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Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit umschaltbarer Funktionalität sowie
ein elektronisches Bauteil mit einer solchen Schaltungsanordnung.
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In
Steuergeräten
moderner Kraftfahrzeuge sind für
verschiedene Aufgaben eine Vielzahl elektrischer und elektronischer
Schaltungsteilen vorgesehen. Die vorliegende Erfindung sowie die
ihr zugrunde liegende Problematik wird nachfolgend mit Bezug auf
eine Diagnoseschaltung innerhalb eines Steuergerätes eines Kraftfahrzeuges erläutert, ohne
die Erfindung allerdings darauf zu beschränken.
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Diagnoseschaltungen
sind dazu ausgelegt, den Zustand einer Schaltung oder eines Teils
davon zu erfassen und gegebenenfalls auszuwerten, damit Fehler vorzeitig
erkannt werden können.
Die Diagnose kann mehr oder weniger aufwändig ausgestaltet sein. Oft
reicht es aus, eine Information darüber zu erhalten, ob die zu
diagnostizierende Schaltung einen Fehler aufweist oder nicht. Für viele
Anwendungen reicht diese einfache Art der Diagnose allerdings nicht
aus. Beispielsweise kann eine fehlerbehaftete Schaltungsanordnung
dennoch funktionsfähig
sein. Umgekehrt können
mehrere unterschiedliche Fehler auftreten, die für die Funktionsweise der Schaltungsanordnung
jeweils unterschiedlich zu bewerten sind. Auch möchte man insbesondere zum Zwecke
der Fehlerbeseitigung wissen, um welche Art eines Fehlers es sich
handelt, um die entsprechenden Maßnahmen einzuleiten. Im Falle
einer zu diagnostizierenden Antennenschaltung existieren z.B. folgende Zustände:
- (a) Antenne funktionsfähig;
- (b) Zuleitung(en) funktionsfähig;
- (c) Kurzschluss der Antenne gegen ein Versorgungspotenzial;
- (d) Kurzschluss einer Zuleitung gegen ein Versorgungspotenzial;
- (e) Kurzschluss der Antennenwicklung;
- (f) Nicht gesteckte Antennen.
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Die
einfache Diagnose unterscheidet lediglich den Fall (a) von den übrigen Fällen (b)-(f).
Eine Unterscheidung der Fehlerfälle
(b)-(f) ist hier allerdings nicht möglich. Hierzu ist eine erweiterte
Diagnoseschaltung mit einer im Vergleich zur einfachen Diagnose
erweiterten Diagnosefunktion erforderlich, die dazu ausgelegt ist,
die verschiedenen Fehlerfälle (b)-(f)
voneinander zu unterscheiden. Dies bedeutet allerdings, dass je
nach Art und gewünschter
Funktionalität
der Diagnose entsprechende Diagnoseschaltungen bereitgestellt werden
müssen.
Dies ist indes herstellungstechnisch relativ aufwändig, da
die jeweiligen in ihrer Funktion unterschiedlichen Diagnoseschaltungen
lediglich in einer vergleichsweise geringen Stückzahl hergestellt werden können, was
insgesamt aber zu höheren
Kosten der einzelnen Diagnoseschaltungen führt.
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Aus
diesem Grunde besteht der Bedarf, eine einzige Diagnoseschaltung
bereitzustellen, die sowohl für
die volle Funktionalität
als auch für
eine eingeschränkte
Funktionalität
ausgelegt ist. Dies kann z.B. dadurch realisiert werden, dass ein
Teil der Funktionalität
der Diagnoseschaltung ausgeblendet wird, beispielsweise indem der
entsprechende Halbleiterchip während
der Fertigung unter Verwendung von so genannten Fuses und Antifuses
programmiert wird und auf diese Weise bereits während der Fertigung festgelegt
wird, ob die Diagnoseschaltung die volle Funktionalität oder die
reduzierte Funktionalität aufweist.
Dies ist herstellungstechnisch relativ aufwändig. Zudem gewährleistet
diese Vorgehensweise nicht die erforderliche Flexibilität, da bereits
sehr früh im
Herstellungsprozess – z.
B. durch den Halbleiterhersteller – festgelegt werden muss, ob
die Diagnoseschaltung nun die volle oder die reduzierte Funktionalität aufweist.
Auch kann dies später
nicht mehr verändert
werden. Häufig
besteht allerdings der Bedarf, dass der Hersteller der Steuergeräte mit den darauf
aufgebrachten Diagnoseschaltungen eine entsprechende Festlegung
durchführen
möchte,
ob diese Diagnoseschaltungen die volle oder die reduzierte Funktionalität aufweisen.
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Eine
weitere Lösungsmöglichkeit
bestünde darin,
dass durch Umschalten eines extern an der Diagnoseschaltung angebrachten
Schalters die vollständige
oder die reduzierte Funktionalität
der Diagnoseschaltung eingestellt wird. Das Problem hierbei besteht
aber darin, dass der Hersteller von Steuergeräten mit Diagnoseschaltung die
Möglichkeit
haben möchte,
einerseits eine vergleichsweise teure Diagnose mit voller Funktionalität oder andererseits
eine im Vergleich dazu kostengünstigere
Diagnoseschaltung mit reduzierter Funktionalität anzubieten und zu vertreiben.
Im Falle einer externen Umschaltbarkeit der Funktionalität hätte dies
den Nachteil, dass bei einer kostengünstigeren Diagnoseschaltung
mit reduzierter Funktionalität
der Anwender nach dem Kauf auf die vollständige Funktionalität der Diagnoseschaltung
umschalten kann, obgleich er diese vollständige Funktionalität nicht
bezahlt hat.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine herstellungstechnisch sehr einfache Schaltungsanordnung mit
umschaltbarer Funktionalität
bereitzustellen, die insbesondere ein einfaches Erkennen der gewünschten
Funktionalität
ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mittels einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und/oder durch ein elektronisches Bauteil mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 10 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- – Eine
Schaltungsanordnung mit umschaltbarer Funktionalität, mit einer
ersten integrierten Schaltung, die in einer ersten Betriebsart eine
vollständige
Funktionalität
aufweist und die in zumindest einer weiteren Betriebsart eine ge genüber der vollständigen Funktionalität reduzierte
Funktionalität
aufweist, mit einem Ausgangsanschluss, an das ein Koppelelement
ankoppelbar ist, mit einer Erkennungseinrichtung, die erkennt, wenn
der Ausgangsanschluss über
das Koppelelementes mit einem ersten Versorgungspotenzial beaufschlagt
ist und in diesem Fall ein Statussignal mit einem ersten Wert erzeugt
und die andernfalls ein Statussignal mit einem zweiten Wert erzeugt,
mit einer Einstelleinrichtung, die abhängig von dem Wert des Statussignals
bei der ersten integrierten Schaltung die vollständige oder die reduzierte Funktionalität einstellt.
- – Ein
elektronisches Bauteil, mit einem Trägerelement, auf dem zumindest
eine Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche und zumindest
eine von der Schaltungsanordnung beabstandete Kontaktfläche, angeordnet
sind, mit einem zumindest teilweise geschlossenen Gehäuse, innerhalb
dem das Trägerelement
angeordnet ist, wobei in der ersten Betriebsart der Ausgangsanschluss
mit der Kotaktfläche über das Koppelelement
verbunden ist und in der zweiten der Betriebsart der Ausgangsanschluss
vollständig
von der Kotaktfläche
entkoppelt und getrennt ist.
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Die
Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
eine vollständige
Funktionalität
und eine demgegenüber
reduzierte Funktionalität
einer integrierten Schaltung, wie z. B. einer Diagnoseschaltung,
definiert dadurch eingestellt werden kann, dass an einem Ausgangsanschluss,
beispielsweise einem Bondpad, ein Koppelelement angeschlossen wird
oder nicht. Dieses an den Ausgangsanschluss bzw. dem Bondpad angekoppelte
Koppelelement ist mit einem definierten Versorgungspotenzial verbunden.
Je nach dem, ob an dem Ausgangsanschluss bzw. Bondpad das Koppelelement
angekoppelt ist oder nicht, stellt sich dadurch ein definiertes
unterschiedliches Potenzial ein, welches mittels einer eigens dafür vorgesehenen
Erkennungseinrichtung erkannt werden kann. Durch das Anbringen oder
Nichtanbringen eines Koppelelementes an den Ausgangsanschluss bzw.
dem Bond pad lässt
sich somit gewissermaßen
eine Schalterfunktion realisieren und auf diese Weise jeweils zwischen
der vollständigen
und der reduzierten Funktionalität
unterscheiden. Durch Auswertung des so erkannten Zustands lässt sich
anschließend
mit einer eigens dafür
vorgesehenen Einstelleinrichtung die vollständige oder reduzierte Funktionalität einstellen.
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Auf
diese Weise kann ein einziger Chip, der eine integrierte Schaltung
mit unterschiedlichen Funktionen aufweist, mit hohen Stückzahlen
und damit äußerst kostengünstig hergestellt
werden. In der ersten Variante sind dabei alle Eigenschaften der
integrierten Schaltung verfügbar
und der Hersteller kann sich damit bezüglich der Kosten und Eigenschaften
von entsprechenden Produkten von Wettbewerbern abheben. Mit der
reduzierten Variante lässt
sich eine allgemeine, kostengünstigere
Vermarktung mit eingeschränkten
Eigenschaften realisieren.
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Die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,
die die integrierte Schaltung mit vollständiger und reduzierter Funktionalität sowie
das entsprechende Bondpad bzw. den Ausgangsanschluss mit dem Koppelelement
aufweist, ist typischerweise in einem eigens dafür vorgesehenen elektronischen Bauteil
angeordnet. Durch Vergießen,
Verspritzen, etc. des Chips mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
und des entsprechenden Leadframes mit Kunstharz ist vorteilhafterweise
eine nachträgliche
Modifikation der Schaltungsanordnung, beispielsweise durch Freischalten
der speziellen Eigenschaften, ohne eine Zerstörung des Gehäuses und damit
des elektronischen Bauteils nicht mehr möglich. Auf diese Weise ist
auch eine hohe Sicherheit gegeben, da ein solches Koppelelement
nachträglich nicht
mehr oder zumindest nur mit außerordentlich großem Aufwand
an den Ausgangsanschluss bzw. das Bondpad angebracht werden kann.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Unteransprüchen
und aus der weiteren Beschreibung in Zusammenschau mit der Zeichnung.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die erste integrierte Schaltung
eine Diagnoseschaltung zur Diagnose des Zustands von Schaltungselementen
einer zweiten integrierten Schaltung innerhalb der Schaltungsanordnung
aufweist. Denkbar wäre
allerdings auch eine andere Funktion der ersten integrierten Schaltung,
beispielsweise als Messschaltung, Steuerschaltung, Regelungsschaltung,
etc.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Diagnoseschaltung in der
vollständigen
Funktionalität
dazu ausgelegt, eine zumindest 3-Bit Diagnose durchzuführen. In
der reduzierten Funktionalität
ist die Diagnoseschaltung dazu ausgelegt, eine 1-Bit oder 2-Bit
Diagnose durchzuführen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erste integrierte Schaltung
eine Umschalteinrichtung zur Einstellung der Funktionalität der ersten
integrierten Schaltung auf.
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Die
zweite integrierte Schaltung weist beispielsweise eine Brückenschaltung,
insbesondere eine H-Brücke,
auf. Denkbar wäre
allerdings auch die Ausgestaltung der zweiten integrierten Schaltung
als Antennenschaltung, Messschaltung, Steuerschaltung, Regelungsschaltung,
etc.
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Insbesondere
aus Gründen
der Verringerung des Platzbedarfs besonders vorteilhaft ist Integration der
ersten und zweiten integrierten Schaltung, der Einstelleinrichtung
und/oder der Erkennungseinrichtung in einem einzigen Halbleiterchip.
Damit lässt sich
die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besonders
kostengünstig
herstellen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Erkennungseinrichtung
eine Impendanz auf, die einerseits mit einem Versorgungsanschluss
mit einem zweiten Versorgungspotenzial verbunden ist und die andererseits
mit einem Abgriff zwischen dem Bondpad bzw. dem Ausgangsanschluss
und der Einstelleinrichtung, an welchem das Statussignal abgreifbar ist,
verbunden ist. Vorzugsweise ist die Impendanz als resisitives Element,
insbesondere als Widerstand, ausgebildet. Denkbar wäre allerdings
auch ein kapazitives oder induktives Element als Impedanz.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht eine Auswerteeinrichtung vor, die das
Statussignal auswertet und die abhängig von dem Wert des Statussignals ein
Steuersignal zum Einstellen der Funktionalität der ersten integrierten Schaltung
erzeugt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Koppelelement als Bonddraht
ausgebildet, welches an das Bondpad gebondet ist. Denkbar wäre allerdings
auch die Ausgestaltung des Koppelelementes als externe Brücke oder
als Verbindungsmetallisierung (Maskenverbindung), beispielsweise
auf dem Leadframe oder der Platine.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigt
dabei:
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1 ein
Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit
einstellbarer Funktionalität;
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2A, 2B Blockschaltbilder
mit Ausschnitten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aus 1 zur
Erläuterung
der einstellbaren Funktionalität
einer integrierten Schaltung;
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3 ein
Blockschaltbild für
ein elektronisches Bauteil mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
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In
den Figuren der Zeichnungen sind gleiche und funktionsgleiche Elemente
und Signale – sofern nichts
Anderes ausgeführt
ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen worden.
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1 zeigt
eine mit Bezugszeichen 1 bezeichnete erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit
einstellbarer Funktionalität.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 weist
einen ersten Teil 2 und einen zweiten Teil 3 einer
integrierten Schaltung auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sei angenommen,
dass der erste Teil 2 der integrierten Schaltung eine Diagnoseschaltung
ist und der zweite Teil 3 der integrierten Schaltung eine
von der Diagnoseschaltung 2 zu diagnostizierende Schaltung 3,
beispielsweise eine Brückenschaltung,
ist. Die Diagnoseschaltung 2 enthält wiederum einen ersten Schaltungsteil 4,
der eine vollständige
Funktionalität
für die Diagnose
bereitstellt, und einen zweiten Schaltungsteil 5, der eine
demgegenüber
reduzierte Funktionalität
für die
Diagnose aufweist. Der Schaltungsteil 5 mit reduzierter
Funktionalität
ist typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, Bestandteil des
ersten Schaltungsteils 4 mit vollständiger Diagnose-Funktionalität.
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Zur
Einstellung der Funktionalität
der Diagnoseschaltung 2 sind erfindungsgemäß ferner
ein Bondpad 6, eine Erkennungseinrichtung 7, die
Auswerteeinrichtung 8 sowie eine Einstelleinrichtung 9 vorgesehen.
An das Bondpad 6, welches typischerweise eine kontaktierbare
Kontaktfläche
darstellt, ist ein Koppelelement 10 ankoppelbar. Das Koppelelement 10 ist
in der 1 lediglich gestrichelt angedeutet. Über dieses
Koppelelement 10 lässt
sich ein Potenzial auf das Bondpad 6 beaufschlagen.
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Die
Erkennungseinrichtung 7 ist dazu ausgelegt, zu erkennen,
ob auf dem Bondpad 6 ein Koppelelement 10 aufgebracht
ist oder nicht. Abhängig
davon erzeugt die Erkennungseinrichtung 7 ein Statussignal
VS, welches im Falle eines angekoppelten Koppelelementes 10 einen
ersten Signalpegel und im Falle eines nicht angekoppelten Koppelelementes 10 einen
zweiten Signalpegel aufweist. Das Statussignal VS wird anschließend der
Auswerteeinrichtung 8 zugeführt, die den Signalpegel des
Statussignals VS auswertet und abhängig davon der Einstelleinrichtung 9 ein
entsprechendes Steuersignal S1 zuführt. Die Einstelleinrichtung 9 ist
mit der ersten integrierten Schaltung verbunden. Die Einstelleinrichtung 9 ist
abhängig
von dem Steuersignal S1 dazu ausgelegt, entweder den ersten Schaltungsteil 4 oder den
zweiten Schaltungsteil 5 zu aktivieren. Die Einstelleinrichtung 9 kann
beispielsweise als Schalter ausgebildet sein.
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Die
erste integrierte Schaltung 2 ist dazu ausgelegt, die Funktion
der zweiten integrierten Schaltung 3 zu diagnostizieren.
Je nach dem, welcher der beiden Schaltungsteile 4, 5 der
ersten integrierten Schaltung 2 aktiviert ist, erfolgt
eine vollständige
Diagnose mittels des ersten Schaltungsteils 4 oder eine
demgegenüber
reduzierte Diagnose mittels des Schaltungsteils 5.
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Wenngleich
in der 1 die Erkennungsschaltung 7, die Auswerteschaltung 8 und
die Einstellschaltung 9 als getrennte Schaltungsblöcke dargestellt
wurden, versteht es sich von selbst, dass diese auch Bestandteil
der ersten integrierten Schaltung 2 sein können. Darüber hinaus
können
auch sämtliche
Schaltungsteile 2, 3, 6, 7, 8, 9 oder
Teile davon zusammen in einem einzigen Halbleiterchip integriert sein
oder auch getrennt voneinander ausgebildet sein.
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Nachfolgend
wird das Prinzip der Einstellbarkeit mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 anhand
der nachfolgenden 2A und 2B erläutert:
In
den 2A und 2B weist
die Erkennungseinrichtung 7 eine Impendanz 13 auf.
Es sei angenommen, dass die Impendanz 7 als Widerstand 13 ausgebildet
ist. Der Widerstand 13 ist einerseits mit einem ersten
Versorgungsanschluss 14, an dem ein erstes Versorgungspotenzial
VDD anliegt, beispielsweise ein positives Versorgungspotenzial VDD,
und andererseits mit einem Abgriff 15, der zwischen dem Bondpad 6 und
der Auswerteeinrichtung 8 angeordnet ist, verbunden.
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In
den 2A und 2B ist
ferner eine von dem Bondpad 6 beabstandete Kontaktfläche 11 vorgesehen.
Die Kontaktfläche 11 ist
mit einem zweiten Versorgungsanschluss 12 mit einem zweiten
Versorgungspotenzial GND, beispielsweise dem Potenzial der Bezugsmasse
GND, verbunden.
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In
der 2A ist das Bondpad 6 über ein beispielsweise als
Bonddraht 10 ausgebildetes Koppelelement 10 mit
der Kontaktfläche 11 verbunden. Durch
diese Kopplung des Bondpads 6 und der Kontaktfläche 11 durch
den Bonddraht 10 stellt sich am Abgriff 15 somit
das zweite Versorgungspotenzial GND ein. Im Unterschied hierzu fehlt
ein solcher Bonddraht in der Anordnung in 2B, so
dass in der 2B das Bondpad 2 vollständig von
der Kontaktfläche 11 entkoppelt
ist. Diese Entkopplung bewirkt, dass sich bedingt durch den Pull-up-Widerstand 13 ein
von dem Widerstandswert abhängiges Messpotenzial
VM am Abgriff 15 einstellt. Da das Statussignal VS in 2A einen
unterschiedlichen Wert (VS = GND) wie das Statussignal VS = VM in 2B aufweist,
kann aufgrund der unterschiedlichen Werte des Statussignals VS geschlossen
werden, ob das Bondpad 6 über einen Bonddraht 10 mit der
Kontaktfläche 11 verbunden
ist oder nicht. Die entsprechende Auswertung erfolgt in der Auswerteeinrichtung 8,
die den Wert des Statussignals VS ermittelt. Als Auswerteeinrichtung 8 kann
beispielsweise ein einfacher Komparator oder auch ein beliebiger Vergleicher
vorgesehen sein. Abhängig
von dem Vergleich erzeugt die Auswerteeinrichtung 8 das
Steuersignal S1, welches ein Maß des
Wertes des Statussignals VS ist und welches somit zur Ansteuerung
der Einstelleinrichtung 9 herangezogen werden kann.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines elektronischen Bauteils 20 mit
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1,
wie sie in 1 dargestellt ist. Das Bauteil 20 weist
ein Gehäuse 21 mit
einer Vielzahl von aus dem Gehäuse 21 herausführenden
Anschlusspins 22 auf. Die Anschlusspins 22 dienen
der elektrischen Kontaktierung eines innerhalb des Gehäuses 21 angeordneten
Trägerelementes,
beispielsweise einer Platine oder eines Leadframes. Auf der Platine 23 ist
ein Halbleiterchip 24 sowie die Kontaktfläche 11 aufgebracht,
wobei die Kontaktfläche 11 von
dem Halbleiterchip 24 beabstandet ist. Der Halbleiterchip 24 enthält im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
eine integrierte Schaltung 25, welche in integrierter Form
die Schaltungselemente 2 bis 5 und 7 bis 9 der
Schaltungsanordnung 1 aufweist. Auf den Halbleiterchip 24 ist
ferner das Bondpad 6 aufgebracht, welches über den
Bonddraht 10 mit der Kontaktfläche 11 verbunden ist.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde, sei sie nicht darauf beschränkt, sondern ist auf mannigfaltige
Art und Weise modifizierbar.
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So
ist die Erfindung insbesondere nicht auf eine als Diagnoseschaltung
ausgebildete integrierte Schaltung beschränkt, sondern lässt sich
auch auf andere Schaltungen erweitern. Darüber hinaus muss der zweite
Schaltungsteil nicht notwendigerweise als Brückenschaltung ausgebildet sein,
sondern kann beispielsweise auch als Antennenschaltung, als Steuerschaltung
oder dergleichen ausgebildet sein. Auch kann die Funktion der Erkennungseinrichtung, Auswerteeinrichtung
und Einstelleinrichtung auch beliebig anders ausgebildet sein, beispielsweise durch
einen Mikrocontroller.
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Statt
der Ausgestaltung der Erkennungseinrichtung als Pull-up-Widerstand wäre selbstverständlich auch
ein Pull-down-Widerstand
denkbar. In diesem Falle müssten
lediglich die Vorzeichen der Versorgungspotentiale umgekehrt werden,
dass heißt
an dem Pull-down-Widerstand würde
dann eine negatives Potenzial oder das Bezugspotenzial anliegen und
an der Kontaktfläche
würde ein
positives Potenzial anliegen.