden, um eine Isolierung der verrauschten Schaltungen von den empfindlichen Schaltungen, z. B. der Ionisationsverstärkerschaltung 118 und in einigen Fällen der photoelektrischen Verstärkerschaltung 112, bereitzustellen.
Gleichzeitig erfordern neue Vorschriften von den Underwriters Laboratories (UL) neue Elemente, wie z. B. die Fähigkeit, Rauch von verschiedenen Typen von Bränden zu unterscheiden und Fehlalarme durch das Einbeziehen neuerer Sensortechniken zu begrenzen, was alles ausgeführt werden muss, während eine Vorrichtung mit sehr geringer Leistung, die zehn Jahre lang mit einer 3,6-V-Lithiumbatterie laufen kann, bereitgestellt wird. Dies bedeutet, dass die Vorspannungsschaltungen mit sehr geringen Strömen verwendet werden, die sehr empfindlich gegen Taktsignale, Rauschen usw. sind. Um die gewünschte Leistung zu erhalten, ist sehr viel Aufmerksamkeit erforderlich. Das Bereitstellen einer geringen Leistungsverwendung bedeutet, den Takt zu verlangsamen und die Anzahl der Gatter auf einem Minimum zu halten, um den Leistungsbedarf des SoC 108 so gering wie möglich zu halten.
Weil ein einziges SoC 108 mit verschiedenen Sensoren und verschiedenen Leistungsversorgungen verwendet werden kann, sind viele der analogen Sensorverstärkerschaltungen und des DC/DC-Erhöhungsumsetzers 126 elektronisch konfigurierbar, wenn z. B. eine gegebene Rauchdetektionsvorrichtung 100 keinen Ionisationssensor enthält, kann die Ionisationsverstärkerschaltung 118 elektronisch gesperrt werden. Ähnlich kann das SoC 108 mit einem Verbindungs-E/A-Puffer 144 und einer Horntreiberschaltung 146 verwendet werden oder sonst mit einer (in dieser Figur nicht spezifisch gezeigten) Signalisierungsleitungsschaltung verwendet werden. Wie im Folgenden ausführlicher erklärt wird, können diese Schaltungen Pins gemeinsam benutzen, weil ein Verbindungspuffer und eine SLC nie gleichzeitig verwendet werden.
Bei der weiteren Betrachtung der Rauchdetektionsvorrichtung 100 ist die DC-Leistungsversorgung 106 unter Verwendung eines AC/DC-Umsetzers 154 mit einer Niederspannungsbatterie 156 für die Verwendung, wenn die Netzleistung ausfällt, dargestellt. Andere Konfigurationen, die verwendet werden können, werden hinsichtlich 7 erörtert. Wie in der Rauchdetektionsvorrichtung 100 gezeigt ist, enthalten die Sensoren 104 einen Ionisationssensor 119, einen photoelektrischen Sensor 113, eine oder mehrere LEDs 115 und einen CO-Sensor 111. Diese Sensoren werden im Zusammenhang mit ihren entsprechenden Verstärkerschaltungen in den 2-5 erörtert.
Der MCU-Chip 102 wird verwendet, um den Betrieb jedes Blocks im SoC 108 zu steuern, und ist in der Rauchdetektionsvorrichtung 100 als eine separate IC vom SoC 108 bereitgestellt worden, um eine größere Flexibilität in der Rauchdetektionsvorrichtung 100 bereitzustellen. Der MCU-Chip 102 weist oberen MCU-Leistungsversorgungseingang, einen digitalen Prozessor 103, einen ADC 158, eine oder mehrere Universal-Eingabe/Ausgabe-Schaltungen (Universal-E/A-Schaltungen) 160 und eine serielle SoC-Kommunikationsschaltung 162, die in der gezeigten Ausführungsform das I2C-Kommunikationsprotokoll verwendet, auf. Der obere Leistungsversorgungseingang der MCU ist an den Ausgang des MCU-LDO-Regulierers 132 gekoppelt und empfängt alle erforderliche Leistung vom SoC 108. Der digitale Prozessor 103 empfängt Programmierungseingaben von einem Anwender und die durch das SoC 108 gesammelte Daten und trifft Entscheidungen hinsichtlich der erforderlichen Maßnahmen. Der ADC 158 weist einen Eingang auf, der an den Ausgangs-Pin des analogen Multiplexers AMUX gekoppelt ist. Die serielle MCU-Kommunikationsschaltung 142 im SoC 108 ist durch drei Pins an die serielle SoC-Kommunikationsschaltung 162 im MCU-Chip 102 gekoppelt: den seriellen Takt-Pin SCL, den seriellen Daten-Pin SDA und den Vorrichtungsadressenauswahl-Pin CSEL. Wie überall in der vorliegenden Anmeldung erörtert wird, können die Leistungsreguliererschaltungen und die analogen Sensorverstärkerschaltungen Steuerbits empfangen, die den Betrieb der jeweiligen Schaltungen steuern oder modifizieren. Diese Steuerbits können in den Registerbits 143 in der digitalen Kernschaltung 138 gespeichert werden. Die serielle MCU-Kommunikationsschaltung 142 und die serielle SoC-Kommunikationsschaltung 162 stellen Mittel für den MCU-Chip 102 bereit, um in die Registerbits 143 in der digitalen Kernschaltung 138 zu schreiben und dadurch eine Steuerung des SoC 108 bereitzustellen. Die Universal-E/A-Schaltung 160 weist einen ersten Ausgang, der angeschlossen sein kann, um die LED-Anzeiger 164 zu steuern, einen zweiten Ausgang, der an den LED-Freigabe-Pin LEDEN gekoppelt ist, und einen dritten Ausgang, der an den Hornfreigabe-Pin HBEN gekoppelt ist, auf. Eine erste Zwei-Wege-Kommunikationsleitung ist durch den Universal-E/A-Pin GPIO an die digitale Kernschaltung 138 im SoC 108 gekoppelt, während eine zweite Zwei-Wege-Kommunikationsleitung zur Kommunikation mit der externen Schaltungsanordnung an den Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU gekoppelt ist.
2 stellt eine photoelektrische Verstärkerschaltung 200 dar, die Teil der photoelektrischen Verstärkerschaltung 112 im SoC 108 sein kann. Die photoelektrische Verstärkerschaltung 200 ist mit einer Photodiode 202 verbunden und weist zwei Stufen auf - einen Photoeingangsverstärker 204 und einen Photogewinn-Verstärker 206. Der Ausgang des Photoeingangsverstärkers 204 und der Ausgang des Photogewinn-Verstärkers 206 sind mit der analogen Multiplexerschaltung 136 verbunden, die die Werte zu dem ADC 158 und von dort zum MCU-Chip 102 weiterleitet. Die offenbarte Konfiguration stellt einen hohen Dynamikbereich für die Photodioden-Signalkette bereit, weil der Photogewinn-Verstärker 206 fliegend einstellbar ist.
Der Photoeingangsverstärker 204 weist einen oberen Leistungsversorgungseingang, der an den internen LDO-Regulierer 130 gekoppelt ist, einen invertierenden Photoeingabe-Eingang, einen nichtinvertierenden Photoeingabe-Eingang, einen Photoeingabe-Ausgang und einen Photoeingabe-Freigabeeingang auf, wobei der invertierende Photoeingabe-Eingang an einen negativen Photodioden-Pin PDN gekoppelt ist, der nichtinvertierende Photoeingabe-Eingang an einen positiven Photodioden-Pin PDP gekoppelt ist, der Photoeingabe-Ausgang an einen ersten Eingang der analogen Multiplexer-Schaltung 136 und an den Photodiodenausgangs-Pin PDO gekoppelt ist, wobei der Photoeingabe-Freigabeeingang angeschlossen ist, um ein Photoeingangsverstärker-Steuerbit PAMP_EN zu empfangen. Der Photogewinn-Verstärker 206 weist einen oberen Leistungsversorgungseingang, der an den internen LDO-Regulierer 130 gekoppelt ist, einen nichtinvertierenden Photogewinn-Eingang, einen invertierenden Photogewinn-Eingang, einen Photogewinn-Freigabeeingang und einen Photogewinn-Ausgang auf, wobei der nichtinvertierende Photogewinn-Eingang an den Ausgang des Photoeingangsverstärkers 204 gekoppelt ist, der Photogewinn-Freigabeeingang angeschlossen ist, um ein Photogewinnverstärker-Steuerbit PGAIN_EN zu empfangen, und der Photogewinn-Ausgang an einen zweiten Eingang der analogen Multiplexer-Schaltung 136 und durch einen ersten Photowiderstand R2a, der ein einstellbarer Widerstand ist, an den invertierenden Photogewinn-Eingang gekoppelt ist.
Ein erstes Photo-UND-Gatter 208 weist einen ersten Eingang, der angeschlossen ist, um ein Photoreferenz-Auswahlbit PREF_SEL zu empfangen, einen zweiten Eingang, der angeschlossen ist, um das Photogewinnverstärker-Steuerbit PGAIN_EN zu empfangen, und einen Ausgang auf. Ein erstes Photo-ODER-Gatter 210 weist einen ersten Eingang, der angeschlossen ist, um das Photogewinnverstärker-Steuerbit PGAIN_EN zu empfangen, einen zweiten Eingang, der angeschlossen ist, um das Photoeingangsverstärker-Steuerbit PAMP_EN zu empfangen, und einen Ausgang auf. Ein zweites Photo-UND-Gatter 212 weist einen ersten Eingang, der angeschlossen ist, um das Photoreferenz-Auswahlbit PREF_SEL zu empfangen, einen zweiten Eingang, der angeschlossen ist, um die Ausgabe des ersten Photo-ODER-Gatters 210 zu empfangen, und einen Ausgang auf.
Eine Photoreferenzschaltung 214 weist einen Photoreferenz-Eingang und einen Photoreferenz-Ausgang auf. Eine erste Photospannungsquelle VS2a ist zwischen den Photoreferenz-Eingang und den Photoreferenz-Ausgang gekoppelt, während eine zweite Photospannungsquelle VS2b zwischen den Photoreferenz-Eingang und die Masseebene gekoppelt ist. Ein erster Photoschalter S2a ist durch einen zweiten Photowiderstand R2b an den invertierenden Photogewinn-Eingang gekoppelt. Der erste Photoschalter S2a koppelt den invertierenden Photogewinn-Eingang selektiv entweder an die Photoreferenzschaltung 214 oder an die Masseebene; der Ausgang des ersten Photo-UND-Gatters 208 ist angeschlossen, um den ersten Photoschalter S2a zu steuern. Ein zweiter Photoschalter S2b weist einen ersten Anschluss, der an den Photoreferenz-Eingang gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der an den Photoreferenz-Pin PREF und an die CO-Verstärkerschaltung 400 gekoppelt ist, auf, die in 4 zu sehen ist. Der zweite Photoschalter S2b ist durch den Ausgang des zweiten Photo-UND-Gatters 212 gesteuert. In einer Ausführungsform gibt die erste Photospannungsquelle VS2a eine Spannung von etwa 5 mV ab, während die zweite Photospannungsquelle VS2b eine Spannung von etwa 50 mV abgibt.
Während des Betriebs der photoelektrischen Verstärkerschaltung 200 weist die Photodiode 202 eine Anode, die an den positiven Photodioden-Pin PDP gekoppelt ist, und eine Katode, die an den negativen Photodioden-Pin PDN gekoppelt ist, auf. Ein erster Photokondensator C2a und ein dritter Photowiderstand R2c sind zwischen den positiven Photodioden-Pin PDP und den negativen Photodioden-Pin PDN parallelgeschaltet. Ein zweiter Photokondensator C2b und ein vierter Photowiderstand R2d sind zwischen den Photodiodenausgangs-Pin PDO und den negativen Photodioden-Pin PDN parallelgeschaltet. Ein dritter Photokondensator C2c und ein fünfter Photowiderstand R2e sind zwischen den positiven Photodioden-Pin PDP und eine Masseebene parallelgeschaltet. In einer Ausführungsform sind der dritte Photokondensator C2c und der fünfte Photowiderstand R2e zwischen den positiven Photodioden-Pin PDP und den Photoreferenz-Pin PREF parallelgeschaltet. In einer Ausführungsform weist der erste Photokondensator C2a eine Kapazität von 7 pF auf, weist der zweite Kondensator C2b eine Kapazität von 10 pF auf, weist der dritte Kondensator C2c eine Kapazität von 10 pF auf, weist der dritte Photowiderstand R2c einen Widerstand von 470 kΩ auf, weist der vierte Photowiderstand R2d einen Widerstand von 1,5 MΩ auf und weist der fünfte Photowiderstand R2e einen Widerstand von 1,5 MΩ auf.
Der Photoeingangsverstärker 204 ist ein zum Verstärken von Photodiodenströmen entworfener Operationsverstärker mit großer Bandbreite und geringem Offset. Die Gegenkopplung bewirkt, dass die Photodiode bei einer Vorspannung von null Volt leitet. Die Eingangsstufe weist die Option auf, auf die Masseebene GND oder auf den Photoreferenz-Pin PREF bezogen zu sein. Der Photoreferenz-Pin PREF ist eine Referenz, die normalerweise auf die Spannung an einem internen LDO-Ausgangs-Pin VINT gezogen ist und die durch die MCU auf 50 mV konfiguriert werden kann. Die 50-mV-Referenz hält den Eingangsverstärker in einem linearen Betriebsbereich, wenn kein Signal angelegt ist, was die Geschwindigkeit und die Nullstromempfindlichkeit des Verstärkers verbessert.
Der Photostrom fließt durch den fünften Photowiderstand R2e, der zwischen den positiven Photodioden-Pin PDP und entweder die Masseebene GND oder den Photoreferenz-Pin PREF gekoppelt ist, und durch den vierten Photowiderstand R2d, der zwischen den negativen Photodioden-Pin PDN und den Photodiodenausgangs-Pin PDO gekoppelt ist. Diese beiden Widerstände, die aufeinander abgestimmt sind, bestimmen den Verstärkungsfaktor der Eingangsstufe. Der zweite Photokondensator C2b und der dritte Photokondensator C2c kompensieren die Rückkopplungsschleife des Operationsverstärkers für eine optimale Reaktion. In einer Ausführungsform können der zweite Photokondensator C2b und der dritte Photokondensator C2c 5 pF betragen, wenn der Eingangsverstärker auf den Photoreferenz-Pin PREF bezogen ist, und 10 pF betragen, wenn der Eingangsverstärker auf die Masseebene GND bezogen ist. Der dritte Photowiderstand R2c und der erste Photokondensator C2a, die in einer Ausführungsform 470 kΩ bzw. 7 pF betragen, stabilisieren die Rückkopplungsschleife.
Der Photogewinn-Verstärker 206 weist außerdem eine hohe Bandbreite und ein geringes Rauschen auf und verstärkt ferner das Photodiodensignal. Der Photogewinn-Verstärker 206 ist unter Verwendung der I2C-Schnittstelle 142 fliegend einstellbar. In einer Ausführungsform weist der Photogewinn-Verstärker 206 vier Einstellungen auf und kann eingestellt sein, um um das Fünffache, das Elffache, das Zwanzigfache oder das Fünfunddreißigfache zu verstärken. Der Photogewinn-Verstärker 206 kann unter Verwendung des Photoreferenz-Auswahlbits PREF_SEL entweder auf die Masseebene oder auf den Photoreferenz-Pin PREF bezogen sein. Wenn der Photoreferenz-Pin PREF verwendet wird, wird der Ausgang des Photogewinn-Verstärkers 206 über 50 mV gehalten. Das Beziehen des Photogewinn-Verstärkers 206 auf den Photoreferenz-Pin PREF verursacht, dass sich die 50-mV-Referenzspannung abhängig vom Signalpegel am Photodiodenausgangs-Pin PDO ändert. Weil sich die Referenz mit dem Signalpegel ändert, ist der Verstärkungsfaktor etwas verschieden. Der Ausgang des Photogewinn-Verstärkers 206 mit Photostrom null variiert, wenn sich die Einstellung des Verstärkungsfaktors ändert, um den Ausgang über 50 mV zu halten.
3 stellt eine LED-Treiberschaltung 300 dar, die in der Rauchdetektionsvorrichtung 100 verwendet werden kann. Die LED-Treiberschaltung 300 enthält eine LED-LDO-Reguliererschaltung 302, die einen oberen Leistungsversorgungseingang, der an den Erhöhungs-Pin VBST gekoppelt ist, einen ersten LED-Eingang, der an ein LED-LDO-Freigabebit LEDLDO_EN gekoppelt ist, einen zweiten LED-Eingang, der an ein LED-LDO-Register LEDLDO[0:2] gekoppelt ist, einen Ausgang, der durch eine LED-Diode D3 an einen LED-LDO-Pin LEDLDO gekoppelt ist, und einen dritten Eingang, der an den LED-LDO-Pin LEDLDO gekoppelt ist, aufweist. Die LED-Treiberschaltung 300 enthält außerdem einen ersten LED-Treiber 304 und einen zweiten LED-Treiber 306.
Der erste LED-Treiber 304 enthält einen ersten LED-DAC 308, einen ersten LED-Verstärker 310 und einen ersten LED-NFET M3a. Der erste LED-DAC 308 weist einen ersten Eingang, der an die ersten Temperaturkoeffizienten-Bits TEMPCOA[1:0] gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an ein erstes Stromeinstellregister PDACA[7:0] gekoppelt ist, und einen Ausgang auf. In einer Ausführungsform bieten die ersten Temperaturkoeffizienten-Bits TEMPCOA[1:0] eine Auswahl von vier verschiedenen Temperaturkoeffizienten, die ausgewählt werden können, und das erste Stromeinstellregister PDACA[7:0], das zum Wert des Stroms in der ersten LED beiträgt. Der erste LED-Verstärker 310 weist einen oberen Versorgungsspannungseingang, der an den Vor-LDO-Ausgangs-Pin PLDO gekoppelt ist, einen nichtinvertierenden Eingang, der an den Ausgang des ersten LED-DAC 308 gekoppelt ist, einen invertierenden Eingang, der an den Stromabtast-Pin CSA der ersten LED gekoppelt ist, einen Freigabeeingang und einen Ausgang auf. Der erste LED-NFET M3a weist einen Drain, der an einen ersten LED-Stromsenken-Pin DINA gekoppelt ist, eine Source, die an den Stromabtast-Pin CSA der ersten LED gekoppelt ist, und ein Gate, das an den Ausgang des ersten LED-Verstärkers 310 gekoppelt ist, auf.
Der zweite LED-Treiber 306 enthält einen zweiten LED-DAC 312, einen zweiten LED-Verstärker 314 und einen zweiten LED-NFET M3b. Der zweite LED-DAC 312 weist einen ersten Eingang, der an die zweiten Temperaturkoeffizienten-Bits TEMPCOB[1:0] gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an ein zweites Stromeinstellregister PDACB[7:0] gekoppelt ist, das abermals zum Wert des Stroms in der zweiten LED beiträgt, und einen Ausgang auf. Der zweite LED-Verstärker 314 weist einen oberen Versorgungsspannungseingang, der an den Vor-LDO-Ausgangs-Pin PLDO gekoppelt ist, einen nichtinvertierenden Eingang, der an den Ausgang des zweiten LED-DAC 312 gekoppelt ist, einen invertierenden Eingang, der an den Stromabtast-Pin CSB der zweiten LED gekoppelt ist, einen Freigabeeingang und einen Ausgang auf. Der zweite LED-NFET M3b weist einen Drain, der an den zweiten LED-Stromsenken-Pin DINB gekoppelt ist, eine Source, die an den Stromabtast-Pin CSB der zweiten LED gekoppelt ist, und ein Gate, das an den Ausgang des zweiten LED-Verstärkers 314 gekoppelt ist, auf.
Der Betrieb des ersten LED-Treibers 304 und des zweiten LED-Treibers 306 ist durch die Wirkung eines LED-UND-Gatters 316, eines ersten LED-ODER-Gatters 318, eines zweiten LED-ODER-Gatters 320 und einer Universal-E/A-Logik 322 gesteuert. Die Universal-E/A-Logik 322 weist einen ersten Eingang, der an den Universal-E/A-Pin GPIO gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an das Universal-E/A-Register GPIO[0:2] gekoppelt ist, einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang auf. Das LED-LTND-Gatter 316 weist einen ersten Eingang, der an das LED-Freigabe-Pin LEDEN gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an das LED-Pin-Freigabebit LEDPIN_EN gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an einen LED-Schalter S3 gekoppelt ist, auf. Das erste LED-ODER-Gatter 318 weist einen ersten Eingang, der an den ersten Ausgang der Universal-E/A-Logik 322 gekoppelt ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang, der an den Freigabeeingang des ersten LED-Verstärkers 310 gekoppelt ist, auf. Das zweite LED-ODER-Gatter 320 weist einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang, der an den zweiten Ausgang der Universal-E/A-Logik 322 gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an den Freigabeeingang des zweiten LED-Verstärkers 314 gekoppelt ist, auf. Der Ausgang des LED-UND-Gatters 316 kann abhängig vom Wert eines LED-Auswahlbits LEDSEL selektiv entweder an den zweiten Eingang des ersten LED-OR-Gatters 318 oder an den ersten Eingang des zweiten LED-OR-Gatters 320 gekoppelt sein.
Wenn sowohl der erste LED-Treiber 304 als auch der zweite LED-Treiber 306 in einer spezifischen Anwendung verwendet werden, ist eine angeschlossene LED im Allgemeinen eine blaue LED, während die andere im Allgemeinen eine Infrarot-LED ist. Eine erste LED 324a weist eine Katode, die an den ersten LED-Stromsenken-Pin DINA gekoppelt ist, und eine Anode, die an eine erste LED-Spannungsquelle 326a und an einen ersten Anschluss eines ersten LED-Kondensators C3a gekoppelt ist, auf. Ein zweiter Anschluss des ersten LED-Kondensators C3a ist an den Leistungs-Masse-Pin PGND. Ein erster LED-Stromabtastwiderstand Rcsa ist zwischen den Stromabtast-Pin CSA der ersten LED und den Leistungs-Masse-Pin PGND gekoppelt. Eine zweite LED 324b weist eine Katode, die an einen zweiten LED-Stromsenken-Pin DINB gekoppelt ist, und eine Anode, die an eine zweite LED-Spannungsquelle 326b und an einen ersten Anschluss eines zweiten LED-Kondensators C3b gekoppelt ist, auf. Ein zweiter Anschluss des zweiten LED-Kondensators C3b ist an den Leistungs-Masse-Pin PGND gekoppelt. Ein zweiter LED-Widerstand Rcsb ist zwischen den Stromabtast-Pin CSB der zweiten LED und dem Leistungs-Masse-Pin PGND gekoppelt. Die Leistung, die verwendet wird, um die erste LED-Spannungsquelle 326a und die zweite LED-Spannungsquelle 326b bereitzustellen, hängt vom Typ der verwendeten LED ab. Bei einer Infrarot-LED ist die LED-Spannungsquelle 326x durch einen dritten LED-Widerstand Rir an die Batterie gekoppelt, während bei einer blauen LED die LED-Spannungsquelle 326x an den LED-LDO-Pin LEDLDO gekoppelt ist. In einer Ausführungsform weist der dritte LED-Widerstand Rir einen Widerstand von 1 kS2 auf, wobei sowohl der erste LED-Kondensator C3a als auch der zweite LED-Kondensator C3b eine Kapazität von 100 µF aufweisen.
Der erste LED-Treiber 304 und der zweite LED-Treiber 306 sind stromgeregelt, temperaturkompensiert und mit einem 8-Bit-DAC einstellbar. Wenn ein LED-Treiber freigegeben ist, wird die Spannung am jeweiligen Stromabtast-Pin CSx unter Verwendung der Werte, die einem jeweiligen LED-DAC 308, 312 bereitgestellt sind, und des Widerstands im jeweiligen Stromabtastwiderstand Rcsx geregelt. Der erste LED-Treiber 304 und der zweite LED-Treiber 306 werden unter Verwendung des LED-Freigabe-Pins LEDEN und des LED-Freigabebits LEDPIN_EN separat freigegeben. Sowohl der Pin als auch das Bit müssen hoch sein, damit der ausgewählte LED-Treiber arbeitet. Die LED-Auswahl-Bits LEDSEL können verwendet werden, um den Treiber zu bestimmen, mit dem das Signal am LED-Freigabe-Pin LEDEN verbunden ist. Der Universal-E/A-Pin GPIO kann verwendet werden, um die beiden LED-Treiber freizugeben.
Der LED-Treiber ist außerdem temperaturkompensiert, um die mit steigender Temperatur verringerte LED-Intensität zu berücksichtigen. Es sind Temperaturkompensationseinstellungen verfügbar, um verschiedene IR- und blaue LEDs zu unterstützen. Die Temperaturkompensation ist durch das Variieren der Spannung am LED-Stromabtast-Pin CSA mit der Temperatur implementiert, folglich hängt die Temperaturkompensation außerdem von dem jeweiligen LED-Widerstand Rcsx ab. Die LED-LDO-Reguliererschaltung 302 klemmt die Spannung vom Erhöhungs-Pin VBST fest, blockiert den Rückstrom mit der integrierten LED-Diode D3 und ist strombegrenzt, um einen Einschaltstromstoß zu verhindern, der durch das Laden des LED-Kondensators C3x verursacht wird, der in einer Ausführungsform 100 µF beträgt.
In 4 stellt eine CO-Verstärkerschaltung 400 dar, die als die CO-Verstärkerschaltung 110 verwendet werden kann. Ein CO-Transimpedanzverstärker 402 weist einen oberen Versorgungsspannungseingang, der an den Ausgang des internen LDO-Regulierers 130 gekoppelt ist, einen CO-Verstärker-Freigabeeingang, der an ein CO-Verstärker-Freigabebit COAMP_EN gekoppelt ist, einen invertierenden CO-Eingang, der durch einen CO-Eingangswiderstand R4a an den negativen CO-Anschluss-Pin CON gekoppelt ist, einen nichtinvertierenden CO-Eingang und einen CO-Ausgang, der durch einen CO-Ausgangswiderstand R4b an den CO-Ausgangs-Pin COO gekoppelt ist, auf. Der CO-Ausgangs-Pin COO ist an einen dritten Eingang der analogen Multiplexerschaltung 136 gekoppelt. Der CO-Ausgangswiderstand R4b ist mit einem CO-Ausgangsschalter S4a parallelgeschaltet, um zu ermöglichen, dass der CO-Ausgangswiderstand R4b überbrückt wird. Außerdem sind ein CO-Gewinnwiderstand R4c, der ein variabler Widerstand ist, ein CO-Rückkopplungsschalter S4b und ein erster CO-Eingangsschalter S4c zwischen dem CO-Ausgang und dem negativen CO-Anschluss-Pin CON in Reihe geschaltet, wobei ein erster CO-Knoten N4a zwischen dem CO-Rückkopplungsschalter S4b und dem ersten CO-Eingangsschalter S4c an einen zweiten CO-Knoten N4b zwischen dem invertierenden CO-Eingang und dem CO-Eingangswiderstand R4a gekoppelt ist. Der nichtinvertierende CO-Eingang ist an einen ersten Anschluss eines zweiten CO-Eingangsschalters S4d gekoppelt. Der zweite Anschluss des zweiten CO-Eingangsschalters S4d kann selektiv entweder an den positiven CO-Anschluss-Pin COP oder an einen ersten Anschluss einer CO-Spannungsquelle VS4 gekoppelt sein, wobei der zweite Anschluss der CO-Spannungsquelle VS4 an die Masseebene gekoppelt ist.
In einer Ausführungsform ist der positive CO-Anschluss-Pin COP an eine (nicht spezifisch gezeigte) Referenzspannung von 300 mV gekoppelt. In einer Ausführungsform enthält die CO-Verstärkerschaltung 400 außerdem eine CO-Verbindbarkeits-Testschaltung, die ein erstes CO-UND-Gatter 404 und ein zweites CO-UND-Gatter 406 enthält. Das erste CO UND-Gatter 404 weist einen ersten Eingang, der angeschlossen ist, um ein CO-Testausgangsrichtungs-Bit COTEST_DIR zu empfangen, einen zweiten Eingang, der angeschlossen ist, um ein CO-Test-Freigabebit COTEST_EN zu empfangen, und einen Ausgang, der angeschlossen ist, um einen ersten CO-Testschalter S4e zu steuern, auf. Das zweite CO-UND-Gatter 406 weist einen ersten Eingang, der angeschlossen ist, um das CO-Test-Freigabebit COTEST_EN zu empfangen, einen zweiten Eingang, der angeschlossen ist, um das CO-Testausgangsrichtungs-Bit COTEST_DIR durch einen CO-Inverter 408 zu empfangen, und einen Ausgang, der angeschlossen ist, um einen zweiten CO-Testschalter S4f zu steuern, auf. Der erste CO-Testschalter S4e und der zweite CO-Testschalter S4f sind zwischen dem internen LDO-Regulierer 130 und der Masseebene in Reihe geschaltet. Ein Knoten zwischen dem ersten CO-Testschalter S4e und dem zweiten CO-Testschalter S4f ist an den Photo-Referenz-Pin PREF, an die photoelektrische Verstärkerschaltung 200 und durch einen internen CO-Widerstand R4d, der in einer Ausführungsform einen Widerstand von 200 kΩ aufweist, an den internen LDO-Regulierer 130 gekoppelt.
Wie in 4 gezeigt ist, ist ein elektrochemischer CO-Sensor 410 zwischen den negativen CO-Anschluss-Pin CON und die Masseebene gekoppelt. Ein erster externer CO-Widerstand R4e ist mit dem elektrochemischen CO-Sensor 410 parallelgeschaltet, um zu verhindern, dass sich eine Ladung zwischen den Anschlüssen des Sensors ansammelt. Der negative CO-Anschluss-Pin CON ist außerdem durch eine CO-Diode D4 und einen zweiten externen CO-Widerstand R4f an die Masseebene gekoppelt. Ein erster CO-Kondensator C4a ist zwischen den CO-Ausgangs-Pin COO und die Masseebene gekoppelt, wobei in einer Ausführungsform der positive CO-Anschluss-Pin COP an die Masseebene gekoppelt ist. Der Photo-Referenz-Pin PREF kann in wenigstens zwei verschiedenen Konfigurationen angeschlossen sein. In einer Ausführungsform ist der Photo-Referenz-Pin PREF an einen ersten Anschluss eines zweiten CO-Kondensators C4b gekoppelt, während ein zweiter Anschluss des zweiten CO-Kondensators C4b an einen Knoten zwischen der CO-Diode D4 und dem zweiten externen CO-Widerstand R4f gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist der Photo-Referenz-Pin PREF an einen Drain eines CO-NFET M4 gekoppelt, während die Source des CO-NFET M4 an die Masseebene gekoppelt ist. Ein Gate des CO-NFET M4 ist so angeschlossen, dass es durch den MCU-Chip 102 durch einen Universal-E/A-Pin GPIO an dem MCU-Chip gesteuert wird. Der interne LDO-Kondensator-Pin ist außerdem durch einen dritten externen Widerstand R4g an den Drain des CO-NFET M4 gekoppelt.
Wie in der CO-Verstärkerschaltung 400 zu sehen ist, ist der CO-Transimpedanzverstärker 402 ein Operationsverstärker mit geringer Leistung und geringem Offset mit konfigurierbarem Eingangs-, Gewinn- und Ausgangswiderständen. Jeder des CO-Eingangswiderstands R4a, des CO-Ausgangswiderstands R4b und des CO-Gewinnwiderstands R4c kann unter Verwendung eines entsprechenden Bits der COSW-Registerbits überbrückt werden, falls die Verwendung externer Widerstände gewünscht ist. Der CO-Eingangswiderstand R4a begrenzt den Verstärkerstrom während eines CO-Sensor-Verbindbarkeitstests. Der CO-Gewinnwiderstand R4c verstärkt das CO-Sensorsignal. Der CO-Gewinnwiderstand R4c kann durch Ändern der CO-Gewinnregisterbits COGAIN eingestellt werden, wobei der CO-Ausgangswiderstand R4b verwendet werden kann, um das CO-Verstärkerausgangssignal zu filtern. Während des Betriebs des elektrochemischen CO-Sensors 410 empfängt der CO-Transimpedanzverstärker 402 Mikroampere Sensorstrom vom elektrochemischen CO-Sensor 410 und wird der Sensorstrom in eine Spannung umgesetzt, die durch den ADC 158 auf dem MCU-Chip 102 durch den analogen MUX-Pin AMUX gelesen werden kann, um die Konzentration von CO-Gas in der den Sensor umgebenden Luft zu bestimmen.
5 stellt eine Ionisationsverstärkerschaltung 500 dar, die als die Ionisationsverstärkerschaltung 118 in der Rauchdetektionsvorrichtung 100 verwendet werden kann. Ein Ioneneingangsverstärker 502 weist einen invertierenden Ioneneingabe-Eingang, der an das Ionenschutz-Pin IONG1 gekoppelt ist, einen nichtinvertierenden Ioneneingabe-Eingang, der durch ein Tiefpassfilter 504, das in einer Ausführungsform ein 3,2-kHz-Filter ist, an den Ioneneingangs-Pin IONIN gekoppelt ist, und einen Ioneneingabe-Ausgang, der an einen ersten Anschluss eines ersten Ionenwiderstands R5a gekoppelt ist, auf. Ein zweiter Anschluss des ersten Ionenwiderstands R5a ist an den invertierenden Ioneneingabe-Eingang gekoppelt und ist ferner an einen ersten Ionenschalter S5a und einen zweiten Ionenschalter S5b gekoppelt; sowohl der erste Ionenschalter S5a als auch der zweite Ionenschalter S5b sind angeschlossen, um durch ein Ionengewinn-Einstellbit IGAIN_SET gesteuert zu werden. Der erste Ionenschalter S5a koppelt den Ioneneingabe-Ausgang durch einen zweiten Ionenwiderstand R5b, der in einer Ausführungsform einen Widerstand von 1 MΩ aufweist, an einen invertierenden Ionengewinn-Eingang eines Ionengewinn-Verstärkers 506. Der zweite Ionenschalter S5b koppelt den Ioneneingabe-Ausgang durch einen dritten Ionenwiderstand R5c, der in einer Ausführungsform einen Widerstand von 200 kΩ aufweist, an den invertierenden Ionengewinn-Eingang. Ein nichtinvertierender Ionengewinn-Eingang des Ionengewinn-Verstärkers 506 ist durch eine Ionenspannungsquelle VS5 unter Verwendung der Ionenreferenzspannungseinstellungen IREF[0:1] an die Masseebene gekoppelt, während ein Ionengewinn-Ausgang des Ionengewinn-Verstärkers 506 an einen vierten Eingang der analogen Multiplexerschaltung 136 gekoppelt ist, um ein Ionenausgangssignal AOUT_ION bereitzustellen. Der Ionengewinn-Ausgang ist außerdem an jeden einer Reihe von Ionenrückkopplungsschaltern 508 gekoppelt, die es ermöglichen, dass der Rückkopplungswiderstand unter Verwendung eines Ionengewinn-Einstellregisters IGAIN[1:0] ausgewählt wird. In einer Ausführungsform ist ein erster Ionenrückkopplungsschalter an einen ersten Ionenrückkopplungswiderstand, der einen Widerstand von 160 kS2 aufweist, gekoppelt, ist ein zweiter Ionenrückkopplungsschalter an einen zweiten Ionenrückkopplungswiderstand, der einen Widerstand von 190 kΩ aufweist, gekoppelt, ist ein dritter Ionenrückkopplungsschalter an einen dritten Ionenrückkopplungswiderstand, der einen Widerstand von 220 kS2 aufweist, gekoppelt und ist ein vierter Ionenrückkopplungsschalter an einen vierten Ionenrückkopplungswiderstand, der einen Widerstand von 800 kΩ aufweist, gekoppelt. Der Ionengewinn-Verstärker 506 weist einen oberen Leistungsversorgungseingang auf, der an den internen LDO-Regulierer 130 gekoppelt ist.
Eine Ionen-LDO-Reguliererschaltung 510 weist eine obere Versorgungsspannung auf, die an den Erhöhungs-Pin VBST gekoppelt ist, wobei die Ionen-LDO-Reguliererschaltung 510 ferner angeschlossen ist, um ein Ionen-LDO-Freigabebit ILDO_EN und eine Ionen-LDO-Einstellung ILDO[0:3] zu empfangen. In einer Ausführungsform sind die Ionen-LDO-Reguliererschaltung 510 und die LED-LDO-Reguliererschaltung 302 dieselbe Schaltung. Die Ionen-LDO-Reguliererschaltung 510 ist durch eine erste Ionendiode D5a an den Ionen-LDO-Ausgangs-Pin IONLDO gekoppelt, wobei sich ein erster Ionenknoten N5a zwischen der ersten Ionendiode D5a und dem Ionen-LDO-Ausgangs-Pin IONLDO befindet. Ein erster Ionen-LDO-Widerstand R5d und ein zweiter Ionen-LDO-Widerstand R5e sind mit einem Ionen-NFET M5a zwischen dem ersten Ionenknoten N5a und der Masseebene in Reihe geschaltet, wobei ein Gate des Ionen-NFET M5a angeschlossen ist, um das Ionen-LDO-Freigabebit ILDO_EN zu empfangen. Die Ionen-LDO-Reguliererschaltung 510 ist außerdem an einen zweiten Ionenknoten N5b gekoppelt, der sich zwischen dem ersten Ionen-LDO-Widerstand R5d und dem zweiten Ionen-LDO-Widerstand RSe befindet.
Wie in der Ionisationsverstärkerschaltung 500 gezeigt ist, weist eine Ionisationskammer 512 eine obere Versorgungsspannung, die durch eine zweite Ionendiode D5b und einen sechsten Ionenwiderstand R5f an den Ionen-LDO-Ausgangs-Pin IONLDO gekoppelt ist, und eine Ionenmittelelektrode, die an den Ioneneingangs-Pin IONIN gekoppelt ist, auf. Ein Schutzring in der Ionisationskammer 512 ist an den Ionenschutz-Pin IONG1 gekoppelt. Ein erster Ionenkondensator C5a weist einen ersten Anschluss auf, der zwischen den Ionen-LDO-Ausgangs-Pin IONLDO und die zweite Ionendiode D5b gekoppelt ist, während ein zweiter Ionenkondensator C5b einen ersten Anschluss aufweist, der zwischen die zweite Ionendiode D5b und den sechsten Ionenwiderstand R5f gekoppelt ist. Die zweite Ionendiode D5b und der sechste Ionenwiderstand R5f sind ferner mit dem siebenten Ionenwiderstand R5g und dem NPN-Transistor M5b zwischen dem Ionen-LDO-Ausgangs-Pin IONLDO und der Masseebene in Reihe geschaltet; ein dritter Ionenkondensator C5c weist einen ersten Anschluss auf, der zwischen den sechsten Ionenwiderstand R5f und den siebenten Ionenwiderstand R5g gekoppelt ist. Der erste Ionenkondensator C5a, der zweite Ionenkondensator C5b und der dritte Ionenkondensator C5c weisen jeweils einen zweiten Anschluss auf, der an die Masseebene gekoppelt ist.
Durch die zugeordneten Pins stellt die Ionisationsverstärkerschaltung 500 der Ionisationskammer 512 sowohl eine Vorspannung als auch die Fähigkeit bereit, das Ausgangssignal der Ionisationskammer 512 zu puffern. In einer Ausführungsform weist die Ionen-LDO-Reguliererschaltung 510 sechs Einstellungen auf: 7,5 V, 8,0 V, 8,5 V, 9,0 V, 9,5 V und 10 V. Diese Einstellungen stellen die Vorspannung für die Ionisationskammer 512 und die Leistung für den Ioneneingangsverstärker 502 bereit. Der Ioneneingangsverstärker 502 ist mit dem Ausgang der Ionisationskammer 512 verbunden, um die Ausgangsspannung zu puffern und den Ausgang gegen Leckströme abzuschirmen. Der Ioneneingangsverstärker 502 ist ein Operationsverstärker, der für einen Verstärkungsfaktor eins konfiguriert ist und für geringe Kriechverluste und niedrige Leistung optimiert ist. Der Ioneneingangsverstärker 502 ist nicht entworfen, um irgendeine Last mit Ausnahme des Ionengewinn-Verstärkers 506 anzusteuern. Ein Tiefpassfilter 504 ist bereitgestellt, um eine elektromagnetische Störung (EMI) zu filtern.
Der Ionengewinn-Verstärker 506 invertiert und verschiebt das Ausgangssignal. Der Ioneneingangsverstärker 502 stellt ein Ausgangssignal bereit, das sich zwischen 1 V und 5 V befindet, was für die meisten Mikrocontroller zu hoch ist. Der Ionengewinn-Verstärker 506 verschiebt diesen Bereich der Ausgangsspannungen nach unten auf einen Wert zwischen etwa 0 V und etwa 2,2 V. Intern ist der Ionengewinn-Verstärker 506 ein Operationsverstärker, der konfiguriert ist, das Signal unter Verwendung einer programmierbaren Referenz mit einem programmierbaren Verstärkungsfaktor zu invertieren. Die vier Referenzspannungen sind 0,71 V, 1,1 V, 2,08 V und 2,2 V, während die sieben Verstärkungsfaktoren 0,16×, 0,19×, 0,22×, 0,8×, 0,95×, 1,1× und 4× sind und mit dem Ionengewinn-Einstellbit IGAIN_SET und dem Ionengewinn-Einstellregister IGAIN[1:0] programmierbar sind. Die große Bandbreite des Ionengewinn-Verstärkers 506 ermöglicht es, dass dieser Verstärker periodisch für eine kurze Zeitdauer freigegeben ist, um das Ionenkammersignal unter Verwendung eines externen ADC zu erfassen. Der Ioneneingangsverstärker 502 muss mit Leistung versorgt und freigegeben werden, damit der Ionengewinn-Verstärker 506 richtig funktioniert.
6 stellt eine analoge Multiplexerschaltung 600 dar, die als die analoge Multiplexerschaltung 136 verwendet werden kann. Die analoge Multiplexerschaltung 600 enthält einen analogen Multiplexer (MUX) 602, einen MUX-Verstärker 604, ein MUX-UND-Gatter 606 und einen MUX-Überbrückungsschalter S6. Wie in der analogen Multiplexer-Schaltung 600 gezeigt ist, ist der analoge Multiplexer 602 angeschlossen, um vier Signaleingaben zu empfangen, obwohl es entweder mehr oder weniger Signaleingaben sein können. Die Signaleingaben in den analogen Multiplexer 602 sind gekoppelt an:

• das Ionenausgangssignal AOUT_ION;
• den CO-Ausgangs-Pin COO;
• den Photodiodenausgangs-Pin PDO; und
• den Ausgang AOUT_PH des Photogewinn-Verstärkers 206.

Zusätzlich zu den Signaleingaben weist der analoge Multiplexer 602 einen Eingang, der angeschlossen ist, um die analogen MUX-Auswahlbits AMUX_SEL(1:0) zu empfangen, und einen Ausgang auf. Das MUX-UND-Gatter 606 weist einen ersten Eingang, der angeschlossen ist, um ein Inverses eines MUX-Überbrückungs-Bits AMUX_BYP zu empfangen, einen zweiten Eingang, der angeschlossen ist, um die MUX-Auswahlbits (1:0) zu empfangen, und einen Ausgang auf. Der variable MUX-Verstärker 604 weist einen ersten Eingang, der an den Ausgang des analogen Multiplexers 602 gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an den Ausgang des MUX-UND-Gatters 606 gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an den analogen MUX-Pin AMUX gekoppelt ist, auf. Ein MUX-Schalter S6 ist mit dem variablen MUX-Verstärker 604 zwischen dem Ausgang des analogen Multiplexers 602 und dem analogen MUX-Pin AMUX parallelgeschaltet, um eine Überbrückung des variablen MUX-Verstärkers 604 bereitzustellen. Der MUX-Schalter S6 ist angeschlossen, so dass er durch das MUX-Überbrückungs-Bit AMUX_BYP gesteuert ist. Wenn ein MUX-Kondensator C6 in eine Rauchdetektionsvorrichtung gekoppelt ist, ist er an den analogen MUX-Pin AMUX gekoppelt, während ein MUX-Widerstand R6, wenn in eine Rauchdetektionsvorrichtung gekoppelt ist, zwischen den analogen MUX-Pin AMUX und den ADC 158 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform weist der Widerstand R6 einen Widerstand von 4,7 kΩ auf und weist der Kondensator C6 eine Kapazität von 330 pF auf.
Die analoge Multiplexer-Schaltung 600 wird verwendet, um die verschiedenen Verstärkerausgänge mit einem ADC 158 auf dem MCU-Chip 102 zu verbinden. Der MUX-Verstärker 604 weist einen Verstärkungsfaktor eins auf und verbessert die Ansteuerungsstärke und die Wiedergabetreue der analogen Signale, wenn er mit einem ADC, z. B. dem ADC 158, verbunden ist, wobei der MUX-Widerstand R6 hochfrequentes Rauschen im analogen Signal filtert. Der variable MUX-Verstärker 604 kann überbrückt werden, um den hinzugefügten Offset zu entfernen, der durch den Verstärker mit Verstärkungsfaktor eins eingeführt wird.
7 stellt die Leistungsreguliererschaltungen 700 dar, die verwendet werden, um jeden der Spannungspegel bereitzustellen, die durch die Schaltungen in dem SoC 108, durch den angeschlossenen MCU-Chip 102 und durch die angeschlossenen externen Sensoren und Alarmmechanismen verwendet werden. Die Leistungsregerschaltungen 700 enthalten einen DC/DC-Erhöhungsumsetzer 702, einen Vor-LDO-Regulierer 704, einen internen LDO-Regulierer 706 und einen MCU-LDO-Regulierer 708. Der DC/DC-Erhöhungsumsetzer 702 weist einen oberen Leistungsversorgungseingang, einen Eingang, der an einen Erhöhungseingangs-Pin VLX gekoppelt ist, einen Ausgang, der an einen Erhöhungs-Pin VBST gekoppelt ist, auf und kann aktiv sein, wenn das SoC 108 von einer Niederspannungsbatterie, z. B. der Niederspannungsbatterie 156, betrieben wird. Der Vor-LDO-Regulierer 704 weist einen Eingang, der an einen Vor-LDO-Eingangs-Pin VCC gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an einen Vor-LDO-Ausgangs-Pin PLDO und an den oberen Leistungsversorgungseingang des DC/DC-Erhöhungsumsetzers 702 gekoppelt ist, auf. Der interne LDO-Regulierer 706 weist oberen Leistungsversorgungseingang, der an den Ausgang des Vor-LDO-Regulierers 704 gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an einen internen LDO-Ausgangs-Pin VINT gekoppelt ist, auf. Der MCU-LDO-Regulierer 708 weist einen oberen Leistungsversorgungseingang, der an den Ausgang des Vor-LDO-Regulierers 704 gekoppelt ist, einen Ausgang, der an einen MCU-LDO-Ausgangs-Pin VMCU gekoppelt ist, einen ersten MCU-LDO-Eingang, der an ein MCU-Freigabebit MCUENA gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an ein MCU-Spannungseinstellbit VMCUSET gekoppelt ist, und einen dritten Eingang, der an einen MCU-Spannungsauswahl-Pin MCUSEL gekoppelt ist, auf.
Wenn sie in eine Rauchdetektionsvorrichtung gekoppelt sind, kann eine Anzahl verschiedener Leistungsversorgungskonfigurationen verwendet werden, wobei sie alle eine Leiterbahn T1 auf der (nicht spezifisch gezeigten) Leiterplatte gemeinsam benutzen; die Leiterbahn T1 koppelt den Erhöhungs-Pin VBST an den Vor-LDO-Eingangs-Pin VCC. In 1 ist eine erste Konfiguration gezeigt, bei der ein AC/DC-Umsetzer 154 an die Leiterbahn T1 gekoppelt ist, um die Betriebsleistung bereitzustellen, wobei eine Niederspannungsbatterie 156 an den Erhöhungseingangs-Pin VLX gekoppelt ist, um die Sicherungsleistung bereitzustellen. Eine erste Diode D1a verhindert, dass eine hohe Spannung am Erhöhungs-Pin VBST zu dem Erhöhungseingangs-Pin VLX weitergeht, wobei aber, wenn die Netzleistung verloren wird, die erste Diode D1a sicherstellt, dass Leistung für den Pre-LDO-Regulierer 128 verfügbar ist, ob der DC/DC-Erhöhungsumsetzer 126 aktiv ist oder nicht. Eine zweite Diode D1b ist zwischen den AC/DC-Umsetzer 154 und die Leiterbahn T1 gekoppelt. In einer zweiten Konfiguration wird die Rauchdetektionsvorrichtung 100 ohne einen AC/DC-Umsetzer nur von der Niederspannungsbatterie 156 betrieben, die an den Erhöhungseingangs-Pin VLX gekoppelt ist. Beim Start stellt die Diode D1a dem Vor-LDO-Regulierer 128 die anfängliche Leistung, bis der DC/DC-Erhöhungsumsetzer 126 aktiv wird. 7 stellt eine dritte Konfiguration dar, in der eine Hochspannungsbatterie 710, z. B. 8-12 V, direkt an die Leiterbahn T1 gekoppelt ist und der Erhöhungseingangs-Pin VLX abgekoppelt gelassen ist. Der DC/DC-Erhöhungsumsetzer 702 wird in dieser Konfiguration nicht aktiv, da er die Hochspannung am Erhöhungs-Pin VBST erkennt. Eine (nicht spezifisch gezeigte) vierte Konfiguration wird in einer kommerziellen Rauchdetektionsvorrichtung verwendet, die eine SLC verwendet. In dieser Konfiguration ist eine Leistungsleitung VLINE von einer BMZ sowohl an die Leiterbahn T1 als auch an die Kommunikationsschaltungen, die hinsichtlich 10 erörtert werden, gekoppelt.
Wenn die Leistungsreguliererschaltungen 700 mit einer höheren Spannung arbeiten, die an die Leiterbahn T1 gekoppelt ist, wie z. B. einem AC/DC-Umsetzer 154 oder einer Hochspannungsbatterie 710, detektiert der DC/DC-Erhöhungsumsetzer 702, dass die Spannung am Erhöhungs-Pin VBST größer als eine programmierte Ausgangsspannung Vpgm ist, wobei er nicht versucht, Leistung von einer Reserverbatterie zu ziehen, falls eine vorhanden ist. Der Vor-LDO-Regulierer 704 ist entworfen, Spannungen so hoch wie 15 V zu empfangen, eine auf etwa 4-5 V geregelte Spannung auszugeben und die geregelte Spannung dem internen LDO-Regulierer 706, dem DC/DC-Erhöhungsumsetzer 702 und dem MCU-LDO-Regulierer 708 bereitzustellen. Die Schaltungen, die eine höhere Spannung benötigen, können an den Erhöhungs-Pin VBST gekoppelt sein, wo die höhere Spannung verfügbar ist.
Wenn die Leistungsreguliererschaltungen 700 von einer Niederspannungsbatterie betrieben werden, entweder als eine alleinige Stromquelle oder wenn die Netzleistung verloren wird und die Sicherungsbatterie aktiv wird, empfängt der DC/DC-Erhöhungsumsetzer 702 eine Eingangsspannung von einer Niederspannungsbatterie, z. B. 156, die durch die Induktivität L an den Erhöhungseingangs-Pin VLX gekoppelt ist und eine erhöhte Ausgangsspannung am Erhöhungs-Pin VBST bereitstellt. Der DC/DC-Erhöhungsumsetzer 702 überwacht die Spannung am Erhöhungs-Pin VBST und schaltet nur bei Bedarf, um eine programmierte Ausgangsspannung Vpgm am Erhöhungs-Pin VBST aufrechtzuerhalten. Falls die programmierte Ausgangsspannung Vpgm nicht benötigt wird, kann der DC/DC-Erhöhungsumsetzer 702 durch den MCU-Chip 102 unter Verwendung der seriellen MCU-Kommunikationsschaltung 142 und eines entsprechenden Registers in der digitalen Kernschaltung 138 deaktiviert werden.
Der interne LDO-Regulierer 706 empfängt Leistung vom Vor-LDO-Regulierer 704 und regelt ferner die Spannung, die dann verschiedenen analogen Schaltungen und dem digitalen Kern bereitgestellt wird. Der MCU-LDO-Regulierer 708 stellt einer angeschlossenen MCU, wie z. B. dem MCU-Chip 102, Leistung auf einem Soll-Spannungspegel bereit. Anfangs ist die dem MCU-Chip 102 bereitgestellte Spannung durch eine Spannung am MCU-Spannungsauswahl-Pin MCUSEL bestimmt. In einer Ausführungsform kann der MCU-Spannungsauswahl-Pin MCUSEL an irgendeines des Folgenden gekoppelt sein: a) die Masse, b) schwebend gelassen, c) den internen LDO-Ausgangs-Pin VINT und d) über einen 620-Ω-Widerstand die Masse, wobei jede mögliche Verbindung mit einer am MCU-LDO-Ausgangs-Pin VMCU bereitgestellten Anfangsspannung korreliert. Sobald der MCU-Chip 102 arbeitet, kann der MCU-Chip 102 unter Verwendung des MCU-Spannungseinstellbits VMCUSET eine andere Spannung programmieren, die durch den MCU-LDO-Regulierer 708 bereitgestellt werden soll. Der Ausgang des MCU-LDO-Regulierers 708 kann außerdem den Verbindungs-E/A-Puffern 144 bereitgestellt werden.
Weil das SoC 108 dem MCU-Chip 102 Leistung bereitstellt, müssen sich die beiden IC-Chips für eine Niederleistungs- oder Schlafbetriebsart miteinander koordinieren. Der MCU-Chip 102 kann eine Anweisung an das SoC 108 senden, in die Schlafbetriebsart zu gehen, wobei sich dann der MCU-Chip 102 selbst in die Schlafbetriebsart versetzt. Das SoC 108 lässt einen Zeitgeber laufen, während die analogen Schaltungen und die anderen Schaltungen in die Niederleistungsbetriebsart versetzt sind. Nach einer festgelegten Zeitdauer, z. B. 2 Sekunden, wird das MCU-Freigabebit MCUENA verwendet, um den MCU-LDO-Regulierer 708 anzuweisen, Leistung bereitzustellen und den MCU-Chip 102 zu wecken. In dieser Weise kann sich die Rauchdetektionsvorrichtung 100 das meiste der Zeit in der Schlafbetriebsart befinden, jedoch alle paar Sekunden aufwachen, um die notwendigen Tests auszuführen, was eine ultraniedrige Leistungsverwendung bereitstellt und der Rauchdetektionsvorrichtung 100 die Fähigkeit gibt, zehn Jahre lang mit einer 3,6-V-Lithiumbatterie zu laufen.
8 stellt eine Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung 800 dar, die als der Verbindungs-E/A-Puffer 144 verwendet werden kann. Die Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung 800 weist einen oberen Leistungsversorgungseingang auf, der an den Ausgang des DC/DC-Erhöhungsumsetzers 702 gekoppelt ist und durch den Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU und den Verbindung-zum-Bus-Pin INT_UNIT eine serielle Zweiwege-Kommunikation zwischen dem MCU-Chip 102 und einem drahtgebundenen Verbindungsbus 802 bereitstellt. Ein erstes Verbindungs-UND-Gatter 804 weist einen ersten Eingang, der an ein Verbindungsfreigabebit INT_EN gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an ein Verbindungsrichtungsbit INT_DIR gekoppelt ist, einen dritten Eingang, der an den Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU gekoppelt ist, und einen Ausgang auf. Ein zweites Verbindungs-UND-Gatter 806 weist einen ersten Eingang, der an ein Inverses des Wertes am Verbindung-zum-MCU-Pin INT_MCU gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an das Verbindungsfreigabebit INT_EN gekoppelt ist, einen dritten Eingang, der an das Verbindungsrichtungsbit INT_DIR gekoppelt ist, und einen Ausgang auf. Eine erste Verbindungsstromquelle CS8a ist mit einer Verbindungsdiode D8 und einer zweiten Verbindungsstromquelle CS8b zwischen dem oberen Leistungsversorgungseingang für die Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung 800 und der Masseebene in Reihe geschaltet. Die erste Verbindungsstromquelle CS8a weist einen Eingang auf, der angeschlossen ist, um ein Freigabesignal vom Ausgang des ersten Verbindungs-UND-Gatters 804 zu empfangen, während die zweite Verbindungsstromquelle CS8b einen Eingang aufweist, der angeschlossen ist, um ein Freigabesignal vom Ausgang des zweiten Verbindungs-UND-Gatters 806 zu empfangen. In einer Ausführungsform kann die erste Verbindungsstromquelle CS8a durch einen Metall/Oxid/Silicium-Transistor (MOS-Transistor) oder einen Bipolartransistor ersetzt sein, der als ein Schalter wirkt. Ein Verbindungsknoten N8, der sich zwischen der Verbindungsdiode D8 und der zweiten Verbindungsstromquelle CS8b befindet, ist an den Verbindung-zum-Bus-Pin INT_UNIT gekoppelt. Ein erster Verbindungswiderstand R8a ist mit einem Verbindungs-NFET M8 zwischen dem Verbindung-zum-Bus-Pin INT UNIT und der Masseebene in Reihe geschaltet. Ein zweiter Verbindungswiderstand R8b ist zwischen den Verbindung-zum-Bus-Pin INT_UNIT und die Erdungsebene gekoppelt. Wenn der Verbindungs-NFET M8 eingeschaltet ist, zieht der erste Verbindungswiderstand R8a, der in einer Ausführungsform einen Widerstand von 100 kΩ aufweist, den Bus nach unten, um zu verhindern, dass ein Kriechverlust einen Fehlalarm verursacht. Der zweite Verbindungswiderstand R8b, der in einer Ausführungsform einen Widerstand von 35 MΩ aufweist, verhindert, dass der Verbindung-zum-Bus-Pin INT_UNIT schwebt.
Ein Hysteresekomparator 808 weist einen nichtinvertierenden Eingang, der an den Verbindungsknoten N8 gekoppelt ist, einen invertierenden Eingang, einen Freigabeeingang und einen Ausgang auf. Eine Verbindungsspannungsquelle VS8 ist zwischen den invertierenden Eingang des Hysteresekomparators 808 und die Masseebene gekoppelt. Die Verbindungsspannungsquelle VS8 stellt die Verbindungskomparator-Hysterese bereit und weist einen Eingang auf, der an ein Verbindungskomparator-Hysteresebit INT_HYS gekoppelt ist. In einer Ausführungsform verursacht ein Wert von null in dem Verbindungskomparator-Hysteresebit, dass der Hysteresekomparator 808 eine 1,1-V-Hysterese aufweist, während ein Wert von eins in dem Verbindungskomparator-Hysteresebit verursacht, dass der Hysteresekomparator 808 eine 0,1-V-Hysterese aufweist.
Eine digitale Entstörschaltung 810 weist einen ersten Eingang, der an den Ausgang des Hysteresekomparators 808 gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an die Verbindungsentstörbits INT_DEG gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an ein Bit in einem Statusregister STATUS 1 gekoppelt ist, auf. Die Verbindungsentstörbits INT_DEG ermöglichen es, dass die digitale Entstörschaltung 810 von 0 ms bis 20 ms programmiert wird. Ein Verbindungs-ODER-Gatter 812 weist einen ersten Eingang, der an den Ausgang der digitalen Entstörschaltung 810 gekoppelt ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang, der durch einen Verbindungsschalter S8 an den Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU gekoppelt ist, auf. Ein drittes Verbindungs-UND-Gatter 814 weist einen ersten Eingang, der an ein Unterbrechungssignal INTERRUPT gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an ein Statusunterbrechungsbit STATUS_INT gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an den zweiten Eingang eines Unterbrechungs-ODER-Gatters 812 gekoppelt ist, auf. Ein viertes Verbindungs-UND-Gatter 816 weist einen ersten Eingang, der an das Verbindungsfreigabebit INT_EN gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an das Verbindungsrichtungsbit INT_DIR gekoppelt ist, und einen invertierten Ausgang, der angeschlossen ist, um den Verbindungsschalter S8 zu steuern, auf. Ein fünftes Verbindungs-UND-Gatter 818 weist einen ersten Eingang, der an das Verbindungsfreigabebit INT_EN gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an ein Inverses des Verbindungsrichtungsbits INT_DIR gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an den Freigabeeingang des Hysteresekomparators 808 gekoppelt ist, auf.
Die Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung 800 ist in mit dem Versorgungsnetz verdrahteten Wohnungs-Rauchmeldersystemen aktiv, wo mehrere Rauchdetektionsvorrichtungen unter Verwendung des drahtgebundenen Verbindungsbusses 802 und eines entsprechenden Verbindung-zu-Bus-Pin INT_UNIT miteinander kommunizieren können. Diese Fähigkeit ermöglicht es allen Rauchdetektionsvorrichtungen in einer Wohnung, gleichzeitig einen Alarm auszulösen. Eine Verbindungs-Treiberschaltung, die ein erstes Verbindungs-UND-Gatter (804), ein zweites Verbindungs-UND-Gatter (806), eine erste Verbindungs-Stromquelle (CS8a) und eine zweite Verbindungs-Stromquelle (CS8b) enthält, zieht den Bus hoch, wenn Rauch detektiert wird, und tief, wenn der Rauch abgezogen ist. Der Treiber ist strombegrenzt, um Kurzschlussbedingungen zu bewältigen, und weist eine Diode D8 an dem Treiber der hohen Seite auf, um zu verhindern, dass der Bus die Spannung zum Erhöhungs-Pin VBST ansteuert. Der Hysteresekomparator 808 tastet ab, wenn der Bus hochgezogen ist, filtert das Signal mit der digitalen Entstörschaltung 810 und gibt das Ergebnis an den Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU und an das Statusregister STATUS 1 aus. Der Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU weist die zusätzliche Funktion auf, Statusunterbrechungssignale auszugeben. Das Statusunterbrechungsbit STATUS_INT ermöglicht, dass durch den Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU Unterbrechungssignale ausgegeben werden. Wenn jedoch die Verbindungs-Treiberschaltung freigegeben ist, ist der Unterbrechungssignalausgang getrennt, um zu ermöglichen, dass der Mikrocontroller den Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU ansteuert.
Zurückblickend auf 1 stellt die Wohnungs-Rauchdetektionsvorrichtung 100 eine Horntreiberschaltung 146 bereit, die verwendet werden kann, um ein piezoelektrisches Horn 148, das außerdem als ein Piezohorn bezeichnet wird, anzusteuern, die entweder zwei Anschlüsse oder drei Anschlüsse aufweist. Die Auswahl des Typs des durch das SoC 108 anzusteuernden Piezohorns wird unter Verwendung eines Hornauswahlbits HORN_SEL ausgeführt, das für zwei Anschlüsse auf null oder für drei Anschlüsse auf eins gesetzt sein kann. Ein Piezohorn mit drei Anschlüssen empfängt eine Rückkopplung von einer Rückkopplungselektrode am Piezohorn und kann unter Verwendung des Rückkopplungssignals in der Lautstärke optimiert werden. Im Gegensatz stützt sich ein Piezohorn mit zwei Anschlüssen für die Geschwindigkeit, mit der das Horn angesteuert wird, auf ein Signal vom MCU-Chip 102.
9A stellt eine Piezohorn-Treiberschaltung 900A dar, die für ein dreipoliges Piezohorn und ein angeschlossenes Piezohorn 902A konfiguriert ist. Die Piezohorn-Treiberschaltung 900A enthält eine Horntreiberlogik 904, die einen ersten Horntreibereingang, der an einen Hornrückkopplungs-Pin HORNFB gekoppelt ist, einen zweiten Horntreibereingang, der an die Hornschwellenwertbits HORN_THR gekoppelt ist, einen dritten Horntreibereingang, der an ein Hornblock-Freigabe-Pin HBEN gekoppelt ist, einen ersten Horntreiberausgang, der an den Horn-Silberanschluss-Pin HORNSL gekoppelt ist, und einen zweiten Horntreiberausgang, der an den Horn-Messinganschluss-Pin HORNBR gekoppelt ist, aufweist. Ein erster Hornverstärker 906 weist einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang, der an den Horn-Silberanschluss-Pin HORNSL gekoppelt ist, auf; ein zweiter Hornverstärker 908 weist einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang, der an den Horn-Messinganschluss-Pin HORNBR gekoppelt ist, auf. Ein erster Hornschalter S9a wird durch das Hornauswahlbit HORN_SEL gesetzt, um den ersten Eingang des ersten Hornverstärkers 906 an den ersten Ausgang der Horntreiberlogik 904 zu koppeln, während ein zweiter Hornschalter S9b durch das Hornauswahlbit HORN_SEL gesetzt wird, um den ersten Eingang des zweiten Hornverstärkers 908 an den zweiten Ausgang der Horntreiberlogik 904 zu koppeln. Ein erster Hornwiderstand R9a ist mit einem ersten Horn-NFET M9a zwischen dem Horn-Silberanschluss-Pin HORNSL und der Masseebene in Reihe geschaltet; während ein zweiter Hornwiderstand R9b mit einem zweiten Horn-NFET M9b zwischen dem Horn-Messinganschluss-Pin HORNBR und der Masseebene in Reihe geschaltet ist. Ein erstes Horn-UND-Gatter 910 weist einen ersten Eingang, der angeschlossen ist, um ein Hornfreigabebit HORN_EN zu empfangen, einen zweiten Eingang, der an den Hornblock-Freigabe-Pin HBEN gekoppelt ist, einen dritten Eingang, der an das Hornauswahlbit HORN_SEL gekoppelt ist, und einen Ausgang, der ein dreipoliges Freigabesignal bereitstellt, auf. Ein zweites Hom-UND-Gatter 912 weist einen ersten Eingang, der angeschlossen ist, um ein Inverses des Hornauswahlbits HORN_SELzu empfangen, einen zweiten Eingang, der an das Hornfreigabebit HORN_EN gekoppelt ist, und einen Ausgang, der ein zweipoliges Freigabesignal bereitstellt, auf. Ein Horn-ODER-Gatter 914 weist einen ersten Eingang, der an den Ausgang des ersten Hom-UND-Gatters 910 gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an den Ausgang des zweiten Hom-UND-Gatters 912 gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an den zweiten Eingang des ersten Hornverstärkers 906 und den zweiten Eingang des zweiten Hornverstärkers 908 als ein Treiberfreigabesignal gekoppelt ist, auf. Ein Inverter 916 weist einen Eingang, der an den Ausgang des Horn-ODER-Gatters 914 gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an das Gate des ersten Horn-NFET M9a und des zweiten Horn-NFET M9b gekoppelt ist, auf.
In der Betriebsart mit drei Anschlüssen sind der Silberanschluss und der Messinganschluss des Piezohorns 902A direkt an den Horn-Silberanschluss-Pin HORNSL bzw. dem Hom-Messinganschluss-Pin HORNBR gekoppelt. Ein dritter Hornwiderstand R9c ist mit einem vierten Hornwiderstand R9d zwischen dem Rückkopplungsanschluss des Piezohorns 902A und dem Hornrückkopplungs-Pin HORNFB in Reihe geschaltet. Ein fünfter Hornwiderstand R9e ist zwischen den Hornrückkopplungs-Pin HORNFB und die Masseebene gekoppelt; ein sechster Hornwiderstand R9f ist zwischen den Horn-Messinganschluss-Pin HORNBR und einen Hornknoten N9 gekoppelt, der zwischen dem dritten Hornwiderstand R9c und dem vierten Hornwiderstand R9d liegt; und ein Hornkondensator C9 ist zwischen den Hornknoten N9 und den Horn-Silberanschluss-Pin HORNSL gekoppelt.
Während des Betriebs ist die Piezohorn-Treiberschaltung 900A freigegeben, wobei sie beginnt zu schwingen, wenn das Hom-Freigaberegisterbit HORN_EN und der Hornblock-Freigabe-Pin HBEN hoch gesetzt sind. Der Wert des Widerstands, der mit dem Piezo-Rückkopplungsanschluss verbunden ist, kann eingestellt werden, um die Schwingungsfrequenz abzustimmen. Um diesen Widerstand auszuwählen, ist im Allgemeinen systematisches Ausprobieren erforderlich. Nachdem der Treiber eine Resonanzschwingung erreicht hat, kann der Arbeitszyklus der Ausgänge des Horn-Silberanschluss-Pins HORNSL und des Horn-Messinganschluss-Pins HORNBR unter Verwendung der Hornschwellenwertbits HORN_THR durch den MCU-Chip 102 eingestellt werden, um die Lautstärke zu maximieren.
9B stellt eine Piezohorn-Treiberschaltung 900B dar, die für ein Piezohorn mit zwei Anschlüssen und ein angeschlossenes Piezohorn 902B konfiguriert ist. Innerhalb der Piezohorn-Treiberschaltung 900B hat sich der Wert des Hornauswahlbits HORN_SEL geändert, so dass der erste Hornschalter S9a den ersten Eingang des ersten Hornverstärkers 906 an den Hornrückkopplungs-Pin HORNFB koppelt und der zweite Hornschalter S9b den ersten Eingang des zweiten Hornverstärkers 908 an den Hornblock-Freigabe-Pin HBEN koppelt. In dieser Konfiguration sind sowohl der Hornrückkopplungs-Pin HORNFB als auch der Hornblock-Freigabe-Pin HBEN durch die MCU, z. B. den MCU-Chip 102, gesteuert, was sicherstellt, dass der Ausgang des ersten Hornverstärkers 906 und der Ausgang des zweiten Hornverstärkers 908 direkt durch die Signale vom MCU-Chip 102 gesteuert sind. Außerhalb der Piezohorn-Treiberschaltung 900B erfordert das Piezohorn 902b nur, dass der Messinganschluss an den Horn-Messinganschluss-Pin HORNBR gekoppelt ist und dass der Silberanschluss durch eine Horninduktivität L9, die in einer Ausführungsform eine Induktivität von 1 mH aufweist, an den Horn-Silberanschluss-Pin HORNSL gekoppelt ist. Der MCU-Chip 102 sendet ein beliebiges pulsbreitenmoduliertes Signal (PWM-Signal), um die Ansteuerspannungen für das Piezohorn zu steuern. Das PWM-Signal kann eine Rechteckwelle mit der Schwingungsfrequenz, eine Sinuswelle mit der Schwingungsfrequenz oder eine beliebige Form für Sprachanwendungen sein. Die Horninduktivität L9 dient dazu, die Anstiegszeit und die Abfallzeit des Ausgangs zu verbessern und die Verlustleistung zu verringern.
Während Wohnungs-Rauchdetektionsvorrichtungen die Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung 800 für die Kommunikation zwischen den Vorrichtungen in derselben Wohnung verwenden und ein Piezohorn 902x und eine Piezohorn-Treiberschaltung 900x verwenden, um Alarm auszulösen, verwenden kommerzielle Rauchdetektionsvorrichtungen keines von diesen. Stattdessen stellt eine BMZ in einem kommerziellen Rauchdetektionssystem eine SLC für die Kommunikation mit allen Vorrichtungen in einer „Zone“ bereit. Die an die SLC gekoppelten Vorrichtungen können Rauchdetektionsvorrichtungen, Wärmedetektoren, Handfeuermelder, Warnsysteme/-glocken, Steuermodule, Relaismodule usw. enthalten.
Die SLC stellt die Leistung für alle Branddetektionsvorrichtungen, wie z. B. die Rauchdetektionsvorrichtung 100, die an den SLC gekoppelt sind, bereit. Die SLC überträgt außerdem Daten, die von der BMZ an die Branddetektionsvorrichtungen gesendet werden, z. B. Adressen- und Abrufinformationen, und die Daten, die von den Branddetektionsvorrichtungen an die BMZ gesendet werden, z. B. Adressen, Abrufbestätigungen, Alarm-, Überwachungs- und Störungssignale.
10 stellt eine Signalisierungsleitungsschaltung 1000 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar. Die gezeigte Auswahl externer Komponenten ist nur ein Beispiel, da andere Komponenten mit anderen spezifischen SLC-Protokollen verwendet werden können, die gemäß dem Anbieter variieren können. Die Signalisierungsleitungsschaltung 1000 ist in 1 nicht spezifisch gezeigt, weil die SLC keine völlig separate Schaltung mit dedizierten Pins ist, wie z. B. bei den Sensortreibern. Stattdessen ist die Signalisierungsleitungsschaltung 1000 mit anderen Schaltungen integriert und funktioniert den Hornrückkopplungs-Pin HORNFB, den Horn-Messinganschluss-Pin HORNBR, den Horn-Silberanschluss-Pin HORNSL, den Hornblock-Freigabe-Pin HBEN, den Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU und den Verbindung-zum-Bus-Pin INT_UNIT um. Die umfunktionierten Pins sind in der Signalisierungsleitungsschaltung 1000 umbenannt. Die Signalisierungsleitungsschaltung 1000 ist mit der Leistungsleitung VLINE verbunden, um Daten an den MCU-Chip 102 zu senden und vom MCU-Chip zu empfangen. Gleichzeitig ist die Leistungsleitung VLINE außerdem an die Leiterbahn T1 gekoppelt, um Leistung zu empfangen, obwohl dies nicht spezifisch gezeigt ist. Die SLC isoliert die Hochspannungsleitung vom MCU-Chip 102, schwächt das Risiko einer Beschädigung ab und verringert die Anzahl der externen Komponenten.
Die Signalisierungsleitungsschaltung 1000 enthält eine SLC-Empfangsschaltung 1002 und eine SLC-Sendeschaltung 1004. Die SLC-Empfangsschaltung 1002 enthält einen SLC-Komparator 1006, ein SLC-UND-Gatter 1008, ein SLC-ODER-Gatter 1010, eine Spannungsquelle VS 10, einen ersten SLC-Widerstand R10a, einen zweiten SLC-Widerstand R10b und einen SLC-Schalter S10. Der SLC-Komparator 1006 weist einen nichtinvertierenden Eingang, einen invertierenden Eingang, einen Ausgang, einen ersten Steuereingang, der an ein SLC-Empfängerkomparator-Hysteresebit SLCRX_HYS gekoppelt ist, und einen zweiten Steuereingang, der an die SLC-Empfänger-Entstörbits SLCRX_DEG gekoppelt ist, auf. Der nichtinvertierende Eingang des SLC-Komparators 1006 ist an einen SLC-Empfangs-Pin SLC_RX gekoppelt; der erste SLC-Widerstand R10a ist mit dem SLC-Schalter S 10 zwischen dem SLC-Empfangs-Pin SLC_RX und der Masseebene in Reihe geschaltet; und der zweite SLC-Widerstand R10b ist zwischen den SLC-Empfangs-Pin SLC_RX und die Masseebene gekoppelt. Der SLC-Schalter S10 ist durch ein SLC-Pulldown-Widerstands-Freigabebit SLCRX _PD gesteuert. Die Spannungsquelle VS 10 ist zwischen den invertierenden Eingang des SLC-Komparators 1006 und die Masseebene gekoppelt. Das SLC-LTND-Gatter 1008 weist einen ersten Eingang, der an ein Unterbrechungssignal INTERRUPT gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an eine Statusunterbrechung am MCU_RX-Pin-Bit STATUS_MCURX gekoppelt ist, und einen Ausgang auf. Das SLC-ODER-Gatter 1010 hat weist einen ersten Eingang, der an den Ausgang des SLC-Komparators 1006 gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an den Ausgang des SLC-UND-Gatters 1008 gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an das MCU-Empfangs-Pin MCU_RX gekoppelt ist, auf. Außerhalb der Signalisierungsleitungsschaltung 1000 ist eine Leistungsleitung VLINE durch eine Zenerdiode Z10 an den SLC-Empfangs-Pin SLC_RX gekoppelt, wobei ein SLC-Kondensator C10 außerdem an den SLC-Empfangs-Pin SLC_RX gekoppelt ist.
Im Betrieb überträgt der (nicht spezifisch gezeigte) SLC-Empfänger Signale auf der Leistungsleitung VLINE zu dem MCU-Chip 102. Die SLC-Zenerdiode Z10, die in Sperrrichtung vorgespannt ist, verschiebt den Pegel der Leistung und ist gewählt, um die Spannung abfallen zu lassen, so dass, wenn die Leistungsleitung VLINE hoch ist, sich der SLC-Empfangs-Pin SLC_RX über 3 V befindet, und wenn die Leistungsleitung VLINE tief ist, sich der SLC-Empfangs-Pin SLC_RX unter 0,5 V befindet. Der SLC-Kondensator, der in einer Ausführungsform 100 pF beträgt, filtert Spannungsspitzen, die auf der Leistungsleitung VLINE auftreten können. Der Hysteresis- und Entstörkomparator filtert Störgeräusche auf der Leistungsleitung VLINE. Der Ausgang des SLC-Komparators 1006 wird mit einem 32-kHz-Takt synchronisiert, bevor er entstört wird. Die Hysteresespannung und die Entstörzeit sind mit dem SLC-Empfängerkomparator-Hysteresebit SLCRX _HYS und mit den SLC-Empfänger-Entstörbits SLCRX_DEG programmierbar. Der zweite SLC-Widerstand R10b ist ein interner Pulldown-Widerstand, der die SLC-Zenerdiode Z10 vorspannt, um die Spannung am SLC-Empfangs-Pin SLC_RX unter 17 V aufrechtzuerhalten, was das empfohlene Maximum ist.
Die SLC-Sendeschaltung 1004 enthält einen ersten SLC-Verstärker 1012, der einen Eingang, der an einen ersten MCU-Sende-Pin MCU_TX1 gekoppelt ist, einen Ausgang, der an einen ersten SLC-Sende-Pin SLC_TX1 gekoppelt ist, und einen Freigabeeingang, der angeschlossen ist, um ein SLC-Sendefreigabebit SLCTX_EN zu empfangen, aufweist. Die SLC-Sendeschaltung 1004 enthält außerdem einen zweiten SLC-Verstärker 1014, der einen Eingang, der an einen zweiten MCU-Sende-Pin MCU_TX2 gekoppelt ist, einen Ausgang, der an einen zweiten SLC-Sende-Pin SLC_TX2 gekoppelt ist, und einen Freigabeeingang, der angeschlossen ist, um das SLC-Sendefreigabebit SLCTX_EN zu empfangen, aufweist. Extern ist ein erster SLC-NPN M10a zwischen die Leistungsleitung VLINE und die Masseebene gekoppelt, während ein zweiter SLC-NPN M10b zwischen die Leistungsleitung VLINE und die Masseebene gekoppelt ist. Der dritte SLC-Widerstand R10c ist zwischen den Emitter des zweiten SLC-NPN M10b und die Masseebene gekoppelt. Ein vierter SLC-Widerstand R10d ist zwischen den ersten SLC-Sende-Pin SLC_TX1 und die Basis des ersten SLC-NPN M10a gekoppelt, während der zweite SLC-Sende-Pin SLC_TX2 an die Basis des zweiten SLC-NPN M10b gekoppelt ist.
Der MCU-Chip 102 überträgt Signale zu der Leistungsleitung VLINE, indem er die Leistungsleitung VLINE mit einer gesteuerten Stromsenke tief zieht. Wenn die SLC-Sendeschaltung freigegeben ist, steuert der Mikrocontroller die Ausgaben aus dem ersten SLC-Sende-Pin SLC TX1 und aus dem zweiten SLC-Sende-Pin SLC_TX2 durch Ansteuern des ersten MCU-Sende-Pins MCU_TX1 und des zweiten MCU-Sende-Pins MCU_TX2 auf hoch. In der Signalisierungsleitungsschaltung 1000 ist der zweite SLC-NPN M10b an den dritten SLC-Strombegrenzungswiderstand R10c gekoppelt, wobei er einen begrenzten Strom aus der Leistungsleitung VLINE zieht. Der erste SLC-NFET M10a kann die Leistungsleitung VLINE vollständig tief zu ziehen. Diese Konfiguration ermöglicht eine Mehrpegelkommunikation.
Es ist ein Vorteil der Integration mehrerer Schaltungen in ein SoC, dass außerdem das Bereitstellen von Fehlermeldungen oder die Kommunikationen mit dem MCU-Chip 102 integriert werden können. Diese Unterbrechungssignale sind einzeln konfigurierbar, um den MCU-Chip 102 zu benachrichtigen, wenn eine Systemanomalie auftritt. Die Unterbrechungssignale sind im STATUS 1-Register gespeichert, das Bits aufweist, die hoch verriegeln, wenn verschiedene Bedingungsgrenzen, z. B. Temperatur oder Spannung, erreicht sind. Jedes der STATUS1-Registerbits kann durch Setzen des entsprechenden MASK-Registerbits unabhängig konfiguriert werden, um ein Unterbrechungssignal zu senden. Die Bits im Universal-E/A-Register GPIO[0:2] können gesetzt werden, um Unterbrechungssignale durch den Universal-E/A-Pin GPIO auszugeben, wobei das STATUS _INT-Bit gesetzt werden kann, um Unterbrechungssignale durch den Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU oder durch den MCU-Empfangs-Pin MCU_RX auszugeben. Durch das Verbinden des Universal-E/A-Pins GPIO, des Verbindung-zur-MCU-Pins INT_MCU und des MCU-Empfangs-Pins MCU_RX mit dem Mikrocontroller kann der MCU-Chip 102 sofort benachrichtigt werden, wenn sich ein STATUS1-Bit ändert, anstatt wiederholt das STATUS1-Register lesen zu müssen. Nachdem das SoC 108 das Unterbrechungssignal gesendet hat, bleibt das Signal hoch, bis das STATUS1-Register durch den MCU-Chip 102 gelesen wird, wobei an diesem Punkt der Fehler gelöscht wird, falls die Fehlerbedingung beseitigt ist.
11 stellt einen digitalen Kern 1100 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar. Der digitale Kern 1100 enthält eine digitale Logikschaltung 1102, eine serielle Busschnittstelle 1104 und die Registerbits 1106. Die digitale Logikschaltung 1102 enthält eine Unterbrechungssignalalarm-Logikschaltung 1108, die im Folgenden ausführlicher erörtert wird. Obwohl die Registerbits 1106 so gezeigt sind, dass sie zahlreiche einzelne Anzeiger enthalten, können die Registerbits, die Einzelbit-Anzeiger sein können oder eine größere Anzahl von Bits enthalten können, auf Wunsch in größeren Registern gruppiert sein. Die folgende Beschreibung wird gegeben, um eine Idee der Vielseitigkeit bereitzustellen, die in das offenbarte SoC einbezogen sein kann, wenn mehrere Fähigkeiten in einen einzigen Chip integriert sind. Außerdem können andere Anzeiger, die hier nicht spezifisch gezeigt sind, enthalten sein. Während einige der Anzeiger in absoluten Begriffen erklärt werden, z. B. ob die Leistung an einem spezifischen Punkt so ist, wie erwartet wird, kann es andere Bedingungen geben, die die Wirkung spezifischer Anzeiger modifizieren, z. B. ist der Anzeiger während einer Schlafbetriebsart nicht aktiv.
Eine Anzahl von Registerbits 1106, z. B. die Bits, die Teil des STATUS1-Registers sind, werden verwendet, um das Vorhandensein spezifischer Bedingungen zu signalisieren, die die MCU beeinflussen können oder die der MCU gemeldet werden müssen. Wenn die Rauchdetektionsvorrichtung 100 mit einer Niederspannungsbatterie, z. B. einer 3-Volt-Batterie, arbeitet, kann sich das SoC 108 selbst in eine Schlafbetriebsart versetzen, um Leistung einzusparen. Ein Schlafzeitgeber-Weckmerker SLP_DONE 1111 kann verwendet werden, um zu signalisieren, wann die Periode für den Schlaf vorbei ist und das SoC 108 und der MCU-Chip 102 aktiviert werden können. Ein VCC-tief-Warnmerker VCCLOW 1112 wird gesetzt, wenn die Leistung am Vor-LDO-Eingangs-Pin VCC unter einen wählbaren fallenden Wert V_VCCLOW,FALL (der nicht spezifisch gezeigt ist) fällt. Ein MCU-LDO-Leistung-gut-Fehlermerker MCULDO_ERR 1113 wird gesetzt, um anzugeben, dass ein Fehler bei der Leistung am MCU-LDO-Ausgang aufgetreten ist. Ein Wärmestilllegungs-Fehlermerker OTS_ERR 1114 gibt an, dass die Sperrschichttemperatur eine wählbare (nicht spezifisch gezeigte) Stilllegungstemperatur T_SHUTDOWN überschritten hat, während ein Wärmewarnmerker OTS_WRN 1115 angibt, dass die Sperrschichttemperatur einen (nicht spezifisch gezeigten) Warnwert T_WARNING überschritten hat. Ein Erhöhungsaktivitäts-Überwachungsmerker BST_nACT 1116 wird verwendet, um anzugeben, ob der DC/DC-Erhöhungsumsetzer 702 aktiv schaltet oder für eine (nicht spezifisch gezeigte) wählbare Erhöhung-inaktiv-Zeit T BST,ACT nicht geschaltet hat, wobei ein Erhöhungsumsetzer-Leistung-gut-Fehlermerker BST_ERR 1117 angibt, dass ein Fehler im DC/DC-Erhöhungsumsetzer 702 aufgetreten ist.
Jede der obigen Bedingungen kann auf Wunsch vom SoC 108 verwendet und/oder dem MCU-Chip 102 gemeldet werden; wobei für jeden Merker eine entsprechende Maske verfügbar ist, so dass ein Anwender angeben kann, ob jeder Berichtsmerker verwendet werden sollte. Diese Masken enthalten eine Schlafzeitgeber-Weckmerker-Maske SLP_DONEM 1118, eine VCC-tief-Wammerker-Maske VCCLOWM 1119, eine MCU-LDO-Leistung-gut-Fehlermerker-Maske MCULDO_ERRM 1120, eine Wärmestilllegungs-Fehlermerker-Maske OTS_ERRM 1121, eine Wärmewarnmerker-Maske OTS_WRNM 1122, eine Erhöhungsaktivitäts-Überwachungsmerker-Maske BST_nACTM 1123 und eine Erhöhungsumsetzer-Leistung-gut-Fehlermerker-Maske BST_ERRM 1124. Die Verwendung der Merker und der entsprechenden Masken wird in 12 im Folgenden erörtert. Ein Universal-E/A-Anzeiger 1131 kann verwendet werden, um Unterbrechungssignale über den GPIO-Pin auszugeben.
Ein MCU-LDO-Leistung-gut-Anzeiger MCU_PG 1125 gibt an, ob sich die Leistung am MCU-LDO über oder unter einem Leistung-gut-Schwellenwert befindet, während ein Erhöhungsleistung-gut-Anzeiger BST_PG 1126 angibt, ob sich die Leistung am Ausgang des DC/DC-Erhöhungsumsetzers über oder unter einem Leistung-gut-Schwellenwert befindet. Es werden viele Anzeiger verwendet, um in den analogen Module, z. B. der CO-Verstärkerschaltung 110, der photoelektrischen Verstärkerschaltung 112 und der Ionisationsverstärkerschaltung 118, eine Steuerung oder Änderungen bereitzustellen.
Bezüglich der photoelektrischen Verstärkerschaltung 200 kann ein Photoeingangsverstärker-Steuerbit PAMP_EN 1127 den Photoeingangsverstärker 204 freigeben oder sperren; kann ein Photogewinnverstärker-Steuerbit PGAIN_EN 1128 den Photogewinn-Verstärker 206 freigeben oder sperren; und kann ein Photogewinn-Register PGAIN[1:0] 1129 verwendet werden, um den Verstärkungsfaktor durch Einstellen des Widerstands am ersten Photowiderstand R2a festzulegen. Eine Photoreferenzeinstellung PREF_SEL 1130 bestimmt, ob der Photoreferenz-Pin PREF an Masse oder an eine interne 50-mV-Referenz Vs2b gekoppelt ist.
Bezüglich der LED-Treiberschaltung 300 werden die ersten Temperaturkoeffizienten-Bits TEMPCOA[1:0] 1132 und die zweiten Temperaturkoeffizienten-Bits TEMPCOB[1:0] (die nicht spezifisch gezeigt sind) verwendet, um den Temperaturkoeffizienten für die LED-Treiberschaltung 300 festzulegen, wobei sie in Verbindung mit dem ersten Stromfestlegungsregister PDACA[7:0] 1133 und dem zweiten Stromfestlegungsregister PDACB[7:0] 1138 verwendet werden, um den Strom zu steuern, der dem ersten LED-NFET M3a und dem zweiten LED-NFET M3b bereitgestellt wird. Das LED-Auswahlbit LEDSEL 1134 steuert den Treiber, mit dem das Signal am LED-Freigabe-Pin LEDEN verbunden ist. Ein LED-LDO-Freigabebit LEDLDO_EN 1135 kann die LED-LDO-Reguliererschaltung 302 freigeben oder sperren; das LED-LDO-Register LEDLDO[0:2] 1136 kann verwendet werden, um die Regelspannung in der LED-LDO-Reguliererschaltung 302 einzustellen; und ein LED-Pin-Freigabebit LEDPIN_EN 1137 kann konfigurieren, ob der LED-Freigabe-Pin LEDEN den LED-Block freigibt. In einer Ausführungsform, in der die Ionen-LDO-Reguliererschaltung 510 und die LED-LDO-Reguliererschaltung 302 dieselbe Schaltung sind, kann erkannt werden, dass die Steuerbits für die LED-LDO-Reguliererschaltung 302 außerdem die Steuerbits für die Ionen-LDO-Reguliererschaltung 510 sind.
Bezüglich der CO-Verstärkerschaltung 400 kann ein CO-Verstärkerausgangswiderstand-Freigabebit COSWRO 1139 verwendet werden, um den CO-Ausgangsschalter S4a freizugeben oder zu sperren; kann ein CO-Gewinnwiderstands-Freigabebit COSWRG 1140 verwendet werden, um den CO-Rückkopplungsschalter S4b freizugeben oder zu sperren, kann ein CO-Eingangswiderstands-Freigabebit COSWRI 1141 verwendet werden, um den ersten CO-Eingangswiderstand S4c freizugeben oder zu sperren, kann ein CO-Referenzschalter-Freigabebit COSWREF 1142 verwendet werden, um den zweiten CO-Eingangsschalter S4d freizugeben oder zu sperren, kann eine CO-Rückkopplungswiderstandseinstellung COSGAIN[1:0] 1143 verwendet werden, um den Widerstand im CO-Gewinnwiderstand R4c einzustellen; und kann eine 300-mV-Referenzfreigabe REFOP3_EN 1144 verwendet werden, um eine (nicht spezifisch gezeigte) 300-mV-Referenzspannung freizugeben. Eine CO-Verstärkerreferenzspannung COREF[1:0] 1145 kann verwendet werden, um die Spannungsausgabe durch die CO-Spannungsquelle VS4 festzulegen; wobei das CO-Testausgangsrichtungs-Bit COTEST_DIR 1146 angibt, ob der CO-Testausgang Pulldown oder Pullup ist; das CO-Verstärker-Freigabebit COAMP_EN 1147 den CO-Transimpedanzverstärker 402 freigeben oder sperren kann; und ein CO-Testausgangs-Freigabebit COTEST_EN 1148 den CO-Testausgang am Photoreferenz-Pin PREF freigeben oder sperren kann.
Als Nächstes kann bezüglich der Ionisationsverstärkerschaltung 500 das Ionen-LDO-Freigabebit ILDO_EN 1149 verwendet werden, um die Ionen-LDO-Reguliererschaltung 510 freizugeben oder zu sperren, wobei die Ionen-LDO-Einstellung ILDO[0:3] 1150 verwendet werden kann, um eine Spannung für die Ionen-LDO-Reguliererschaltung 510 festzulegen. Das Ionengewinn-Einstellregister IGAIN[1:0] 1151 kann verwendet werden, um den Verstärkungsfaktor für den Ionengewinn-Verstärker 506 festzulegen; während die Ionenreferenzspannungseinstellungen IREF[0:1] 1152 verwendet werden können, um die Referenzspannung an der Ionenspannungsquelle VS5 festzulegen.
Als Nächstes können bezüglich der Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung 800 die Verbindungsentstörbits INT_DEG 1153 verwendet werden, um die digitale Entstörschaltung 810 zwischen 0 ms und 20 ms zu programmieren. Eine Verbindungseinheits-Pulldown-Widerstands-Freigabe INT_PD 1154 kann verwendet werden, um den Verbindungs-NFET M8 freizugeben; das Verbindungsfreigabebit INT_EN 1156 kann verwendet werden, um die Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung 800 freizugeben oder zu sperren; das Verbindungsrichtungsbit INT_DIR 1157 kann verwendet werden, um die Kommunikationsrichtung in der Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung 800 anzugeben. Das Statusunterbrechungsbit STATUS_INT 1158 kann verwendet werden, um durch den Verbindung-zur-MCU-Pin INT_MCU der MCU Unterbrechungen bereitzustellen; wobei das Verbindungskomparator-Hysteresebit INT_HYS 1159 verwendet werden kann, um den Betrag der Spannungshysterese an der dritten Verbindungsspannungsquelle VS8 anzugeben.
Bezüglich der Horntreiberschaltung 146 können die Hornschwellenwertbits HORN_THR 1160 verwendet werden, um eine Arbeitszyklusabstimmung für das piezoelektrische Horn 148 in dreipoligen Operationen bereitzustellen. Das Hornauswahlbit HORN_SEL1161 kann verwendet werden, um zu bestimmen, dass das Horn ein zweipoliges oder ein dreipoliges piezoelektrisches Horn ist, während das Hornfreigabebit HORN _EN 1162 verwendet werden kann, um die Horntreiberschaltung 146 freizugeben.
Als Nächstes kann bezüglich der Signalisierungsleitungsschaltung 1000 das SLC-Empfängerfreigabebit SLCRX_EN 1163 verwendet werden, um die SLC-Empfangsschaltung 1002 freizugeben oder zu sperren; kann das SLC-Pulldown-Widerstands-Freigabebit SLCRX _PD 1164 verwendet werden, um den Pulldown-Widerstand durch Schließen des SLC-Schalters S10 freizugeben; und kann das SLC-Empfängerkomparator-Hysteresebit SLCRX _HYS 1165 verwendet werden, um die Hysteresespannung am SLC-Komparator 1006 zu bestimmen. Die Statusunterbrechung am MCU-Empfangs-Pin-Bit STATUS_MCURX 1167 kann festgelegt werden, um zu bestimmen, dass die Unterbrechungssignale durch den MCU-Empfangs-Pin MCU_RX ausgegeben werden, während das SLC-Sendefreigabe-Bit SLCTX_EN 1168 festgelegt werden kann, um die SLC-Sendeschaltung 1004 freizugeben. Weil die Signalisierungsleitungsschaltung 1000 mit anderen Schaltungen, z. B. der Piezohorn-Treiberschaltung 900 und der Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung 800, integriert ist, wie bei der Erörterung der Signalisierungsleitungsschaltung 1000 erwähnt wurde, ist nur eine der Signalisierungsleitungsschaltung 1000 und der Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung 800 aktiv, wobei sie in irgendeinem spezifischen Fall der Rauchdetektionsvorrichtung eine Kommunikation mit der MCU bereitstellt.
Schließlich gibt ein Batterietest-Freigabebit BATTEST_EN 1155 einen Batterietest unter Verwendung der Batterietestschaltung 150 in der Rauchdetektionsvorrichtung 100 frei oder es sperrt ihn, wobei analoge MUX-Auswahlbits AMUX_SEL[1:0] verwendet werden können, um einen Eingang in die analoge Multiplexerschaltung 600 zu bestimmen, der zu der MCU weitergeleitet werden soll.
Durch das Bereitstellen aller dieser Steuereingänge und Fehlermerker auf einem einzigen Chip mit den Schaltungen, die sie steuern, kann die MCU die Parameter für die analogen Schaltungen einfach fliegend ändern, wobei sie die Umstände in einer Weise überwachen und auf sie reagieren kann, die bei früheren Schaltungen entweder nicht möglich war oder sonst schwieriger zu implementieren war.
12 stellt eine Unterbrechungssignalalarm-Logikschaltung 1200, die einige der in den Registerbits 1106 gespeicherten Merker und Masken verwendet, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar. Die Unterbrechungssignalalarm-Logikschaltung 1200 enthält eine Anzahl von Unterbrechungs-UND-Gattern, von denen jedes sowohl ein gegebenes Merkerbit als auch das entsprechende Maskenbit eingibt, und eine Anzahl von Unterbrechungs-OD-Gattern, die die einzelnen UND-Gatter-Ausgänge kombinieren. Ein erstes Unterbrechungs-UND-Gatter 1202 weist einen ersten Unterbrechungseingang, der an einen Schlafzeitgeber-Weckmerker SLP_DONE gekoppelt ist, einen zweiten Unterbrechungseingang, der an ein Inverses einer Schlafzeitgeber-Weckunterbrechungsmaske SLP_DONEM gekoppelt ist, und einen Unterbrechungsausgang auf; ein zweites Unterbrechungs-UND-Gatter 1204 weist einen ersten Unterbrechungseingang, der an einen VCC-tief-Wammerker VCCLOW gekoppelt ist, einen zweiten Unterbrechungseingang, der an ein Inverses einer VCC-tief-Wamunterbrechungsmaske VCCLOWM gekoppelt ist, und einen Unterbrechungsausgang auf; ein drittes Unterbrechungs-UND-Gatter 1206 weist einen ersten Unterbrechungseingang, der an einen MCU-LDO-Leistung-gut-Fehlermerker MCULDO_ERR gekoppelt ist, einen zweiten Unterbrechungseingang, der an ein Inverses einer MCU-LDO-Leistung-gut-Fehlerunterbrechungsmaske MCULDO_ERRM gekoppelt ist, und einen Unterbrechungsausgang auf; ein viertes Unterbrechungs-UND-Gatter 1208 weist einen ersten Unterbrechungseingang, der an einen Wärmestilllegungs-Fehlermerker OTS_ERR gekoppelt ist, einen zweiten Unterbrechungseingang, der an ein Inverses einer Wärmestilllegungs-Fehlerunterbrechungsmaske OTS_ERRM gekoppelt ist, und einen Unterbrechungsausgang auf; ein fünftes Unterbrechungs- UND-Gatter 1210 weist einen ersten Unterbrechungseingang, der an einen Wärmewarnmerker OTS_WRN gekoppelt ist, einen zweiten Unterbrechungseingang, der an ein Inverses einer Wärmewarnunterbrechungsmaske OTS_WRNM gekoppelt ist, und einen Unterbrechungsausgang auf; ein sechstes Unterbrechungs-UND-Gatter 1212 weist einen ersten Unterbrechungseingang, der an einen Erhöhungsaktivitäts-Überwachungsmerker BST_nACT gekoppelt ist, einen zweiten Unterbrechungseingang, der an ein Inverses einer Erhöhungsaktivitäts-Überwachungsunterbrechungsmaske BST_nACTM gekoppelt ist, und einen Unterbrechungsausgang auf; und ein siebentes Unterbrechungs-UND-Gatter 1214 weist einen ersten Unterbrechungseingang, der an einen Erhöhungsumsetzer-Leistung-gut-Fehlermerker BST_ERR gekoppelt ist, einen zweiten Unterbrechungseingang, der an ein Inverses einer Erhöhungsumsetzer-Leistung-gut-Unterbrechungsmaske BST_ERRM gekoppelt ist, und einen Unterbrechungsausgang auf.
Ein erstes Unterbrechungs-ODER-Gatter 1216 weist einen ersten Unterbrechungseingang, der an den Unterbrechungsausgang des ersten Unterbrechungs-UND-Gatters 1202 gekoppelt ist, einen zweiten Unterbrechungseingang, der an den Unterbrechungsausgang des zweiten Unterbrechungs-UND-Gatters 1204 gekoppelt ist, einen dritten Unterbrechungseingang, der an den Unterbrechungsausgang des dritten Unterbrechungs-UND-Gatters 1206 gekoppelt ist, und einen Unterbrechungsausgang auf. Ähnlich weist das zweite Unterbrechungs-ODER-Gatter 1218 einen ersten Unterbrechungseingang, der an den Ausgang des fünften Unterbrechungs-UND-Gatters 1210 gekoppelt ist, einen zweiten Unterbrechungseingang, der an den Ausgang des sechsten Unterbrechungs-UND-Gatters 1212 gekoppelt ist, einen dritten Unterbrechungseingang, der an den Unterbrechungsausgang des siebenten Unterbrechungs-UND-Gatters 1214 gekoppelt ist, und einen Unterbrechungsausgang auf. Das dritte Unterbrechungs-ODER-Gatter 1220 weist einen ersten Unterbrechungseingang, der an den Unterbrechungsausgang des ersten Unterbrechungs-ODER-Gatters 1216 gekoppelt ist, einen zweiten Unterbrechungseingang, der an den Unterbrechungsausgang des vierten Unterbrechungs-UND-Gatters 1208 gekoppelt ist, einen dritten Unterbrechungseingang, der an den Unterbrechungsausgang des zweiten Unterbrechungs-ODER-Gatters 1218 gekoppelt ist, und einen Unterbrechungsausgang auf, der selektiv an irgendeinen des Universal-E/A-Pins GPIO, des Verbindung-zur-MCU-Pins INT_MCU und des MCU-Empfangs-Pin MCU_RX gekoppelt ist. Es wird erkannt, dass, während gezeigt worden ist, dass der Unterbrechungsprozess durch spezifische Logikgatter implementiert ist, andere Anordnungen von Logikgattern verwendet werden können, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen.
13 stellt ein Verfahren 1300 zum Betreiben einer Rauchdetektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dar, und die 13A-13E stellen mögliche Ergänzungen für das Verfahren 1300 dar. Das Verfahren 1300 beinhaltet beim Start das Bereitstellen 1305 von Leistung einem SoC, das Kommunikationsschaltungen, analoge Sensorverstärkerschaltungen und Leistungsreguliererschaltungen enthält. Das SoC bestimmt 1310 eine erste Spannung für einen MCU-Chip, der an das SoC angeschlossen ist. Diese Bestimmung kann z. B. davon abhängig ausgeführt werden, was an einem bestimmten Pin des SoC angeschlossen ist. Das SoC stellt dann dem MCU-Chip Leistung mit der ersten Spannung bereit 1315.
In 13A kann das Verfahren 1300 weitergehen, wobei in Reaktion auf den MCU-Chip der anfangs aktiv wird, der MCU-Chip eine zweite Spannung in ein Register im SoC schreibt 1320. Danach stellt das SoC dem MCU-Chip Leistung mit der zweiten Spannung bereit 1325. In 13B steuert 1330 der MCU-Chip die Handlungen in dem SoC während einer aktiven Periode. Zu irgendeinem Zeitpunkt sendet 1335 der MCU-Chip ein Schlafsignal an das SoC, wobei er in eine Schlafbetriebsart geht. In Reaktion auf das Empfangen des Schlafsignals geht 1340 das SoC in die Schlafbetriebsart. Nachdem eine konfigurierbare Zeit vergangen ist, sendet 1345 das SoC ein Wecksignal an den MCU-Chip, wobei es Befehle vom MCU-Chip erwartet. In einer Ausführungsform befindet sich die konfigurierbare Zeit zwischen 1 Millisekunde und einschließlich 65 Sekunden.
In 13C wird ein DC/DC-Erhöhungsumsetzer der Leistungsreguliererschaltung konfiguriert 1350, so dass er entweder gesperrt ist oder sich unverändert in der Schlafbetriebsart befindet. Die analogen Sensorverstärkerschaltungen werden konfiguriert 1355, so dass sie entweder gesperrt sind oder sich unverändert in der Schlafbetriebsart befinden, wobei ein MCU-LDO-Regulierer der Leistungsreguliererschaltungen außerdem konfiguriert wird 1360, so dass er entweder gesperrt ist oder sich unverändert in der Schlafbetriebsart befindet. Die Fähigkeit, die Schaltungen innerhalb des SoC während der Schlafbetriebsart zu sperren, kann von großer Wichtigkeit sein, wenn die Rauchdetektionsvorrichtung mit einer Niederspannungsbatterie betrieben wird, sie kann jedoch viel weniger wichtig sein, wenn die Rauchdetektionsvorrichtung Leistung von Quellen mit höheren Spannungen, wie z. B. Netzleistung durch einen AC/DC-Umsetzer oder von einem zentralen Alarmsystem durch die Leistungsleitung VLINE, empfängt.
In 13D werden jede einer Signalisierungsleitungsschaltung, einer Verbindungsschaltung, einer Horntreiberschaltung, einer Kohlenmonoxid-Verstärkerschaltung und einer Ionisationsverstärkerschaltung getrennt als entweder aktiv oder gesperrt elektronisch konfiguriert 1365. Dies kann das SoC für die Verwendung in einem speziellen Typ von Rauchdetektionsvorrichtung konfigurieren. In 13E detektiert das SoC 1370 eine Alarmbedingung in dem SoC, wobei es eine Unterbrechung hinsichtlich der Alarmbedingung an den MCU-Chip sendet 1375. Wie vorher angegeben worden ist, kann die Unterbrechung durch Bedingungen verursacht werden, die einen Erhöhungsregulierer mit Unterspannung, einen MCU-LDO-Ausgang mit Unterspannung, ein Substrat des SoC mit Übertemperatur, einen Verbindungsalarm und einen SLC-Leistungsalarm enthalten, aber nicht darauf eingeschränkt sind. Der Verbindungsalarm kann irgendein Alarm sein, der durch den Verbindungs-Treiber/Empfänger bereitgestellt wird.
Die Anmelder haben eine Rauchdetektionsvorrichtung offenbart, die nur zwei ICs verwendet: eine MCU und ein SoC, das Leistungsreguliererschaltungen, Sensorverstärker, eine Horntreiberschaltung und Kommunikationsschaltungen enthält, die unter der Steuerung der MCU arbeiten. Der hohe Integrationsgrad stellt eine bessere Steuerung der einzelnen Blöcke in dem SoC, eine verbesserte Fehlerdetektion und eine bessere Leistungssteuerung bereit. Die Rauchdetektionsvorrichtung und das SoC, die offenbart worden sind, stellen alle durch die 2020-UL-Vorschriften geforderten Fähigkeiten bereit.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen gezeigt und ausführlich beschrieben worden sind, sind die Ansprüche nicht auf irgendeine spezielle Ausführungsform oder irgendein spezielles Beispiel eingeschränkt. Keine der obigen ausführlichen Beschreibungen sollte so verstanden werden, dass sie bedeutet, dass irgendeine spezielle Komponente, irgendein spezielles Element, irgendein spezieller Schritt, irgendeine spezielle Handlung oder irgendeine spezielle Funktion so wesentlich ist, dass sie im Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein muss. Es ist nicht vorgesehen, dass die Bezugnahme auf ein Elements in der Einzahl „ein und nur ein“ bedeutet, wenn es nicht explizit so dargelegt ist, sondern stattdessen „ein oder mehrere“ bedeutet. Alle strukturellen und funktionellen Äquivalente zu den Elementen der oben beschriebenen Ausführungsformen, die den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, werden hier ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen, wobei vorgesehen ist, das die vorliegenden Ansprüchen sie umfassen. Dementsprechend erkennen die Fachleute auf dem Gebiet, dass die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen und Änderungen innerhalb des Erfindungsgedankens und Schutzumfangs der im Folgenden beigefügten Ansprüche ausgeführt werden können.

Claims

System auf einem Chip (SoC) zur Rauchdetektion, wobei das SoC Folgendes umfasst: Leistungsreguliererschaltungen, die an entsprechende Pins gekoppelt sind; analoge Sensorverstärkerschaltungen, die jeweils an einen entsprechenden Pin der an die Leistungsreguliererschaltungen gekoppelten Pins gekoppelt sind, wobei eine erste analoge Sensorverstärkerschaltung der analogen Sensorverstärkerschaltungen eine photoelektrische Verstärkerschaltung, einen ersten LED-Treiber und einen zweiten LED-Treiber aufweist; und einen digitalen Kern, der eine digitale Logikschaltung, Registerbits und eine Mikrocontrollereinheit-Kommunikationsschaltung (MCU-Kommunikationsschaltung) enthält, wobei die MCU-Kommunikationsschaltung an einen Daten-Pin gekoppelt ist, die Registerbits angeschlossen sind, um den Betrieb der Leistungsreguliererschaltungen und der analogen Sensorverstärkerschaltungen zu steuern oder zu modifizieren, und die Registerbits betreibbar sind, um durch eine MCU beschrieben zu werden.
SoC nach Anspruch 1, wobei das SoC eine Unterbrechungssignalalarm-Logikschaltung enthält, wobei die Unterbrechungssignalalarm-Logikschaltung Folgendes aufweist: ein erstes Unterbrechungs-UND-Gatter, das einen jeweiligen ersten Unterbrechungseingang, der an einen jeweiligen Merker einer Gruppe von Merkern gekoppelt ist, einen jeweiligen zweiten Unterbrechungseingang, der an eine jeweilige Merkermaske gekoppelt ist, und einen jeweiligen Unterbrechungsausgang aufweist, ein zweites Unterbrechungs-UND-Gatter, das einen jeweiligen ersten Unterbrechungseingang, der an einen jeweiligen Merker der Gruppe von Merkern gekoppelt ist, einen jeweiligen zweiten Unterbrechungseingang, der an eine jeweilige Merkermaske gekoppelt ist, und einen jeweiligen Unterbrechungsausgang aufweist, und einen Unterbrechungssignalausgang, der an den Unterbrechungsausgang des ersten Unterbrechungs-UND-Gatters und den Unterbrechungsausgang des zweiten Unterbrechungs-UND-Gatters gekoppelt ist.
SoC nach Anspruch 1, wobei: die MCU-Kommunikationsschaltung eine Schnittstelle einer integrierten Zwischenschaltung (I2C-Schnittstelle) ist, die an einen seriellen Daten-Pin und einen seriellen Takt-Pin gekoppelt ist; und das SoC eine Signalisierungsleitungsschaltung (SLC) enthält, die an einen SLC-Empfangs-Pin, einen ersten SLC-Sende-Pin, einen zweiten SLC-Sende-Pin, einen MCU-Empfangs-Pin, einen ersten MCU-Sende-Pin und einen zweiten MCU-Sende-Pin gekoppelt ist.
SoC nach Anspruch 2, wobei die Gruppe von Merkern wenigstens einen eines Schlafzeitgeber-Weckmerkers, eines VCC-tief-Wammerkers, eines MCU-LDO-Leistung-gut-Fehlermerkers, eines Wärmestilllegungs-Fehlermerkers, eines Wärmewarnmerkers, eines Erhöhungsaktivitäts-Überwachungsmerkers und eines Erhöhungsumsetzer-Leistung-gut-Fehlermerkers enthält.
SoC nach Anspruch 1, wobei die analogen Sensorverstärkerschaltungen ferner eine Ionisationsverstärkerschaltung enthalten, die Folgendes aufweist: einen Ionen-Regulierer mit geringem Abfall (Ionen-LDO-Regulierer), der einen oberen Leistungsversorgungseingang, der an einen Ausgangs-Pin eines DC/DC-Erhöhungsumsetzers gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an einen Ionen-LDO-Ausgangs-Pin gekoppelt ist, aufweist; einen Ioneneingangsverstärker, der einen oberen Leistungsversorgungseingang, einen nichtinvertierenden Ioneneingabe-Eingang, einen invertierenden Ioneneingabe-Eingang und einen Ioneneingabe-Ausgang aufweist, wobei der obere Leistungsversorgungseingang an den Ionen-LDO-Ausgangs-Pin gekoppelt ist, der nichtinvertierende Ioneneingabe-Eingang durch ein Filter an einen Ioneneingangs-Pin gekoppelt ist und der invertierende Ioneneingabe-Eingang an einen Ionenschutz-Pin gekoppelt ist; und einen Ionengewinn-Verstärker, der einen oberen Leistungsversorgungseingang, einen nichtinvertierenden Ionengewinn-Eingang, einen invertierenden Ionengewinn-Eingang und einen Ionengewinn-Ausgang aufweist, wobei der nichtinvertierende Ionengewinn-Eingang durch einen Widerstand an den Ausgang des Ioneneingangsverstärkers gekoppelt ist und der invertierende Ionengewinn-Eingang an den Ionenschutz-Pin gekoppelt ist.
SoC nach Anspruch 2, wobei die photoelektrische Verstärkerschaltung Folgendes enthält: einen Photoeingangsverstärker, der einen oberen Leistungsversorgungseingang, einen nichtinvertierenden Photoeingabe-Eingang, einen invertierenden Photoeingabe-Eingang, einen Photoeingabe-Freigabeeingang und einen Photoeingabe-Ausgang aufweist, wobei der nichtinvertierende Photoeingabe-Eingang an einen positiven Photodioden-Pin gekoppelt ist, der invertierende Photoeingabe-Eingang an einen negativen Photodioden-Pin gekoppelt ist, der Photoeingabe-Freigabeeingang an ein Photoeingangsverstärker-Steuerbit gekoppelt ist und der Photoeingabe-Ausgang an einen Photodiodenausgangs-Pin gekoppelt ist; einen Photogewinn-Verstärker, der einen oberen Leistungsversorgungseingang, einen nichtinvertierenden Photogewinn-Eingang, einen invertierenden Photogewinn-Eingang, einen Photogewinn-Freigabeeingang und einen Photogewinn-Ausgang aufweist, wobei der nichtinvertierende Photogewinn-Eingang an den Photoeingabe-Ausgang gekoppelt ist, der invertierende Photogewinn-Eingang selektiv an eine Photoreferenzschaltung gekoppelt ist und der Photogewinn-Freigabeeingang an ein Photogewinnverstärker-Steuerbit gekoppelt ist; und einen ersten Photowiderstand, der zwischen den Photogewinn-Ausgang und den invertierenden Photogewinn-Eingang gekoppelt ist, wobei der erste Photowiderstand ein einstellbarer Widerstand ist, dessen Widerstand durch ein Photogewinn-Register gesteuert ist.
SoC nach Anspruch 1, wobei die analogen Sensorverstärkerschaltungen ferner eine Kohlenmonoxid-Verstärkerschaltung (CO-Verstärkerschaltung) mit einem CO-Transimpedanzverstärker enthalten, wobei der CO-Transimpedanzverstärker einen nichtinvertierenden CO-Eingang, einen CO-Verstärker-Freigabeeingang, einen invertierenden CO-Eingang und einen CO-Ausgang enthält, wobei der nichtinvertierende CO-Eingang an einen positiven CO-Anschluss-Pin gekoppelt ist, der invertierende CO-Eingang an einen negativen CO-Anschluss-Pin gekoppelt ist, der CO-Verstärker-Freigabeeingang an ein CO-Verstärker-Freigabebit gekoppelt ist und der CO-Ausgang an einen CO-Ausgangs-Pin gekoppelt ist.
SoC nach Anspruch 1, das Folgendes enthält: eine Verbindungs-Treiber/Empfänger-Schaltung, die zwischen einen Verbindung-zur-MCU-Pin und einen Verbindung-zum-Bus-Pin gekoppelt ist; und eine Horntreiberschaltung, die einen ersten Horntreibereingang, der an einen Hornrückkopplungs-Pin gekoppelt ist, einen zweiten Horntreibereingang, der an Hornschwellenwertbits gekoppelt ist, einen dritten Horntreibereingang, der an einen Hornblock-Freigabe-Pin gekoppelt ist, einen ersten Horntreiberausgang, der an einen Horn-Silberanschluss-Pin gekoppelt ist, und einen zweiten Horntreiberausgang, der an einen Horn-Messinganschluss-Pin gekoppelt ist, aufweist.
SoC nach Anspruch 1, das eine Signalisierungsleitungsschaltung (SLC) enthält, die Folgendes aufweist: eine SLC-Empfangsschaltung, die Folgendes enthält einen SLC-Komparator, der einen nichtinvertierenden Eingang, der an einen SLC-Empfangs-Pin gekoppelt ist, einen invertierenden Eingang, der durch eine Spannungsquelle an die Masseebene gekoppelt ist, und einen Ausgang aufweist, und ein SLC-ODER-Gatter, das einen ersten Eingang, der an den Ausgang des SLC-Komparators gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an ein SLC-UND-Gatter gekoppelt ist, und einen Ausgang, der an einen MCU-Empfangs-Pin gekoppelt ist, aufweist; und eine SLC-Sendeschaltung, die Folgendes enthält einen ersten SLC-Verstärker, der zwischen einen ersten MCU-Sende-Pin und einen ersten SLC-Sende-Pin gekoppelt ist, einen zweiten SLC-Verstärker, der zwischen einen zweiten MCU-Sende-Pin und einen zweiten SLC-Sende-Pin gekoppelt ist, und ein SLC-Sendefreigabebit, das angeschlossen ist, um den ersten SLC-Verstärker und den zweiten SLC-Verstärkers freizugeben.
Rauchdetektionsvorrichtung, die Folgendes umfasst: ein System auf einem Chip (SoC), das Folgendes enthält Leistungsreguliererschaltungen, die an entsprechende Pins gekoppelt sind, analoge Sensorverstärkerschaltungen, die jeweils an einen entsprechenden Pin der an die Leistungsreguliererschaltungen gekoppelten Pins gekoppelt sind, wobei eine erste analoge Sensorverstärkerschaltung der analogen Sensorverstärkerschaltungen eine photoelektrische Verstärkerschaltung, einen ersten LED-Treiber und einen zweiten LED-Treiber aufweist, und einen digitalen Kern, der eine digitale Logikschaltung, Registerbits und eine Mikrocontrollereinheit-Kommunikationsschaltung (MCU-Kommunikationsschaltung) enthält, wobei die MCU-Kommunikationsschaltung an einen Daten-Pin gekoppelt ist, die Registerbits angeschlossen sind, um den Betrieb der Leistungsreguliererschaltungen und der analogen Sensorverstärkerschaltungen zu steuern oder zu modifizieren, und die Registerbits betreibbar sind, um durch eine MCU beschrieben zu werden; Sensoren, wobei jeder Sensor der Sensoren an eine entsprechende der analogen Sensorverstärkerschaltungen gekoppelt ist; eine DC-Leistungsversorgung, die an die Leistungsreguliererschaltungen gekoppelt ist; und einen Mikrocontrollereinheit-Chip (MCU-Chip), der einen oberen Leistungsversorgungseingang, einen digitalen Prozessor, einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC), eine SoC-Kommunikationsschaltung und eine Universal-E/A-Schaltung enthält, wobei der obere Leistungsversorgungseingang auf dem MCU-Chip angeschlossen ist, um Leistung von den Leistungsreguliererschaltungen zu empfangen.
Rauchdetektionsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei: die analogen Sensorverstärkerschaltungen eine Kohlenmonoxid-Verstärkerschaltung (CO-Verstärkerschaltung) und eine Ionisationsverstärkerschaltung enthalten; und die Sensoren irgendeine Kombination aus einem Ionisationssensor, einem CO-Sensor und einem photoelektrischen Sensor enthalten.
Rauchdetektionsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die MCU-Kommunikationsschaltung und die SoC-Kommunikationsschaltung ein Kommunikationsprotokoll einer integrierten Zwischenschaltung (I2C) verwenden.
Rauchdetektionsvorrichtung nach Anspruch 11, die einen Verbindungs-E/A-Puffer, der betreibbar ist, um an den MCU-Chip gekoppelt zu werden, und eine Signalisierungsleitungsschaltung, die betreibbar ist, um an den MCU-Chip gekoppelt zu werden, enthält, wobei in der Rauchdetektionsvorrichtung nur entweder der Verbindungs-E/A-Puffer oder die Signalisierungsleitungsschaltung aktiv ist.
Rauchdetektionsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Leistungsreguliererschaltungen einen DC/DC-Erhöhungsumsetzer, einen Vor-LDO-Regulierer, einen internen LDO-Regulierer, einen Spannungsteiler und einen MCU-LDO-Regulierer aufweisen, wobei der MCU-LDO-Regulierer an den oberen Leistungsversorgungseingang des MCU-Chips gekoppelt ist.
Prozess zum Betreiben eines Rauchdetektors, wobei der Prozess Folgendes umfasst: beim Starten Bereitstellen von Leistung für ein System auf einem Chip (SoC), das Kommunikationsschaltungen, analoge Sensorverstärkerschaltungen und Leistungsreguliererschaltungen enthält; Bestimmen einer ersten Spannung für einen an das SoC angeschlossenen Mikrocontrollereinheit-Chip (MCU-Chip); und wobei das SoC dem MCU-Chip Leistung bei der ersten Spannung bereitstellt.
Prozess nach Anspruch 15, der Folgendes enthält: in Reaktion darauf, dass der MCU-Chip anfangs aktiv wird, schreibt der MCU-Chip eine zweite Spannung in ein Register in dem SOC; und das SoC stellt dem MCU-Chip Leistung bei der zweiten Spannung bereit.
Prozess nach Anspruch 15, der Folgendes enthält: der MCU-Chip steuert die Handlungen in dem SoC während einer aktiven Periode; der MCU-Chip sendet ein Schlafsignal an das SoC und geht in die Schlafbetriebsart; in Reaktion auf das Empfangen des Schlafsignals geht das SoC in eine Schlafbetriebsart; und nachdem eine konfigurierbare Zeit vergangen ist, sendet das SoC ein Wecksignal an den MCU-Chip, wobei es Befehle vom MCU-Chip erwartet.
Prozess nach Anspruch 17, wobei sich die konfigurierbare Zeit zwischen 1 Millisekunde und einschließlich 65 Sekunden befindet.
Prozess nach Anspruch 17, wobei, wenn das SoC in die Schlafbetriebsart geht, dies Folgendes enthält: Konfigurieren eines DC/DC-Erhöhungsumsetzers der Leistungsreguliererschaltungen, so dass er entweder gesperrt ist oder sich unverändert in der Schlafbetriebsart befindet; Konfigurieren der analogen Sensorverstärkerschaltungen, so dass sie entweder gesperrt sind oder sich unverändert in der Schlafbetriebsart befinden, und Konfigurieren eines MCU-Regulierers mit geringem Abfall (LDO-Regulierers) der Leistungsreguliererschaltungen, so dass er entweder gesperrt ist oder sich unverändert in der Schlafbetriebsart befindet.
Prozess nach Anspruch 15, der das elektronische Konfigurieren jeder einer Signalisierungsleitungsschaltung, einer Verbindungsschaltung, einer Horntreiberschaltung, einer Kohlenmonoxid-Verstärkerschaltung, einer photoelektrischen Verstärkerschaltung und einer Ionisationsverstärkerschaltung als entweder aktiv oder gesperrt enthält.
Prozess nach Anspruch 15, der das SoC enthält, das eine Alarmbedingung detektiert und eine Unterbrechung an den MCU-Chip hinsichtlich der Alarmbedingung sendet, wobei die Alarmbedingung aus einer Gruppe ausgewählt ist, die einen Ausgang eines Erhöhungsregulierers mit Unterspannung, einen Ausgang einer MCU-LDO mit Unterspannung, ein Substrat des SoC mit Übertemperatur, einen Verbindungsalarm und einen SLC-Leistungsalarm umfasst.