CN110132316A - 用于比较传感器单元的输出的装置、方法和计算机程序 - Google Patents

Abstract

示例提供了用于比较传感器单元的输出的装置、方法和计算机程序，包括至少两个测量单元(10、12)的集合(110)。测量单元包括至少两个传感器单元(10a、10b、12a、12b)，其中至少一个测量单元的至少一个传感器单元包括对测量的量敏感的敏感传感器单元(S1、S2)。传感器单元彼此互混。该装置还包括用于选择布置的传感器单元的输出信号的模块(120)和用于通过比较不同测量单元的输出信号来确定测量的量或确定完整传感器单元的模块(130)。

Description

用于比较传感器单元的输出的装置、方法和计算机程序

技术领域

本发明涉及用于比较传感器单元的布置中的传感器单元的输出的装置、方法以及机器可读存储器或计算机程序。

背景技术

本公开总体上涉及表面微加工传感器，并且更具体地，涉及在侧气囊电容式应力传感器中的改进诊断和读出。

汽车安全应用可能需要非常低的缺陷率和非常良好的故障检测。因此，由于功能安全要求不断提高，需要改进诊断。这就需要开发精确的传感器诊断，能够检测到由于单一故障而违反安全规范的情况。此外，对于生产线上只有初期缺陷但在设备的使用寿命期内可能发展为故障的设备的生产筛选，需要改进的诊断。

微机电系统(MEMS)设备可具有初期的物理缺陷，这些缺陷在现场变得至关重要并导致传感器功能失效。在生产中对其进行筛选是至关重要的，并且当现场发生故障时，必须在传感器功能受到影响之前检测到故障。

因此，本发明解决两个关键的顶层问题：生产中的筛选和现场的检测，这两个问题具有共同的根本原因。所提出的解决方案解决了共同的根本原因，即自我诊断能力的局限性，从而降低了最终出现在现场的设备的故障率，并且在这种故障仍然发生时提高了现场的可检测性。

发明内容

示例涉及用于比较传感器单元的布置中的传感器单元的输出的装置、方法和机器可读存储器或计算机程序。

示例涉及用于比较面积A中的传感器单元的布置中的传感器单元的输出的装置，该装置包括：至少两个测量单元的集合；用于选择布置中的传感器单元的输出信号的模块；以及用于通过比较不同测量单元的输出信号来确定测量的量或确定完整传感器单元的模块。测量单元包括至少两个传感器单元。至少一个测量单元的至少一个传感器单元包括对测量的量敏感的敏感传感器单元。传感器单元彼此互混。这种布置能够选择不同的单元组合，用于诊断和/或物理量测量。

在一些示例中，传感器单元的布置可以包括至少第一单元类型(作为参考传感器单元)和至少第二单元类型(作为敏感传感器单元)。参考单元对测量的量所具有的敏感度与敏感传感器单元不同。通过联合使用参考单元与敏感单元，可以使能合理性检查。

在一些示例中，测量单元的集合包括测量桥。测量桥可以包括半桥或全桥传感器单元类型配置。半桥配置的传感器单元可从由{一个参考单元和一个敏感单元、两个敏感单元、以及两个参考单元}组成的组中选择。全桥配置的传感器单元可以包括两个半桥配置的传感器单元的组合。使用各种传感器单元类型配置使能了不同的相关测量值的比较，诸如正常或诊断读数。

在一些示例中，用于选择布置的传感器单元的输出信号的模块可以配置为选择至少一个片段。片段可以包括相同传感器单元类型配置的测量桥集合的子集。用于确定测量的量或确定完整传感器单元的模块可配置为使用至少一个片段测量传感器单元。以这种方式，单元的子集可以相互比较，或者可以从比较中排除不需要的(或缺陷的)单元。

在一些示例中，用于确定测量量或确定完整传感器单元的模块可以配置为比较使用多个片段得到的测量值。虽然传统的方法只允许比较两个传感器单元，但是使用多个分段允许使用相同的传感器单元布置比较大量的单元组。

在一些示例中，第一片段可以是第二片段在配置的重心处的平移、旋转、反射或它们的组合。

在一些示例中，反射可以是点、线或镜像反射。示例可允许大量不同的几何片段组合。

在一些示例中，用于确定测量的量或确定完整传感器单元的模块还可以包括比较一个或多个片段的输出信号，以确定与一个或多个片段的传感器单元的自然漂移相关的信息。确定片段的自然漂移可有助于识别初期缺陷的检测。

在一些示例中，用于确定测量的量或确定完整传感器单元的模块还可以包括确定与传感器单元的布置的至少一个传感器单元的漂移相关的信息。确定特定传感器单元的自然漂移有助于识别初期缺陷的检测。

在一些示例中，用于确定测量的量或确定完整传感器单元的模块还可以包括将与漂移相关的信息与估计漂移信息进行比较，并基于诊断漂移测量来估计该估计漂移信息。当估计漂移信息与实际漂移信息的比较不同时，会检测到初期缺陷。

在一些示例中，诊断漂移测量可以是校准和/或温度补偿测量，使测量更可靠和/或独立于环境或其他影响。

在一些示例中，用于确定测量的量或确定完整传感器单元的模块还可以包括确定多个完整传感器单元并组合多个完整传感器单元的输出信号以得到组合的传感器输出信号。因此，可以忽略有缺陷的单元，允许只从完整的单元进行测量。

在一些示例中，用于选择布置的传感器单元的输出信号的模块还可以包括：在确定多个完整传感器单元之后，如果比较传感器单元的输出信号指示该传感器单元是有缺陷的，则从多个完整传感器单元中取消选择一个传感器单元，或者从测量单元的集合中取消选择包含该一个传感器单元的测量单元。因此，如果单元在发生原始选择之后出现缺陷，则可以取消选择所述缺陷单元并且仅测量剩余的完整单元。

在一些示例中，用于选择布置的传感器单元的输出信号的模块还可以包括选择备用传感器单元来替换任何取消选择的传感器单元。因此，可以替换有缺陷的单元，以保持测量单元的传感器单元类型配置的一致性。

在一些示例中，用于选择布置的传感器单元的输出信号的模块还可以包括选择备用测量单元来替换任何取消选择的测量单元。因此，可以替换包含有缺陷单元的测量单元，以保持所选片段的一致性。

一些示例还可以包括位于传感器单元之间的空间中的金属网格。金属网格可以分散电荷，防止或减少ESD或其他放电对传感器单元的影响。

在一些示例中，至少两个互混传感器单元的重心之间的距离可小于A的平方根*0.25。通过将传感器单元之间的距离保持得较小，不同传感器单元之间的环境或其他外部影响可分布均匀。

在一些示例中，至少两个传感器单元之间的间隙可小于传感器单元的最大尺寸，能够使传感器单元紧密地包装在衬底上和/或与横跨管芯的外部影响无关。

在一些示例中，至少两个传感器单元之间的间隙可小于50微米。

示例涉及用于比较面积A中的传感器单元的布置中的传感器单元的输出的方法，该布置包括至少两个测量单元的集合，其中测量单元包括至少两个传感器单元，至少一个传感器单元包括对测量的量敏感的敏感传感器单元，其中传感器单元彼此互混。该方法包括选择布置的传感器单元的输出信号，并且通过比较不同测量单元的输出信号来确定测量的量或确定完整传感器单元。

示例涉及计算机程序，其具有当在处理器、计算机或可编程硬件上执行计算机程序时执行上述方法的程序代码。

附图说明

以下将仅通过示例并参考附图来描述装置和/或方法的一些示例，其中

图1示出了用于比较传感器单元的输出的装置；

图2示出了传感器单元的传统布置；

图3示出了应力测试期间的自然漂移和初期故障的演变；

图4示出了互混传感器单元的一般方法；

图5A示出了用于正常读出模式的半桥配置；

图5B示出了用于敏感传感器单元诊断模式的半桥配置；

图5C示出了用于参考单元诊断模式的半桥配置；

图6A示出了用于正常读出模式的全桥配置；

图6B示出了用于诊断模式的全桥配置；

图7示出了敏感单元和参考单元的传统布局；

图8示出了以矩形布置进行互混的示例；

图9示出了以六角形布置进行互混的示例；

图10示出了互混的任意布置；

图11示出了敏感单元和参考单元的交替布置；

图12示出了用于实现片段选择的基本示图；

图13示出了用于片段选择的一般布局；

图14示出了互混和分割的实际实现；

图15示出了用于分割的任意布置；

图16示出了正常读出和诊断读出与标度之间的相关性；以及

图17示出了用于比较传感器单元的输出的方法。

具体实施方式

现在将参考示出了一些示例的附图更详细地描述各种示例。在图中，为了清晰起见，线、层和/或区域的厚度可以被夸大。

因此，尽管进一步的示例能够进行各种修改和替代形式，但图中示出了其一些特定示例，并且随后将对其进行详细描述。然而，这种详细描述并不将进一步的示例限制于所描述的特定形式。其他示例可涵盖本公开范围内的所有修改、等效和替代。类似的数字是指在整个附图描述中类似或相似的元件，在提供相同或类似功能的同时，这些元件可以相同或修改的形式进行比较。

应理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”至另一元件时，这些元件可直接连接或耦合或者经由一个或多个中间元件。如果使用“或”组合两个元件A和B，应理解为公开所有可能的组合，即仅A、仅B以及A和B。相同组合的替换措词是“A和B中的至少一个”。这同样适用于两个以上元件的组合。

本文用于描述特定实例的术语无意限制用于其他实例。当使用诸如“一个”和“该”这样的单数形式时并且仅使用单个元件既不是显式也不隐式定义为强制时，其他示例也可以使用多个元件来实现相同的功能。同样，当功能随后被描述为使用多个元件实现时，其他示例可以使用单个元件或处理实体实现相同的功能。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在使用时指定所提特征、整数、步骤、操作、处理、动作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、处理、动作、元件、部件和/或它们的任何组合的存在。

除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)均具有示例所属领域的一般含义。

图1示出了用于比较传感器单元的输出信号的装置。该装置100包括由至少两个测量单元10、12、…1N组成的集合110。每个测量单元包括至少两个传感器单元10a、10b、…10n；12a、12b、…12n。至少一个测量单元的至少一个传感器单元包括敏感传感器单元。测量单元可以是传感器单元的任何组合或连接，诸如4个元件的全桥、2个元件的半桥或者没有电连接到一起但是同时进行测量的两个或更多个传感器单元。应该理解，任何能够提供测量的传感器单元的配置都可用作测量单元；上述列表并不详尽。

传感器单元可以是至少两种类型以及至少两个(或更多)组。对测量的量(诸如应力、温度、湿度、压电电阻率或其他感测原理)敏感的传感器单元应称为“敏感传感器单元”或“敏感单元”，并用字母S标记。对测量的量不敏感(或者基本不太敏感)的参考传感器单元应该称为“参考传感器单元”或“参考单元”，并用字母R标记。因此，敏感单元或敏感单元组可称为S1、S2等，并且参考单元或参考单元组可称为R1、R2等。

传感器单元彼此互混。如本文所用，互混意味着与传统方法相比，传感器单元的布置包括不同传感器单元或传感器单元组的混合。第一类和/或组的对应传感器单元可位于其他类型和/或组的对应传感器旁边，而不是将相同类型和/或组的传感器单元放在一起。例如，将图7所示的相同传感器单元类型/组的独立集合的传统布置与图8和图9所示的不同组和/或类型的传感器单元定位在相同集合内的互混布置进行比较。结合图4以及图7至图11更加详细地解释互混。

装置100包括用于选择布置的传感器单元的输出信号的模块120。用于选择布置的传感器单元的输出信号的模块120可以直接或间接地耦合至传感器单元布置的传感器单元(或每个传感器单元)。用于选择输出信号的模块可以包括能够选择一个或多个传感器单元的期望信号的任何装置，诸如多路复用器、数据选择器、矩阵开关、晶体管集合或者能够根据期望选择布置的一个、一些或所有传感器单元的任何开关或电路(或其等效物)，并且在本公开中更加详细地进行解释。

装置100还包括用于通过比较不同测量单元的输出信号来确定测量的量或确定完整传感器单元的模块130。用于确定测量的量或确定完整传感器单元的模块130可直接或间接地耦合至用于选择传感器单元的输出信号的模块120。用于确定测量的量或完整传感器单元的模块可以是处理器、FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)或者能够比较所选输出信号的可编程逻辑块或等效物的任何集合。换句话说，模块120可以选择可变配置中的一个、一些或所有传感器单元，并且模块130随后可以比较和处理所选传感器单元的信号。

这可以重复，以找到多个完整的传感器单元。因此，用于确定完整传感器单元的模块130可以进一步确定多个完整传感器单元，然后可以组合多个完整传感器单元的输出信号以获得组合传感器输出信号140。

最低限度地，单个感测MEMS设备或传感器设备用于感测期望的物理量。通过提供两个相同的传感器结构而不是单个传感器结构来使能诊断。这两个相同的传感器都可用于感测物理量(这里称为“正常读数”)。对于传感器诊断，可以评价两个相同结构的输出差异(这里称为“诊断读数”)。

图2示出了使用两个相同传感器的传统诊断。如果缺陷仅发生在这些相同结构中的一个上，仅在其输出中引起变化，则第一和第二传感器的输出之间的差异增大，并且可以检测到缺陷。监控传感器之间的原始未校准差异，以检测单点故障(即，仅一个MEMS设备中)。

然而，两个传感器之间的这种差异实际上可能是由于横跨MEMS区域的工艺和布局变化而造成的。由于这些传感器通常占据较大的硅面积，环境和物理因素会以不同的方式影响两个相同的传感器，导致或造成它们的读数之间的失配(差异)。这种失配可能较大，并且可能随着被测物理量和/或随着温度或其他物理量而变化。除此之外，这些失配在传感器的使用寿命期间也会发生变化。例如，如果失配对机械应力敏感并且机械应力条件随时间变化，则失配也将随时间变化。

在现场，这增加了确定是否违反传感器安全规范的难度，因为上述影响显著劣化了诊断读数和正常传感器读数的输出之间的相关性。如果没有这些劣化因素，这种相关性将允许基于诊断读数的变化预测正常读数误差的增加。

造成这种困难的主要原因有两个：(1)诊断读数的变化没有可预见地对应于正常读数的变化(转换因子具有大范围)；以及(2)必须增加诊断测试限值的大裕度以解释这种影响。

此外，特别关注的是在生产线筛选中检测初期缺陷。由于这些缺陷没有完全发展，它们被两个传感器之间的失配所掩盖。

诊断能力的限制源于设备的“自然”漂移。这些代表漂移在一定程度上影响所有设备。它们不是由于设备的局部缺陷，更重要的是，不一定对应于设备的故障以满足要求(因为这种偏移影响所有设备，并在鉴定中受到监控)。

通过生产中的筛选测试来控制现场故障率。在这种测试中，监控给定筛选应力期间的设备漂移。重点是检测初期缺陷，因为缺陷在生命周期中逐渐发展。其目的是检测那些不足以在0小时内(即生产线上)引起严重问题但可能导致现场故障的缺陷。

图3示出了经受筛选应力(例如，高温)的设备群体的诊断读数的漂移扩散。一旦引入应力，每个设备都将自然地远离其初始读数漂移。在传感器的诊断期间，初期故障的检测被这些自然漂移所掩盖。这是由于布局/处理失配所导致的，这些失配会随着使用寿命应力而放大。

如图3所示，这些自然漂移或依赖性掩盖了初期缺陷的小影响，降低了可检测性。如果诊断读数取决于温度和感测量，则可检测性降低。类似地，对机械应力条件(蠕变)变化的敏感性也会降低筛选效果。

对传统方法的一种可能改进可通过使用传感器单元的互混布置而非仅使用两个大单元来进行。传感器单元可以基于两个一般属性进行布置：电气和物理布置。

图4示出了互混的一般概念。代替使用两个大传感器，使用连接在一起并一起控制的较小传感器的集合。以下述方式建立连接：将传感器分为两组传感器(组1和组2)，每组对应于图2所示传统方法中使用的两个传感器中的一个。两个传感器组中的各个传感器彼此互混，具有公共的重心布局。应该注意，尽管图4仅示出了两个传感器组，但可以使用任意数量的传感器组。如稍后所描述的，通过使用两组敏感传感器单元和两组参考(即，不敏感)传感器单元，可以使能多种测量配置。

与传统布置相比，使用该方法提供了多种优势：

a)使用较小传感器的集合允许更好地布局以减少结构之间的失配，这减小了诊断读数(测量失配)对感测物理量和温度的依赖性。这允许使由于传感器缺陷而产生的偏差具有更好的“可见性”。

b)由于两组中对应元件之间较小的几何距离，因此两个传感器组的机械应力灵敏度之间的相关性更好。这会使得在筛选应力期间(以及在现场，在使用寿命期间)诊断读数的漂移减小，从而使由于渐进性缺陷而产生的漂移具有更好的“可见性”。

c)这种新布局允许在MEMS元件之间的空间中为MEMS提供致密的金属网格。如稍后所述，这允许防止外部电耦合，诸如电动ESD脉冲。

在图5和图6中示出了用于测量单元的一些电气布置。图5示出了以半桥配置使用各种敏感和参考单元的三种可能的测量模式。图6示出了由各种半桥配置的组合组成的全桥配置中的两种可能的测量模式。应该理解，尽管参照图5和图6示出了许多可能的电气配置，但该列表并不详尽，而是可采用许多其他变化(包括非桥式配置)。

图5A示出了半桥配置的敏感传感器单元和参考传感器单元。由于参考单元对测量的量不敏感(或基本上不太敏感)，所以图5A的配置返回测量的量(即，敏感传感器单元和返回参考值的参考单元的测量值之间的差)。如前所述，该模式应该称为“正常读数模式”500a。

图5B示出了与图5A相同的布置，除了两个传感器都是敏感传感器单元。该模式返回两个敏感单元格的差；因此，该模式是诊断模式。为了清楚，应该将其称为“敏感诊断模式”500b。

图5C示出了与图5A和图5B相同的布置，除了两个传感器都是参考传感器单元。该模式返回两个参考单元的差；如前所述，该模式也是诊断模式。为了区别于图5B的配置，应该将其称为“参考诊断模式”500c。

图5示出了使用电容式传感器的各种配置，但所描述的实施例并不意味着仅限于电容式传感器。应该认识到，电阻器、晶体管和压电传感器以及其他传感器或感测原理可以在类似配置中代替电容器。因此，“正常读数”或“诊断模式”中基于半桥电阻、压电或晶体管的配置也是可能的。

图6所示的全桥配置类似于图5的半桥配置。图6A示出了“正常读数模式”600a，并且图6B示出了“诊断模式”600b。本领域技术人员应容易理解，这些模式与结合图5的半桥配置所述的模式类似地工作。图6示出了使用电容式传感器的各种配置，但是与图5类似，这些实施例并不意味着仅限于电容式传感器。应该认识到，电阻器、晶体管和压电传感器、以及其他传感器或感测原理可以在类似的配置中代替电容器。因此，“正常读数”或“诊断模式”中的基于全桥电阻、压电或晶体管的配置也是可能的。

装置100的测量单元10、12的集合可包括半桥(500a、500b、500c)或全桥(600a、600b)传感器单元类型配置。半桥配置的传感器单元从由一个参考单元和一个敏感单元(500a)、两个敏感单元(500b)和两个参考单元(500c)组成的组中选择，而全桥配置的传感器单元包括两个半桥配置的传感器单元的组合。

图7示出了传感器单元的物理布局的传统方式，以实现感测和诊断模式。如图7所示(类似于图2，但有四组传感器元件)，并联连接每种传感器类型的大集合(敏感单元分组为S1，敏感单元分组为S2，参考单元分组为R1，以及参考单元分组为R2)。在传统方法中，相同分组的元件之间的间距701被最小化，因此影响任何给定集合的环境和其他因素是均匀的。例如，影响两个相邻R1单元的环境因素非常相似。然而，不同分组之间的间距702并不小，并且影响S1单元的环境因素可能与影响位于管芯其他位置的S2单元的因素显著不同。因此，不同的传感器组会遇到影响它们读数的非均匀因素。由于这种布置，需要选择相距较远的传感器元件，以影响前文描述的所有测量模式。

为了使各种传感器的读数与上述测量单元配置之间的失配最小，传感器元件之间的间距应该较小。这里的“小”是指与整个传感器集合的尺寸相比的距离，以便确保均匀的处理条件和环境因素，使得传感器元件上的功能的ESD或封装/测试器应力以相同或非常相似的方式影响传感器单元。例如，“小”可表示各个传感器元件之间的间距小于50微米(或25微米或10微米)，或者两个传感器元件之间的间隙小于传感器元件的最大尺寸(或最小尺寸)。“小”也可以表示至少两个互混传感器单元的重心之间的距离是A的平方根*X，其中A是传感器单元的集合的面积，X是小于或等于0.25的多个乘法系数。“小”还可以表示测量单元中的最大元件的面积小于A/16(或A/8或A/32)。

图8示出了一种使用简化矩形布置互混传感器单元的方法。代替如图7所示在它们自己的单独设置中布置四个传感器元件S1、S2、R1和R2的传感器单元，传感器单元彼此互混。传感器元件的总数及被它们覆盖的面积保持不变；然而，不同单元类型或组之间的距离被最小化，以消除不同外部(即，环境)因素的影响。

各个传感器元件之间的间距801与图7的布置类似。然而，与图7相比，不同组的传感器元件之间的间距802也被最小化(将802和702相比)。尽管在传感器元件的不同集合之间可能存在间隙，但与图7的布置不同，不需要选择在它们之间具有这种大间隙的传感器元件。互混布置提供了来自每个分组的多个传感器元件具有足够近的间距802，使得不需要选择相距较远(因此经历不同影响因素)的传感器元件，尽管它们可以。

因此，在图8所示的简化布置中，实现了二次、矩形、均匀布置，相对于各个传感器元件的重心具有小间距以及相对于传感器集合的面积具有小间距。

与图8的矩形图案相对，图9示出了以六角形图案布置的传感器单元的布置。该布置类似于图8的布置，并且各个传感器元件之间的间距901类似于矩形布置的间距801。类似地，不同分组的传感器元件之间的间距902也以与矩形布置的间距802相同的方式最小化。应该理解，尽管图8示出了矩形布置(和矩形传感器单元)且图9示出了六角形布置(和六角形传感器单元)，但绘制这些形状仅是为了附图的清楚。传感器单元可以是任何形状(圆形、矩形、六角形、不规则等)，并且可以任意图案(矩形、三角形、六角形等)布置。传感器单元的形状及其布置均不限于所示实施例。

图10示出了图8和图9的传感器布置的一个集合的一般布置。应该理解，只要间距1001相对于传感器元件的重心和传感器元件集合的面积较小，就可以使用任意形状、对称性和间距的传感器元件。例如，只要元件之间的最大重心间距1001小于A的平方根*0.25或者最大元件的面积小于A/16，就可以使用两组敏感传感器单元(S1和S2)和两组参考传感器单元(R1和R2)的任何布置。

此外，传感器单元元件可具有可比较的电容。敏感单元组S1和S2可具有相同(或不同)的形状、相同(或不同)的电容大小以及对测量的量相同(或不同)的灵敏度。类似地，两个参考单元组R1和R2可具有相同(或不同)的形状、相同(或不同)的电容大小以及对测量的量相同(或不同)的灵敏度。敏感单元组S1和S2的形状可与参考单元组R1和R2的形状相同。

图11示出了互混传感器单元的替代布置。由于参考单元R1和R2对测量的量不敏感(或敏感度低得多)，因此它们通常不被变化的环境因素或外部应力所影响。因此，将敏感传感器单元S1和S2互混的布置仍然可以减少这些传感器的读出失配(因为它们受环境因素的影响)，同时将参考单元保持在更传统的布置中。应注意，结合图7至图10讨论的间距要求仍然应该考虑敏感传感器单元，因为其是确保测量的量的均匀性的小间距。保持敏感传感器单元S1和S2之间的间距1101，而敏感单元和参考单元之间的间距为1102是无关的，因为参考单元不受环境因素的影响。

在上文描述的仅互混实现中，单个组(S1、S2、R1或R2)的所有元件都一起连接并读取。可以选择和比较任何这种分组的传感器单元或测量单元配置的输出信号，以便获得测量的量或比较各个分组的读数(使用前文提到的正常读出或诊断模式)。

另一可能的改进是允许独立读出每个传感器元件。MEMS的这种结构具有其子部分也可以是完整的传感器结构的优点。这意味着，如图12至图15所示并在下文详细解释，MEMS可以被组织成可以被独立激活或去激活的多个区域。例如，被并联连接以形成较大片段的基本桥接元件(用于智能感测和筛选)可以被单独寻址和读取。在测试期间或者在现场，片段的接线可以是硬接线或者是可配置的。通过控制独立命令每个区域的电压，可以实现分段。

在筛选试验期间，可独立地读取每个元件(或一小组元件)。这允许筛选出单个传感器元件的漂移是异常值的设备。这种方法是有利的，因为当读取受影响的元件时，通过缺陷给出的读数与读取整个传感器时的读数相同。另一方面，与整个传感器相比，当读取单个元件时，自然漂移给出的读数会更小。因此，可以定位各个传感器中的缺陷。

图12示出了用于实现分段或片段选择的基本示图。模式选择器1201确定期望的测量模式(诸如基于半桥或全桥配置的正常读数模式或诊断模式)。片段选择器1202仅激活期望的片段(例如，通过控制命令每个区域的电压)。只有选定片段1203内的传感器单元被片段选择器1202激活，使它们的信号通过ADC 1205并传到信号处理部1206。通过这种方式，片段选择器1202可以激活与传感器单元的子集和/或测量单元集合的子集相对应的任何片段，然后可以对其进行测试以确定它们的读数和/或确定单元的任何所述子集是否完整或有故障。测量单元集合的子集可以包括相同传感器单元类型配置(即，半桥或全桥)的单元。没有选择剩余片段1204。

图13示出了基于图4所示原理的分段的一般概念。图11的片段选择器1202没有选择传感器1和2的整个分组，而是只选择这些分组1301的子集。所选元件的子集可保留与仅互混实现中相同的传感器单元或测量单元类型配置，并且可以执行类似的测量。然而，与图4至图11所示的仅互混实现不同，分段允许对所选单元1301进行测试(或排除在测试1302之外)，然后通常可以对其进行处理或读取。可以相对于彼此基于各种布置来选择分段，尤其是具有特定对称性的那些，诸如：点、轴、交错、矩形、六角形或者其他规则或不规则图案。片段的大小也可以变化，允许片段的相对比较、比较诊断功能、冗余方案或调整的校准。最后，正如在仅互混配置一样，片段的部件可以在测试期间或在现场硬接线或可配置。

用于选择布置的传感器单元的输出信号的模块120可以配置为选择至少一个片段1203、1301。片段可以包括相同传感器单元类型配置的测量单元集合(总体为1203和1204或1301和1302)的子集1203、1301。用于确定测量量或确定完整传感器单元的模块130可被配置为使用至少一个片段测量1206传感器单元。因此，可以选择子集(即，单个片段)并且可以仅测量该片段内的单元，而不是使用传感器单元的整个集合。这允许从测量的量的测量和定位中去除不想要的单元。

另一方面，用于确定测量的量或确定完整传感器单元的模块130可被配置为比较1206使用多个片段获得的测量值(即，除了图12所示的片段1之外，激活片段2)。用于确定测量的量或确定完整传感器单元的模块130可以被配置用于比较一个或多个片段的输出信号，以确定与一个或多个片段的传感器单元的自然漂移相关的信息。然而，单个传感器的漂移可能被片段中的其他传感器掩盖；通过相互比较片段，可以实现漂移方差的确定。换句话说，用于确定测量量或确定完整传感器单元的模块130还可以包括用于比较一个或多个片段的输出信号以确定与一个或多个片段的传感器单元的自然漂移相关的信息的模块。

通过定位测量，用于确定测量的量或确定完整传感器单元的模块130还可以包括用于确定与传感器单元布置的至少一个传感器单元的漂移相关的信息的模块。

一旦确定传感器单元的漂移信息，用于确定测量的量或确定完整传感器单元的模块130还可以包括用于将与传感器单元的漂移相关的信息与估计漂移信息进行比较的模块。估计漂移信息可基于诊断漂移测量。此外，诊断漂移测量可以是校准的和/或温度补偿的测量。

图14示出了用于实现包括传感器单元的互混的分段的布局概念。敏感单元(S1和S2)和参考单元(R1和R2)如前所述被互混，并且最小化单元之间的间距。使用仅互混方法，可以使用这些传感器单元的整个分组进行测量，例如通过形成由集合中的所有传感器单元组成的各种测量单元配置。如果集合中的一个特定单元有缺陷，则该缺陷可能会在同一组的所有传感器单元的聚集中被掩盖。在这种情况下，分段是有利的。

子集可以如片段1-4所标记被激活(应该认识到许多片段配置是可能的；仅为了清楚示出了图14的简化场景)。然后，可以将每个片段分配到测量单元的子集中，并且可以测量整个集合类似的方式获得并比较测量，但一次仅限于一个片段的情况除外。附加地或者备选地，可以同时激活多个片段并且也可以比较它们的测量，能够基于与另一个(非缺陷)片段的比较来检测一个片段内的缺陷或漂移。可以根据需要修改分段，使得可以仅使用单元的特定子集进行测量；因此，为了实现更局部的测量而排除特定单元。如果一个特定单元有缺陷，则可以从比较测量中包括(或排除)，并进行专门测试。

图15示出了与图10布局类似的单个片段内的单元的任意布置，每个形状均表示每组的一个单元(S1、S2、R1和R2)。单个片段可由基于配置重心处的平移、旋转、反射或它们的任何组合的任意单元布置形成。反射可以是点、线或镜像反射。图15示出了4个单元：1501、1502(1501的平移)、1503(1501的线反射)和1504(1501的平移和线反射)。然而，必须注意确保各个元件的间距相对于集合面积仍然较小。具体地，传感器单元重心的间距应保持先前描述的特性，诸如小于(A的平方根*0.25)。类似地，可以形成多个片段并相互比较。

使用前文讨论的正常读数和诊断模式，可以检测传感器的严重损坏。能够检测小于完全损伤的偏差可能会更为有利。在这个意义上，诊断模式应该能够检测到正常读数中的漂移(由于缺陷)，这些漂移足够大到违反规范(在公差内)。这意味着诊断读数中的漂移和正常读数中的漂移之间需要可预测的相关性。

为了改善诊断和正常读数模式之间的这种相关性，可以校准诊断模式并补偿随温度和感测量的变化，并以与正常读数(传感器灵敏度标度)相同的方式进行标度。这种类型的校准的优点是：诊断读数中的漂移将是测量物理量时传感器具有的测量误差量的直接指示。

图16示出了灵敏度标度与正常和诊断读出模式之间的关系。随着灵敏度的提高，所有样本的扩展也会增加。在低灵敏度1601处，扩展是最小的，由此使得难以检测偏差。然而，随着灵敏度增加1602，扩展也增加。通过校准，诊断与正常读数之间的相关性增加了诊断覆盖范围，从而使诊断取代更传统的测试(诸如在汽车气囊中使用的压力传感器的情况下的系统级环境压力测试)。

通过实现上述互混和分段，可以测量各种不同传感器单元布置的正常读数和诊断模式，从而更准确地检测超出可接受公差的缺陷或变化。与传统的方法不同，当检测到失配时，分段允许进一步深入特定区域或传感器元件，以检测生产线和现场各个或局部缺陷。

在确定多个完整的传感器单元后，可将它们的信号组合并通过单个源输出，以生成不太受环境因素或其他应力影响的更精确的读数。随着时间的推移，可再次对这些单元进行测试(根据安全规范或其他要求进行测试)，以确保不会出现时间依赖性或现场缺陷。

在初始测试(t>0)之后的某个时间应该检测到故障单元，可配置布线和分段实现允许取消选择故障单元。如此，剩余(完整)单元的布置将继续提供有意义的读数，并保持在安全规范内而不会受到缺陷单元的错误读数的影响。

因此，在确定多个完整传感器单元后，用于选择传感器单元的模块120可以从多个完整传感器单元中取消选择传感器单元。附加地或者备选地，如果比较传感器单元的输出信号表明传感器单元有缺陷，则用于选择传感器单元的模块120可以从测量单元的集合中取消选择包含该传感器单元的测量单元。

一旦检测到有缺陷的单元，则可以取消选择该单元或者其所属的测量单元。由于分段的可配置性，可以选择替换单元(或相同配置的替换测量单元)，使得保持选择的对称性。在这种情况下，应注意保持前文提到的间距要求。然而，在仅可用的替换单元违反了小间距要求的情况下，仍然可以选择它，因为它可能影响所选集合的聚合读数。只要足够量的完整单元保持具有充分近的间距，异常单元对聚集读数的影响将很小。

因此，用于选择布置的传感器单元的输出信号的模块120可以选择备用传感器单元来替换任何未被选择的传感器单元。附加地或者备选地，用于选择布置的传感器单元的输出信号的模块120可以选择备用测量单元来替换任何未被选择的测量单元。

图17示出了用于比较传感器单元的输出的方法的流程图(诸如与图1的装置相关示出的布置)。方法1700包括选择布置的传感器单元的输出信号(1701)以及通过比较不同测量单元的输出信号来确定测量的量(1702)或确定完整传感器单元(1703)。输出信号的选择(1701)可以通过上述任何一种模块来完成：例如，可以选择传感器单元组的整个集合，可以选择传感器单元的一个特定片段，或者可以选择传感器单元的多个不同的片段。一旦选择了传感器单元的输出信号(1701)，就可以读取这些信号以确定测量的量1702(诸如正常或诊断读数)。备选地，它们可以相互比较，以便确定完整的传感器单元1703，诸如通过比较整个分组、一个片段或比较多个片段。

通常，在传感器元件的ESD测试期间，电晕放电自身会寄生地耦合至传感器，引起EMP和粒子流，这在MEMS中引起电荷变化，从而导致测量(压力)信号错误。通过使用较小互混单元的布置而不是使用两个较大传感器的传统方法，可以在传感器单元元件之间的间距中放置金属网格，由此减少或消除ESD残余效应。此外，互混通过若干机制来解决这个问题：传感器的耦合电容变得均衡；从电晕到传感器表面的电荷粒子通量变得均衡；以及通过不对称预偏振电荷(来自以前的放电)在传感器中诱发的电荷也变得均衡。

所提及和描述的方面和特征连同一个或多个先前详细的示例和附图也可以与一个或多个其他示例结合，以替换另一示例的类似特征或者将该特征另外引入另一示例。

示例可进一步是或者涉及计算机程序，其具有当计算机程序在计算机或处理器上执行时用于执行上述一种或多种方法的程序代码。上述各种方法的步骤、操作或处理可通过编程计算机或处理器执行。示例还覆盖程序存储设备，诸如数字数据存储介质，它们是机器、处理器或计算机可读的并且编码机器可执行、处理器可执行或计算机可执行指令程序。指令执行或导致执行上述方法的部分或全部动作。例如，程序存储设备可以包括或者是数字存储器、磁性存储介质(诸如磁盘和磁带)、硬盘驱动器或光可读数字数据存储介质。其他示例还可以覆盖被编程以执行上述方法的动作的计算机、处理器或控制单元或者被编程以执行上述方法的动作的(现场)可编程逻辑集((F)PLA)或(现场)可编程门集((F)PGA)。

说明书和附图仅示出本公开的原理。此外，本文所列举的所有示例主要是为了教学目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明人为本领域所做贡献的概念。本文详述本公开的原理、方面和示例的所有陈述以及具体示例旨在包含其等价物。

表示为执行特定功能的“用于…的装置”的功能块可表示被配置为执行特定功能的电路。因此，“用于…的装置”可以实现为“被配置为或者适合于…的装置”，诸如被配置为或适合于对应任务的设备或电路。

图中所示各种元件的功能，包括标为“装置”、“用于提供信号的装置”、“用于生成信号的装置”等的任何功能块可以专用硬件的形式实现，诸如“信号提供器”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等以及能够执行与适当软件相关的软件的硬件。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独处理器提供，其中一些或全部可以共享。然而，术语“处理器”或“控制器”目前不限于仅能执行软件的硬件，而是可以包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门集(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。也可以包括其他传统和/或定制的硬件。

例如，框图可以示出实现本发明原理的高级电路图。类似地，流程图、状态转换图、伪代码等可以表示各种处理、操作或步骤，例如，这些处理、操作或步骤可以基本上在计算机可读介质中表示并且由计算机或处理器执行，无论是否明显显示这种计算机或处理器。说明书或权利要求书中公开的方法可以通过具有执行这些方法的每个对应动作的装置的设备来实现。

应理解，除非另有明确或含蓄的说明，例如出于技术原因，说明书或权利要求中公开的多个动作、处理、操作、步骤或功能的公开可以不构造为在特定顺序内。因此，公开多个动作或功能不会将它们限于特定顺序，除非这些动作或功能因技术原因不能互换。此外，在一些示例中，单个动作、功能、处理、操作或步骤可以包括或者可以分为多个子动作、子功能、子处理、子操作或子步骤。除非明确排除，否则这种子动作可包括在该单个动作的公开的部分中。

此外，以下权利要求结合到详细说明中，其中每个权利要求可以作为单独的示例单独存在。虽然每项权利要求可以独立作为单独示例，但应当注意，尽管从属权利要求可以在权利要求中提及与一项或多项其他权利要求的特定组合，但其他示例也可以包括该从属权利要求与每一项其他独立或从属权利要求的主题的组合。这里明确提出这种组合，除非规定不打算使用特定组合。此外，还可以向任何其他独立权利要求包括一项权利要求的特征，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。

参考标号列表：

100 用于比较传感器单元的输出的装置

110 测量单元的集合

10、12、1N 测量单元

10a、10b、10n 传感器单元

12a、12b、12n 传感器单元

120 用于选择或取消选择传感器单元的模块

130 用于确定测量的量的模块或用于确定完整传感器单元的模块

140 传感器输出信号

150 金属网格

500a 正常读数模式下的半桥配置

500b 敏感诊断模式下的半桥配置

500c 参考诊断模式下的半桥配置

600a 正常读数模式下的全桥配置

600b 诊断模式下的全桥配置

701 相同组的传感器元件之间的间距

702 不同组的传感器元件之间的间距

801 相同组的传感器元件之间的间距

802 不同组的传感器元件之间的间距

901 相同组的传感器元件之间的间距

902 不同组的传感器元件之间的间距

1001 不同组的传感器元件之间的间距

1101 敏感传感器元件之间的间距

1102 敏感元件和参考元件之间的间距

1201 模式选择器

1202 片段选择器

1203 主动选择片段

1204 非选择片段

1205 ADC

1206 信号处理器

1301 主动选择片段

1302 非选择片段

1501 初始片段选择

1502 片段1501的平移

1503 片段1501的反射

1504 片段1501的平移和反射

1601 较小规模扩展

1602 较大规模扩展

1700 方法

1701 输出信号的选择

1702 测量的量的确定

1703 完整传感器单元的确定

A 传感器单元的布置的面积

S1、S2 敏感传感器单元

R1、R2 参考传感器单元

Claims (20)

1.一种用于比较面积A中的传感器单元的布置中的传感器单元的输出的装置(100)，包括：

至少两个测量单元(10、12)的集合(110)，其中测量单元包括至少两个传感器单元(10a、10b、12a、12b)，其中至少一个测量单元的至少一个传感器单元包括敏感传感器单元(S1、S2)，所述敏感传感器单元对测量的量敏感，其中所述传感器单元彼此互混；

用于选择所述布置的传感器单元的输出信号的模块(120)；以及

用于通过比较不同测量单元的输出信号来确定测量的量或者确定完整传感器单元的模块(130)。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述传感器单元的所述布置包括作为参考传感器单元(R1、R2)的至少第一单元类型以及作为敏感传感器单元(S1、S2)的至少第二单元类型，其中所述参考单元对测量的量所具有的敏感度与所述敏感传感器单元不同。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，

其中所述测量单元的集合包括测量桥，其中所述测量桥包括半桥(500a、500b、500c)或全桥(600a、600b)传感器单元类型配置，

其中半桥配置的传感器单元是从由{一个参考单元和一个敏感单元(500a)、两个敏感单元(500b)、以及两个参考单元(500c)}组成的组中选择的，并且

其中全桥配置的传感器单元包括两个半桥配置的传感器单元的组合。

4.根据权利要求3所述的装置(100)，

其中用于选择所述布置的传感器单元的输出信号的所述模块(120)被配置为选择至少一个片段(1203)，其中片段包括相同传感器单元类型配置的测量桥的集合的子集；以及

其中用于确定测量的量或者确定完整传感器单元的所述模块(130)被配置为使用至少一个片段测量(1206)所述传感器单元。

5.根据权利要求4所述的装置(100)，其中用于确定测量的量或者确定完整传感器单元的所述模块(130)被配置为比较(1206)使用多个片段(1203、1204)得到的测量值。

6.根据权利要求5所述的装置(100)，其中第一片段(1501、1502)是第二片段(1503、1504)在所述配置的重心处的平移、旋转、反射或者它们的组合。

7.根据权利要求6所述的装置(100)，其中所述反射是点、线或镜像反射。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置(100)，其中用于确定测量的量或者确定完整传感器单元的所述模块(130)还包括：比较一个或多个片段的输出信号，以确定与所述一个或多个片段的传感器单元的自然漂移相关的信息。

9.根据权利要求8所述的装置(100)，其中用于确定测量的量或者确定完整传感器单元的所述模块(130)还包括：确定与传感器单元的所述布置的至少一个传感器单元的漂移相关的信息。

10.根据权利要求9所述的装置(100)，其中用于确定测量的量或者确定完整传感器单元的所述模块(130)还包括：将与所述漂移相关的信息与估计漂移信息进行比较，并且基于诊断漂移测量来估计所述估计漂移信息。

11.根据权利要求10所述的装置(100)，其中所述诊断漂移测量是校准的和/或温度补偿的测量。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中用于确定测量的量或者确定完整传感器单元的所述模块(130)还包括：

确定多个完整传感器单元；以及

组合所述多个完整传感器单元的输出信号，以得到组合的传感器输出信号(140)。

13.根据权利要求12所述的装置(100)，其中用于选择所述布置的传感器单元的输出信号的所述模块(120)还包括：在确定所述多个完整传感器单元之后，如果比较所述传感器单元的输出信号指示所述传感器单元是有缺陷的，则从所述多个完整传感器单元中取消选择一个传感器单元，或者从所述测量单元的集合中取消选择包含所述一个传感器单元的测量单元。

14.根据权利要求13所述的装置(100)，其中用于选择所述布置的传感器单元的输出信号的所述模块(120)还包括：选择备用传感器单元以替换任何取消选择的传感器单元，或者选择备用测量单元以替换任何取消选择的测量单元。

15.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，还包括位于所述传感器单元之间的空间中的金属网格(150)。

16.根据权利要求1所述的装置(100)，其中至少两个互混传感器单元(10a、10b)的重心之间的距离小于A的平方根*0.25。

17.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述至少两个传感器单元(10a、10b)之间的间隙小于所述传感器单元的最大尺寸。

18.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述至少两个传感器单元(10a、10b)之间的间隙小于50微米。

19.一种用于比较面积A中的传感器单元的布置中的传感器单元的输出的方法(1700)，所述布置包括至少两个测量单元(10、12)的集合(110)，其中测量单元包括至少两个传感器单元(10a、10b、12a、12b)，其中至少一个传感器单元包括敏感传感器单元(S1、S2)，所述敏感传感器单元对测量的量敏感，其中所述传感器单元彼此互混，所述方法包括：

选择(1701)所述布置的传感器单元的输出信号；以及

通过比较不同测量单元的输出信号，确定(1702)测量的量或者确定(1703)完整传感器单元。

20.一种计算机程序，具有当在处理器、计算机或可编程硬件上执行所述计算机程序时执行权利要求19所述的方法的程序代码。