DE102007008387A1

DE102007008387A1 - Baustein mit nur einem Chipgehäuse

Info

Publication number: DE102007008387A1
Application number: DE102007008387A
Authority: DE
Inventors: Alfred Kuttenberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-08-28

Abstract

Es wird ein Baustein mit nur einem Chipgehäuse vorgeschlagen, wobei der Baustein wenigstens eine der folgenden Funktionen aufweist: ein Watchdog für einen Prozessor außerhalb des Chipgehäuses, eine Auswertung von einem Sensorsignal parallel zu dem Prozessor, Bereitstellung von Versorgungsspannung oder ein Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschfür eine Unfallsensorik und/oder wenigstens eine Zündkreisschaltung. Der Baustein weist zusätzlich eine Inertialsensorik auf.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Baustein mit nur einem Chipgehäuse nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
Aus DE 10 2004 056 415 A1 ist bereits ein integrierter Schaltkreis bekannt, der wenigstens zwei Spannungspegel bereitstellt, einen Watchdog zur Überwachung eines Prozessors aufweist, eine Bewertung von wenigstens einem Beschleunigungssignal zur Freigabe von wenigstens einer Zündendstufe durchführt und wenigstens einer ersten Schnittstelle zur Einbindung von wenigstens einem außerhalb des Steuergeräts angeordneten Sensor aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Baustein mit nur einem Chipgehäuse mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass nunmehr zusätzlich eine Inertialsensorik in dem nur einen Chipgehäuse mit angeordnet ist. Damit wird ein erheblicher Kostenvorteil in der Herstellung geschaffen.
Es ist möglich, dass die Inertialsensorik auf einem eigenen Halbleitersubstrat oder auf einem gemeinsamen Substrat mit den übrigen Funktionen in dem einen Chipgehäuse angeordnet ist.
Der Baustein stellt hier einen sogenannten Chip dar, der ein einziges Chipgehäuse aufweist, in dem sich die wenigstens eine Funktion gemäß dem Oberbegriff und die Inertialsensorik befindet. Das Chipgehäuse kann dabei aus einem Kunststoff gefertigt sein, in den die Halbleiter eingegossen sind. Auch andere Materialien, die hier geeignet sind, können als Chipgehäuse verwendet werden. Neben dem Eingießen sind auch andere Techniken des Packaging möglich.
Die Funktionen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch sind als separate Hardwareteile des Bausteins realisiert. Dabei kann eine Mehrzahl von Halbleitersubstraten zur Verwendung kommen. Es ist alternativ möglich, dass all diese Funktionen auf einem einzigen Halbleitersubstrat realisiert sind.
Der Watchdog hat die Funktion, den Prozessor bezüglich dessen Funktion zu überwachen. Dabei kann beispielsweise der Watchdog dem Prozessor Fragen stellen, die dieser beantworten muss und der Watchdog vergleicht dann die Antwort mit einem vorgegebenen Ergebnis. Eine weitere Möglichkeit ist, dass der Prozessor den Watchdog in vorgegebenen Zeitabständen bedienen muss, denn ansonsten erkennt der Watchdog eine Fehlfunktion und führt ein Reset des Prozessors aus.
Die parallele Auswertung von Sensorsignalen zum Prozessor stellt einen unabhängigen Hardwareauslösepfad zum Prozessor dar und in Abhängigkeit von dieser Auswertung gibt der Baustein die Zündkreise frei. Dies kann dann auch für eine vorgegebene Zeit sein.
Die Bereitstellung von Versorgungsspannung für das Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln, wie Airbags, Gurtstraffer usw. bedingt, dass die Autobatteriespannung oder eine andere Spannung, die zur Verfügung steht, umgewandelt wird in diese Versorgungsspannungen. Dabei handelt es sich, wie im Stand der Technik angegeben, üblicherweise um zwei oder mehr Versorgungsspannungen.
Die wenigstens eine Schnittstelle dient zur Anbindung einer Unfallsensorik, die vorzugsweise außerhalb des Steuergeräts angeordnet ist. Dabei kann es sich bei der Unfallsensorik um Beschleunigungssensoren, Drucksensoren, Umfeldsensoren, aber auch Größen von einer Fahrdynamikregelung usw. handeln. Die Schnittstelle empfängt die Signale von diesen Sensoren und wandelt die Daten in ein für die weitere Verarbeitung geeignetes Datenformat um.
Die Zundkreisschaltung beinhaltet wenigstens zwei Leistungsschalter, die elektrisch steuerbar sind, wobei ein Schließen dieser Leistungsschalter einen Stromfluss bei einem Airbag durch ein Zündelement bewirkt, so dass dieses Zündelement gezündet wird und so ein Aufblasen des Airbags bewirkt. Es ist möglich, dass mehr als zwei Schalter vorgesehen sind und dass sich außerhalb des Bausteins wenigstens ein weiterer Zündkreisschalter befindet, um eine erhöhte Sicherheit bezüglich einer Fehlauslösung zu erreichen.
Unter einer Inertialsensorik wird eine Sensorik verstanden, die beispielsweise Beschleunigungen bzw. Verzögerungen, Geschwindigkeiten, Drehraten, Drehgeschwindigkeiten oder Drehwinkel erfassen kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch eingegebenen Bausteins mit nur einem Chipgehäuse möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass der Baustein, wie oben dargestellt, nur ein einziges Halbleitersubstrat aufweist. Damit ist eine hohe Integration erreicht und der Baustein kann besonders kostengünstig gefertigt werden.
Als besonders vorteilhaft sich, wenn die Inertialsensorik eine Beschleunigungssensorik aufweist. Eine solche Beschleunigungssensorik kann in nur einer Richtung empfindlich sein, jedoch auch in mehreren, wenigstens in zwei. Ist sie nur in einer Richtung empfindlich, kann damit beispielsweise ein Fahrzeug längsempfindlicher Beschleunigungssensor oder ein Quersensor realisiert sein. Mit zueinander winklig angeordneten Empfindlichkeitsachsen ist es möglich, sowohl in Fahrzeuglängs- als auch in Fahrzeugquerrichtung Beschleunigungen zu erfassen. Damit kann eine noch genauere Aussage über die gemessene Beschleunigung bezüglich des Vektors gemacht werden.
Der erfindungsgemäße Baustein ermöglicht einen schrägen Einbau im Vergleich zur Fahrzeuglängsachse. Dies ermöglicht einen Beschleunigungssensor, beispielsweise in einem Winkel von 45° anzuordnen.
Schließlich ist es auch von Vorteil, dass die Intertialsensorik anstatt oder zusätzlich eine Drehratensensorik aufweist. Alternativ ist es auch möglich, eine Drehwinkel- oder Drehbeschleunigungssensorik vorzusehen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Blockschaltbild eines Personenschutzsystems mit dem erfindungsgemäßen Baustein und
2a und b zwei Anordnungen für den erfindungsgemäßen Baustein im Steuergerät.
1 erläutert den erfindungsgemäßen Baustein B im Steuergerät SG für Personenschutzmittel im Zusammenwirken mit anderen Komponenten. Vorliegend sind nur die Komponenten dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung wesentlich sind. Andere für den Betrieb des Steuergeräts notwendige Komponenten sind der Einfachheit halber weggelassen worden, da sich nicht zum Verständnis der Erfindung beitragen.
Im Fahrzeug FZ ist das Steuergerät SG zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln PS zentral angeordnet. An das Steuergerät sind verteilte Beschleunigungssensoren UFSl, UFSr, PASr und PASl angeschlossen, die als Aufprallsensoren wirken, wobei Aufprallsensor hier die Situation erfasst, bei der es wirklich zu einem Aufprall eines Aufprallobjekts auf das Fahrzeug FZ kommt.
Neben den hier dargestellten Beschleunigungssensoren können auch andere Unfallsensoren oder Sensoren an das Steuergerät SG angeschlossen sein. Dazu zählen beispielsweise Luftdrucksensoren, die in Fahrzeugseitenteilen angeordnet sind, Umfeldsensoren, die das Umfeld des Fahrzeugs erfassen und auch andere Steuergeräte wie eine Fahrdynamikregelung, die ebenfalls unfallrelevante Daten liefern können. Die Sensoren UFSl, UFSr, PASr und PASl sind dabei im Steuergerät an dem erfindungsgemäßen Baustein B angeschlossen, der die Funktion aufweist, eine Schnittstelle für externe Sensoren bereitzustellen. Der Baustein B weist weiterhin eine Watchdogfunktion auf, um einen Mikrocontroller μC als zentrales Element des Steuergeräts zu überwachen. Auch eine Energieversorgung ist dem Baustein B zugeordnet. Darüber hinaus verarbeitet der Baustein B die Sensorsignale, wobei er die Sensorsignale auch weitergibt an den Mikrocontroller μC. Der Mikrocontroller μC überträgt seinen Zündbefehl an den Baustein B, da der Baustein B auch die Zündkreisansteuerung aufweist. Die Zündkreisansteuerung wird durch die interne Verarbeitung der Sensorsignale durch den Baustein B freigegeben. D. h. kommt ein Zündsignal vom Mikrocontroller μC zum Baustein B und es liegt eine Freigabe der Zündkreisansteuerung vor, dann erfolgt die Aktivierung der Personenschutzmittel PS entweder durch Zünden einer Sprengladung oder durch eine elektromagnetische Aktuatorik oder dem Betrieb eines Elektromotors beim elektromotorischen Gurtstraffer.
Der Baustein B weist erfindungsgemäß auch eine Inertialsensorik auf, vorliegend eine Beschleunigungssensorik, die in Fahrzeuglängsrichtung empfindlich ist, deren Messwerte an den Mikrocontroller μC zur weiteren Verarbeitung übertragen werden. Der Mikrocontroller μC verknüpft die Signale der außerhalb des Steuergeräts SG befindlichen Sensoren und des im Baustein B befindlichen Sensors um zur Entscheidung zu kommen, ob die Personenschutzmittel PS anzusteuern sind oder nicht. Diese Verknüpfung kann insbesondere eine Und-Verknüpfung von Schwellwertabfragen sein. Dabei wird das Signal der internen Inertialsensorik und auch die Signale der externen Inertialsensoren mit jeweiligen Schwellen, beispielsweise nach einer Signalverarbeitung, wie einer Integration oder einer Filterung verglichen. Der Baustein B kann jedoch zusätzlich oder anstatt auch eine Drehratensensorik aufweisen, um beispielsweise einen Überrollvorgang leicht zu erkennen. Die Messsignale des Drehratensensors werden entweder analog oder digital an den Mikrocontroller μC übertragen. Der Mikrocontroller μC weist analoge Eingänge auf, die zu Analog-/Digitalwandlern führen.
Die Zündkreisansteuerung im Baustein B bewirkt dann die Aktivierung der Personenschutzmittel PS in der oben beschriebenen Weise, in dem Leistungsschalter elektrisch geschlossen werden und so eine Bestromung der Personenschutzmittel bzw. deren Zündelemente bzw. Aktuatoriken möglich wird.
2a zeigt einen Baustein B im Steuergerät und weitere Komponenten im Steuergerät. Verbindungsleitungen sind hier der Einfachheit halber weggelassen worden. Der Baustein B weist einen Beschleunigungssensor X/Y auf und zusätzlich die Funktionen Energieversorgung PIC, Watchdog und parallele Signalverarbeitung der Sensorsignale SCON, sowie eine Schnittstelle für Sensoren von außerhalb des Steuergeräts PAS-IF. Auch eine Zündkreisansteuerung FLIC ist vorliegend vorgesehen. Die Datenübertragung mit dem Mikrocontroller kann beispielsweise über den sogenannten SPI-Bus (Serial Peripherial Interface Bus) vorgenommen werden.
Außerhalb des Bausteins B befindet sich der Mikrocontroller μC und weitere Beschleunigungssensoren, nämlich ein Beschleunigungssensor, der ebenfalls in Fahrzeuglängsrichtung, aber in umgedrehter Richtung empfindlich ist und eine X/Y-Beschleunigungssensorik, die also sowohl in Fahrzeuglängs- als auch in Fahrzeugquerrichtung empfindlich ist.
In 2b werden gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Unterscheid ist, dass nunmehr der Baustein B schräg im Vergleich zur Fahrzeuglängsachse verbaut ist, um so eine Messung der Beschleunigung unter 45° zu erreichen. Wird dies mit einem weiteren Beschleunigungssensor kombiniert, der 90° dazu versetzt ist, dann ist eine effiziente Messung von Beschleunigungen bei einem Unfall möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004056415 A1 [0002]

Claims

Baustein mit nur einem Chipgehäuse, wobei der Baustein (B) wenigstens eine der folgenden Funktionen aufweist: – ein Watchdog für einen Prozessor (μC) außerhalb des Chipgehäuses, – einer Auswertung von einem Sensorsignal parallel zu dem Prozessor zur Freigabe einer Zündkreisschaltung, – Bereitstellung von Versorgungsspannungen für das Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln, – wenigstens eine Schnittstelle für eine Unfallsensorik, – eine Zündkreisschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustein (B) zusätzlich eine Inertialsensorik aufweist.
Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustein (B) nur ein Halbleitersubstrat aufweist.
Baustein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertialsensorik wenigstens eine Beschleunigungssensorik aufweist.
Baustein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensorik wenigstens zwei zueinander winklig angeordnete Empfindlichkeitsachsen aufweist.
Baustein nach einem der vorhergehenden Anspreche, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustein B Einbaumittel zum im Vergleich zur Fahrzeuglängsachse schrägen Einbau aufweist.
Baustein nach einem der vorhergehenden Anspreche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertialsensorik eine Drehratensensorik aufweist.