DE102011083111B4 - Sensor-selbstdiagnose unter verwendung von mehreren signalwegen - Google Patents

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Abstract

Monolithisches Integrierte-Schaltung-Sensorsystem, das folgende Merkmale aufweist:eine erste Sensorvorrichtung mit einem ersten Signalweg für ein erstes Sensorsignal auf einem Halbleiterchip; undeine zweite Sensorvorrichtung mit einem zweiten Signalweg für ein zweites Sensorsignal auf dem Halbleiterchip, wobei sich der zweite Signalweg von dem ersten Signalweg unterscheidet, und wobei der zweite Signalweg, verglichen mit dem ersten Signalweg, zumindest eine Charakteristik aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus langsamer sein, weniger präzise sein, rauschbehafteter sein und ein unterschiedliches Arbeitsprinzip aufweisen, wobei ein Vergleich des ersten Signalwegsignals und des zweiten Signalwegsignals einen Sensorsystem-Selbsttest liefert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Integrierte-Schaltung-Sensoren, IC-Sensoren (IC; integrated circuit), und insbesondere auf eine IC-Sensor-Selbstdiagnose unter Verwendung mehrerer Kommunikationssignalwege.
  • Ein neuester Trend in der Automobilantriebstechnik, als Teil von Entwicklungen in dem Automobilelektroniksektor, ist es, dass bestehende passive Sicherheitssysteme wie Sitzgurte und Airbags durch aktive Sicherheitssysteme erweitert werden, wie zum Beispiel Antiblockiersystem (ABS; anti-lock braking system), elektronische Stabilitätsprogramme (ESP; electronic stability programs) und elektrische Lenksysteme, um einen immer größeren Bereich an Fahrerassistenzfunktionalitäten bereitzustellen. Wie es bereits eine Zeitlang im Hinblick auf den Antriebsstrang der Fall war, nimmt die Systemkomplexität auch hier stetig zu, um gefährliche Fahrsituationen zu erkennen und zur Unfallvermeidung durch aktive Eingriffe durch ein Kontrollsystem beizutragen. Mit immer größerem technischen Fortschritt wird erwartet, dass diese Trends weitergehen und in Zukunft stärker werden.
  • Der daraus resultierende wesentliche Anstieg bei der Anzahl von elektronischen Komponenten mit einer sicherheitsbezogenen Funktionalität hat bislang unvorhergesehene Anforderungen im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Systemverfügbarkeit verursacht. Um in der Lage zu sein, dies zu erreichen, während gleichzeitig Kostenziele erreicht werden, ist es erwünscht, effiziente Verfahren zur Funktionsselbstüberwachung durch integrierte Testverfahren zusammen mit Redundanzen zu entwickeln. Gleichzeitig ist Fortschritt bei der Entwurfsmethodologie erwünscht, um in der Lage zu sein, mögliche Schwächen in dem Sicherheitssystem frühzeitig zu identifizieren und zu vermeiden. In dem Bereich von Magnetfeldsensoren zum Beispiel wurde dies durch die Einführung des Standards Safety Integrity Level (SIL; Sicherheitsintegritätspegel) ausgeführt.
  • Um die SIL-Standards im Automobilbereich zu erfüllen, ist es erwünscht, entsprechende Selbsttests zu implementieren und zu verwenden, was eingebaute Selbsttests umfasst, nicht nur beim Starten, sondern auch während des normalen Betriebs, sowie automatische Überwachungsstrukturen oder entsprechende redundante Funktionsblöcke und/oder Signalwege. Herkömmliche Magnetsensorsysteme, insbesondere lineare Hall-Messsysteme, haben einen Einzelkanal-Analog-Hauptsignalweg verwendet. Es ist technisch sehr schwierig oder sogar unmöglich, die SIL-Anforderungen bei sicherheitskritischen Anwendungen mit diesem Konzept zu erfüllen. Es ist daher nicht länger möglich, Sicherheitsanforderungen mit nur einem Sensorsystem abzudecken. Somit haben andere herkömmliche Lösungen zwei identische redundante Magnetfeldsensoren verwendet, um SIL-Anforderungen zu erfüllen. Offensichtlich ist ein wesentlicher Nachteil dieser Lösungen die entsprechende Verdoppelung der Kosten für nicht nur einen, sondern zwei Sensoren. Wiederum weitere Lösungen schlagen ein definiertes, überlagertes Testsignal außerhalb der Signalfrequenzbereiche vor, wie zum Beispiel Magnetfeldsensoren mit einer zusätzlichen chipintegrierten Leiterschleife oder Drucksensoren mit einer überlagerten elektrostatischen Kopplung zu dem Sensor.
  • Die US 2008 / 0 245 145 A1 beschreibt einen thermischen Durchflusssensor, der mit einer Selbsttesteinheit ausgestattet ist, die das Gerät überwacht und bei einer Störung ein Fehlersignal erzeugt. In der dargestellten Schaltung haben alle Sensoren und Elemente entlang der Signalpfade die gleichen Charakteristika. Ähnliche Schaltungen sind in der US 6 891 389 B1 , der US 2002 / 0 067 255 A1 , der US 2010 / 0 147 124 A1 und der US 2009 / 0 128 160 A1 beschrieben.
  • Es bleibt ein Bedarf nach einem zuverlässigen und kosteneffizienten Sensorsystem, das SIL und/oder andere anwendbare Sicherheitsstandards erfüllt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein monolithisches, integriertes Schaltungssensorsystem und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Selbsttests mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird durch ein monolithisches Integrierte-Schaltung-Sensorsystem gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines Selbsttests in einem monolithischen Integrierte-Schaltung-Sensorsystem gemäß Anspruch 15 gelöst.
  • Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Integrierte-Schaltung-Sensorsystem eine erste Sensorvorrichtung mit einem ersten Signalweg für ein erstes Sensorsignal auf einem Halbleiterchip auf; und eine zweite Sensorvorrichtung mit einem zweiten Signalweg für ein zweites Sensorsignal auf dem Halbleiterchip, wobei der zweite Signalweg unterschiedlich zu dem ersten Signalweg ist, und wobei der zweite Signalweg, verglichen mit dem ersten Signalweg, zumindest eine Charakteristik aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus langsamer sein, weniger präzise sein, rauschbehafteter sein und ein unterschiedliches Arbeitsprinzip aufweisen, wobei ein Vergleich des ersten Signalwegsignals und des zweiten Signalwegsignals einen Sensorsystem-Selbsttest liefert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Liefern eines Selbsttests in einem monolithischen Integrierte-Schaltung-Sensorsystem folgendes auf: das Implementieren, auf einem einzelnen Halbleiterchip, eines Hauptsignalwegs, der einen Hauptsensor aufweist; das Implementieren, auf dem einzelnen Halbleiterchip, eines Sekundärsensors und eines Sekundärsignalwegs, wobei der Sekundärsignalweg sich von dem Hauptsignalweg unterscheidet, und verglichen mit dem Hauptsignalweg zumindest eine Charakteristik aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: langsamer sein, ungenauer sein, rauschbehafteter sein und ein anderes Arbeitsprinzip aufweisen; und das Ausführen eines Selbsttests des Sensorsystems durch Vergleichen eines Signals des Hauptsignalwegs mit einem Signal des Sekundärsignalwegs.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 ein Systemblockdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
    • 2 ein Systemblockdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Während die Erfindung an verschiedene Modifikationen und alternative Formen angepasst werden kann, wurden spezifische Details derselben beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden detailliert erläutert. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass es nicht die Absicht der Erfindung ist, diese auf die bestimmten, beschriebenen Ausführungsbeispiele einzuschränken. Im Gegenteil, die Erfindung soll alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in das Wesen und den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie sie durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
  • Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Systeme und Verfahren zur Sensorselbstdiagnose unter Verwendung mehrerer Signalwege. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Sensoren Magnetfeldsensoren und die Systeme und/oder Verfahren sind konfiguriert, um relevante Sicherheits- oder andere Industrie-Standards zu erfüllen oder zu übertreffen, wie zum Beispiel SIL-Standards.
  • 1 zeigt ein konzeptionelles Blockdiagram eines Sensorsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das System 100 weist einen ersten Sensor 102 und einen zweiten Sensor 104 auf, die jeweils mit einem digitalen Signalprozessor (DSP; digital signal processor) 103 kommunizieren. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen der erste Sensor 102, der zweite Sensor 104 und der DSP 103 eine monolithische, integrierte Schaltung auf, die auf einem einzelnen Chip 105 implementiert ist, und der DSP 103 kommuniziert mit einer externen elektronischen Steuereinheit (ECU; electronic control unit) 106.
  • Einer der Sensoren ist ein primärer oder Haupt-Sensor. Bei dem Ausführungsbeispiel von 1 ist der Sensor 102 der Hauptsensor, während der Sensor 104 ein sekundärer Sensor ist. Der Hauptsensor 102 kommuniziert mit dem DSP 103 über einen Hauptsignalweg, und der sekundäre Sensor 104 kommuniziert mit dem DSP 103 über einen sekundären Signalweg, der zumindest teilweise unterschiedlich von dem Hauptsignalweg ist, wie nachfolgend detaillierter erörtert wird.
  • Der sekundäre Sensor 104 und sein entsprechender sekundärer Signalweg sind im allgemeinen solche die, im Vergleich zu dem Hauptsensor 102, weniger genau, langsamer und/oder rauschbehafteter sind; unter Verwendung unterschiedlicher Arbeitsprinzipien arbeiten; und/oder zusätzliche sekundäre Erfassungsaufgaben umfassen. Der sekundäre Sensor 104 kann daher kostengünstiger sein als der Hauptsensor 102 und kann ferner weniger Einschränkungen bezüglich Positionierung, Chipfläche und andere Faktoren aufweisen, die Kosten und Komplexität des Systems 100 beeinflussen. Die sekundären Erfassungsaufgaben können die Messung von Kompensationssignalen umfassen, wie z.B. Temperatur, mechanische Belastung, interne Betriebs- oder Vorspannungs-Spannungen, Betriebs- oder Vorspannungs-Ströme und/oder zusätzliche einfachere Zielmessungen. Zum Beispiel weisen die Sensoren 102 und 104 bei einem Ausführungsbeispiel Magnetfeldsensoren auf und eine Zielmessung solcher Sensoren wären Magnetfelder. Bei Ausführungsbeispielen jedoch kann der sekundäre Sensor 104 eine Mehrzahl von Sensoren oder ein Sensor-Array aufweisen, wie zum Beispiel einen Magnetfeldsensor, um einen Hauptsensor 102 zu spiegeln sowie einen Temperatursensor und einen Belastungssensor, bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel jedoch können der sekundäre Sensor und der Signalweg bei einem Plausibilitätsvergleich mit dem Hauptsensor und Signalweg verwendet werden. Ferner können der sekundäre Sensor und der Signalweg zur Fehlererfassung sowie Verifizierung des Hauptsensors und Signalwegs verwendet werden. Verschiedene Vorteile können durch eine solche Konfiguration gegeben werden. Erstens kann eine SIL-Kompatibilität erreicht werden. Zweitens können Größen- und Kosten-Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen realisiert werden, und ein Selbsttesten kann während der normalen Operation ohne wesentliche zusätzliche Hardware ausgeführt werden. Ferner können zusätzliche Selbsttestmerkmale der digitalen Signalverarbeitung (DSP; digital signal processing) und der Signalverarbeitungssoftware implementiert werden. Zusätzlich dazu können auch Feldausfall- und Rücklaufquoten reduziert werden, was die Kosteneffizienz auf beiden Seiten verbessert, d.h. für den ursprünglichen Chiphersteller und für den Kunden, der den Chip implementiert.
  • Bezug nehmend auf 2 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Sensorsystems 200 gezeigt, basierend auf dem Konzept, das in 1 gezeigt ist. Das System 200 umfasst einen Hauptmagnetfeldsensor 202 und einen sekundären Magnetfeldsensor 204, wie zum Beispiel einen Hall-Effekt- oder Giant-Magnetoresistenz--Sensor (GMR; ginat magneto-resistive), obwohl die Sensoren 202 und 204 auch andere Typen von Sensoren bei anderen Ausführungsbeispielen sein können und nicht auf Magnetfeldsensoren beschränkt sind. Der Sensor 202 ist konzeptionell ähnlich zu dem Sensor 102, während der Sensor 204 konzeptionell ähnlich zu dem Sensor 104 ist, wie oben Bezug nehmend auf 1 erörtert wurde.
  • Das System 200 weist ferner einen oder mehrere zusätzliche Sensoren 208 auf, die auch als sekundäre oder Zusatz-Sensoren bezeichnet werden. Sensor(en) 208 können Temperatur-, Belastungs-, Strom-, Magnetfeld- oder einige andere Sensoren bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen umfassen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kommuniziert der Hauptsensor 202 mit dem Abschnitt 220 einer digitalen Signalverarbeitung (DSP). Der DSP-Abschnitt 220 kann seinerseits mit einer externen ECU oder einer anderen Steuereinheit (siehe z.B. 1) über einen Eingang/Ausgang 210 kommunizieren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kommunizieren die Sensoren 202 und 204 mit dem DSP-Abschnitt 220 über distinkte Signalwege, die strukturell unterschiedliche analoge Signalwege, gemischte Signalwege und zu einem gewissen Ausmaß digitale Signalwege und Prozesse und Software-Komponenten umfassen können. In 2 ist ein Hauptsignalweg, der dem Hauptsensor 202 zugeordnet ist, mit einer fetten Linie gezeigt, während ein sekundärer Signalweg, der dem Sensor 204 zugeordnet ist, mit einer einfachen gestrichelten Linie gezeigt ist.
  • Zum Beispiel kann bei dem Ausführungsbeispiel von 2 der Hauptsignalweg ein Signal von dem Hauptsensor 202 zu einem Analog-zu-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 212 und einem A/D-Umwandlungskanal-Kreuzschalter 214 kommunizieren. Ein sekundärer Signalweg kommuniziert ein Signal von einem sekundären Sensor 204 zu einem Multiplexer 216, der auch jegliche Signale als Eingabe(n) von zusätzlichen oder Hilfs-Sensoren 208 empfängt. Der sekundäre Signalweg setzt sich dann von dem MUX 216 zu einem zweiten A/D-Wandler 218 fort, der ebenfalls seine Aufgabe zu dem Kreuzschalter 214 sendet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind Elemente des Hauptsignalwegs und Elemente des sekundären Signalwegs nicht identisch und/oder sind unter Verwendung unterschiedlicher Arbeitsprinzipien implementiert. Zum Beispiel kann ein A/D-Wandler 212 in dem Hauptsignalweg einen Sigma-Delta-Wandler dritter Ordnung aufweisen, während der A/D-Wandler 218 in dem sekundären Signalweg einen Sigma-Delta-Wandler erster Ordnung aufweisen kann, oder einer oder mehrere der A/D-Wandler ein Register der sukzessiven Annäherung (SAR; successive approximation register) oder eine Flash-Technik anstatt von Sigma-Delta verwenden können. Anders ausgedrückt, ist der sekundäre Sensor 204 im allgemeinen einer der, im Vergleich mit dem Hauptsensor 102, weniger genau, langsamer und/oder rauschbehafteter ist, unter Verwendung unterschiedlicher Arbeitsprinzipien arbeitet und/oder zusätzliche sekundäre Erfassungsaufgaben umfasst, wobei dasselbe auch für den A/D-Wandler 218 im Vergleich zu dem A/D-Wandler 212 gelten kann.
  • Ausgänge des Kreuzschalters 214 sind sowohl dem Haupt- als auch Sekundär-Signalweg zugeordnet und werden einem Digitalsignalverarbeitungsabschnitt 220 (DSP-Abschnitt) zugeführt. Der DSP 220 umfasst eine Zustandsmaschine 222 (state machine), Beschränkungsalgorithmus (clamping algorithm) 224 und eine Speichermatrix 226, bei einem Ausführungsbeispiel. Entsprechend dem Haupt- und Sekundärsignalwegkonzept umfasst der DSP 220 ferner einen ersten Softwareabschnitt, der dem Hauptsignalweg zugeordnet ist, und einen zweiten Softwareabschnitt, der dem sekundären Signalweg zugeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann der DSP 220 auch unterschiedliche DSP-Methoden oder - techniken für den Hauptsignalweg und den zweiten Signalweg implementieren. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der DSP 220 mit I/O 210 über eine Schnittstelle 228 gekoppelt, und I/O 210 ist seinerseits mit einer externen ECU gekoppelt (in 2 nicht gezeigt). Der Haupt- und Sekundärsignalweg können dadurch zwei unterschiedliche, quasi redundante analoge Signalwege bereitstellen, die zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften liefern. Zum Beispiel kann die Übertragung des Hauptmagnetfeldsignals von dem Sensor 202 in einem Zyklus über den Hauptsignalweg ein hochpräzises Rechenergebnis liefern, wobei der Hauptsignalweg selbst sehr präzise arbeitet, wie zum Beispiel durch Verwenden von Zerhacken (chopping) oder anderen Techniken, und sehr schnell, zumindest im Hinblick auf den sekundären Signalweg. Der Hauptsignalweg arbeitet ferner unabhängig und frei, ohne von anderen Systemkomponenten beeinflusst zu sein.
  • Zu Analysezwecken liefert der sekundäre Signalweg ferner die Möglichkeit, seine Daten zu der Steuereinheit zu liefern, wo die Daten entweder mit einem positiven oder einem negativen Vorzeichen verarbeitet werden können. Mögliche parallele Ausgänge von dem DSP 220 zur Schnittstelle 228 und I/O 210 sind in dem System 200 gezeigt, während sequenzielle Übertragungen ebenfalls implementiert sein könnten, die ein Zeitmultiplexverfahren verwenden, oder nach Bedarf, wie zum Beispiel von extern angefordert wird.
  • Die Sensoren 202 und 204 und optional 208 können unterschiedliche Erfassungsprinzipien im Hinblick auf ihre Messwerte verwenden, einschließlich Prozesse, technisches Verhalten und Spezifikationen, Größe und/oder Platzierung der Sensoren 202 und 204 selbst und Vorspannen. Ein Ausführungsbeispiel des Systems 200 umfasst zwei Bandabstandsvorspannungsabschnitte 230 und 232 und einen Vorspannungsvergleich 234. Der Vorspannungsabschnitt 230 ist dem Hauptsignalweg zugeordnet und der Vorspannungsabschnitt 232 ist dem sekundären Signalweg zugeordnet. Die Vorspannungsabschnitte 230 und 232 liefern die Option der unterschiedlichen Vorspannung der Sensoren 102 bzw. 104 während der Vorspannungsvergleich 234 ein Ausgangssignal zu dem DSP 220 zur Betrachtung liefern kann.
  • Ausführungsbeispiele des Systems 200 können ferner unterschiedliche A/D-Umwandlungs- und/oder Schaltkonzepte verwenden, über A/D-Wandler 212 und 218 und den Kreuzschalter 214. Zum Beispiel, wie vorangehend erwähnt wurde, kann der A/D-Wandler 212 in dem Hauptsignalweg einen Sigma-Delta-Wandler der dritten Ordnung aufweisen, während der A/D-Wandler 218 in dem sekundären Signalweg einen Sigma-Delta-Wandler der ersten Ordnung aufweisen kann, oder einer oder mehrere der A/D-Wandler ein sukzessives Annäherungsregister (SAR; successive approximation register) oder eine Flash-Technik anstelle von Sigma-Delta verwenden können. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen können diese unterschiedlichen A/D-Umwandlungs- und/oder Schalt-Konzepte unterschiedliche Fehlerverhalten und/oder Ausfallwahrscheinlichkeiten liefern. Messbereiche können bei Ausführungsbeispielen ebenfalls geschaltet werden, über die erwähnten Eingänge zu A/D-Wandlern 212 und 218 in 2, um Begrenzungs- oder Einschränkungs-Wirkungen zu erfassen.
  • Ausführungsbeispiele können ferner die Option zum Schalten der Sensoren 202 und 204 mit ihren entsprechenden Haupt- und Sekundär-Signalwegen liefern. Zum Beispiel kann der Sekundärsensor 204 in den Hauptsignalweg ausgetauscht werden, und das Gleiche gilt für den Sensor 202 und den Sekundärsignalweg. Diese Option kann eine verbesserte Fehlererfassung und/oder Lokalisierung durch Isolieren eines Sensors zum Beispiel von seinem Weg liefern.
  • Ein anderer Vorteil, der durch Ausführungsbeispiele des Systems 200 gegeben wird, ist die Fähigkeit zum Vergleichen, wie zum Beispiel durch Bilden von Quotienten, der Ausgangssignale sowohl von dem Haupt- als auch Sekundär-Signalweg und Bewerten des Ergebnisses. Das Ergebnis kann bewertet werden, um einen oder mehrere Aspekte zu bestimmen, die sich auf das Verhalten oder Funktionieren der Sensoren 202 und 204, der Signalwege, des Systems 200 und/oder einiger anderer Komponenten beziehen. Zum Beispiel kann das Vergleichen der Ausgangssignale eine schnelle Änderung bei dem Eingangssignal erfassen. Bei Ausführungsbeispielen, die eine Kompensation verwenden, wie z.B. eine Temperaturkompensation, wenn der Sensor 208 einen Temperatursensor aufweist, können die Ausgangssignale als eine Funktion des Temperaturkompensationssignals verglichen werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann ein Begrenzen oder Einschränken von Informationen von den Sensoren 208 implementiert werden, um andere Signale, Eigenschaften oder Informationen zu isolieren.
  • Da der DSP 220 eine Software 1 für den Hauptsignalweg und eine Software 2 für den sekundären Signalweg verwendet, können Ausgangsergebnisse der Signalwege bei Ausführungsbeispielen verglichen werden. Ein solcher Vergleich kann eine Prüfung der Softwarealgorithmen selbst liefern. Interne oder externe Fenstervergleiche können ebenfalls bei Plausibilitätsprüfungen der zwei Signalwege oder Rechenergebnissen des DSP 220 verwendet werden. Als Teil einer solchen Plausibilitätsprüfung können Wam- und/oder Ausfall-Schwellen implementiert sein.
  • Ausführungsbeispiele können daher eine Sicherheitsstandardkompatibilität sowie eine Fehlerselbstdiagnose in einem Sensorsystem liefern. Während die Handhabung von Fehlern gemäß dem Typ und der Ernsthaftigkeit sowie des bestimmten gegebenen Systems und/oder relevanter Sicherheitsstandards variieren können, können Ausführungsbeispiele Möglichkeiten zum Warnen von Systembenutzern über erfasste Probleme liefern. Zum Beispiel können bei einer sicherheitskritischen Automobilelektronik-Servolenkung-Sensoranwendung unter Verwendung von Magnetfeldsensoren, erfasste Fehler eine ECU anleiten, einen Fahrer über einem kritischen Systemproblempunkt zu warnen, so dass eine geeignete Handlung unternommen werden kann. Bei bestimmten Anwendungen kann eine ECU programmiert sein, um in einem sicheren Modus oder ein sicheres Betriebsprotokoll in einer Fehlerausfallsituation zu schalten.
  • Ferner sind Ausführungsbeispiele raum- und kosteneffizienter als herkömmliche Lösungen, die redundante primäre Sensoren verwenden. Zum Beispiel können der Haupt-/Sekundär-Sensor und der Signalweg den Chipbereich um weniger als 10% bei Ausführungsbeispielen vergrößern, während nur ein einzelner primärer Sensor verwendet wird und nicht zwei, wobei der sekundäre Sensor üblicherweise eine kostengünstigere Vorrichtung im Hinblick auf die reduzierten Anforderungen an sein Verhalten ist. Im Hinblick auf den weniger teueren sekundären Sensor werden ferner Vorteile gegenüber herkömmlichen Lösungen erreicht, die zwei primäre Sensoren auf einem einzelnen Chip verwenden.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele von Systemen, Vorrichtungen und Verfahren wurden hierin beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gegeben und sollen den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass die verschiedenen Merkmale der Ausführungsbeispiele, die beschrieben wurden, auf verschiedene Weisen kombiniert werden können, um zahlreiche zusätzliche Ausführungsbeispiele zu ergeben. Ferner, während verschiedene Materialien, Abmessungen, Formen, Implantationsorte, etc. zur Verwendung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können andere als die oben offenbarten verwendet werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
  • Durchschnittsfachleute auf dem relevanten Gebiet werden erkennen, dass die Erfindung weniger Merkmale aufweisen kann als in jedem oben beschriebenen individuellen Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen keine erschöpfende Darstellung der Möglichkeiten sein, wie die verschiedenen Merkmale der Erfindung kombiniert werden können. Dementsprechend sind die Ausführungsbeispiele keine sich gegenseitig widersprechenden Kombinationen von Merkmalen; stattdessen kann die Erfindung eine Kombination aus unterschiedlichen individuellen Merkmalen aufweisen, ausgewählt aus unterschiedlichen individuellen Ausführungsbeispielen, wie Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet erkennen werden.
  • Jegliche Aufnahme durch Bezugnahme auf obige Dokumente ist derart eingeschränkt, dass kein Gegenstand aufgenommen ist, der der expliziten Offenbarung hierin widerspricht. Jegliche Aufnahme durch Bezugnahme auf Dokumente oben ist weiter derart eingeschränkt, dass keine Ansprüche, die in den Dokumenten umfasst sind, hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Jegliche Aufnahme durch Bezugnahme auf Dokumente oben ist ferner derart eingeschränkt, dass jegliche Definitionen, die in den Dokumenten gegeben werden, nicht durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind, außer dies ist ausdrücklich anderweitig erwähnt.

Claims (25)

  1. Monolithisches Integrierte-Schaltung-Sensorsystem, das folgende Merkmale aufweist: eine erste Sensorvorrichtung mit einem ersten Signalweg für ein erstes Sensorsignal auf einem Halbleiterchip; und eine zweite Sensorvorrichtung mit einem zweiten Signalweg für ein zweites Sensorsignal auf dem Halbleiterchip, wobei sich der zweite Signalweg von dem ersten Signalweg unterscheidet, und wobei der zweite Signalweg, verglichen mit dem ersten Signalweg, zumindest eine Charakteristik aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus langsamer sein, weniger präzise sein, rauschbehafteter sein und ein unterschiedliches Arbeitsprinzip aufweisen, wobei ein Vergleich des ersten Signalwegsignals und des zweiten Signalwegsignals einen Sensorsystem-Selbsttest liefert.
  2. Sensorsystem gemäß Anspruch 1, das ferner einen digitalen Signalprozessor (DSP) auf dem Halbleiterchip aufweist und mit dem ersten und zweiten Signalweg gekoppelt ist, um das erste und zweite Signalwegsignal zu empfangen, wobei der Vergleich durch den DSP implementiert ist.
  3. Sensorsystem gemäß Anspruch 2, bei dem der DSP zumindest entweder einen ersten Softwareblock, der dem ersten Signalweg zugeordnet ist, oder einen zweiten Softwareblock, der dem zweiten Signalweg zugeordnet ist, oder einen ersten digitalen Signalverarbeitungsabschnitt, der dem ersten Signalweg zugeordnet ist oder einen zweiten digitalen Signalverarbeitungsabschnitt, der dem zweiten Signalweg zugeordnet ist, aufweist.
  4. Sensorsystem gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der DSP mit dem ersten und zweiten Signalweg durch eine Analog-zu-Digital-(A/D)-Umwandlungskanal-Kreuzschaltungsvorrichtung gekoppelt ist.
  5. Sensorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner zumindest eine zusätzliche Sensorvorrichtung aufweist, die mit dem zweiten Signalweg gekoppelt ist, um ein Vergleichssignal zu liefern.
  6. Sensorsystem gemäß Anspruch 5, bei dem die zumindest eine zusätzliche Sensorvorrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Temperatursensor, einem Belastungssensor, einem Stromsensor, einem Spannungssensor und einem Magnetfeldsensor.
  7. Sensorsystem gemäß Anspruch 5 oder 6, das ferner einen Multiplexer auf dem Halbleiterchip und das Koppeln der zweiten Sensorvorrichtung und der zumindest einen zusätzlichen Sensorvorrichtung mit dem zweiten Signalweg aufweist.
  8. Sensorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die erste und zweite Sensorvorrichtung Magnetfeldsensoren aufweisen.
  9. Sensorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der erste Signalweg einen ersten Analog-zu-Digital-(A/D-)-Wandler aufweist und der zweite Signalweg einen zweiten A/D-Wandler aufweist, der sich von dem ersten A/D-Wandler unterscheidet.
  10. Sensorsystem gemäß Anspruch 9, bei dem der erste A/D-Wandler mit zumindest einem Arbeitsprinzip arbeitet, das sich von einem Arbeitsprinzip des zweiten A/D-Wandlers unterscheidet.
  11. Sensorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner eine erste Vorspannungsschaltung aufweist, die mit der ersten Sensorvorrichtung und dem ersten Signalweg gekoppelt ist, und eine zweite Vorspannungsschaltung, die mit der zweiten Sensorvorrichtung und dem zweiten Signalweg gekoppelt ist.
  12. Sensorsystem gemäß Anspruch 11, das ferner einen Vorspannungskomparator aufweist, der konfiguriert ist, um ein Signal von der ersten Vorspannungsschaltung und ein Signal von der zweiten Vorspannungsschaltung zu empfangen und die Signale zu vergleichen.
  13. Sensorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der erste Signalweg, wenn er mit dem zweiten Signalweg verglichen wird, zumindest eine Charakteristik aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus schneller sein, präziser sein, weniger rauschbehaftet sein und ein unterschiedliches Arbeitsprinzip aufweisen.
  14. Sensorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Sendersystem einen Sicherheitsintegritätspegelstandard (SIL-Standard) erfüllt.
  15. Verfahren zum Bereitstellen eines Selbsttests in einem monolithischen Integrierte-Schaltung-Sensorsystem, das folgende Schritte aufweist: Implementieren, auf einem einzelnen Halbleiterchip, eines Hauptsignalwegs, der einen Hauptsensor aufweist; Implementieren, auf dem einzelnen Halbleiterchip, eines sekundären Sensors und eines sekundären Signalwegs, wobei sich der sekundäre Signalweg von dem Hauptsignalweg unterscheidet, und verglichen mit dem Hauptsignalweg, zumindest eine Charakteristik aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus langsamer sein, weniger präzise sein, rauschbehafteter sein und ein unterschiedliches Arbeitsprinzip aufweisen; und Durchführen eines Selbsttests des Sensorsystems durch Vergleichen eines Signals des Hauptsignalwegs mit einem Signal des sekundären Signalwegs.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 15, das ferner das Multiplexen von zumindest einem zusätzlichen Sensor mit dem sekundären Signalweg aufweist.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner das Empfangen von zumindest einem Kompensationssignal von dem zumindest einen zusätzlichen Sensor aufweist.
  18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, das ferner folgende Schritte aufweist: Implementieren einer ersten Analog-zu-Digital(A/D)-Umwandlungstechnik auf dem Hauptsignalweg; und Implementieren einer zweiten A/D-Umwandlungstechnik auf dem sekundären Signalweg, wobei sich die zweite A/D-Umwandlungstechnik von der Haupt-A/D-Umwandlungstechnik unterscheidet.
  19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, das ferner folgende Schritte aufweist: Vorspannen des Hauptsensors durch einen ersten Vorspannungsabschnitt; Vorspannen des sekundären Sensors durch einen zweiten Vorspannungsabschnitt, der sich von dem ersten Vorspannungsabschnitt unterscheidet; und Messen eines Vorspannungsstroms des Hauptsensors und eines Vorspannungsstroms des sekundären Sensors.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, das ferner folgende Schritte aufweist: Koppeln des Haupt- und Sekundär-Signalwegs mit einem digitalen Signalprozessor (DSP); Verarbeiten des Signals des Hauptsignalwegs unter Verwendung eines ersten Softwareabschnitts des DSP; und Verarbeiten des Signals des sekundären Signalwegs unter Verwendung eines zweiten Softwareabschnitts des DSP, wobei sich der zweite Softwareabschnitt von dem ersten Softwareabschnitt unterscheidet.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 20, das ferner das Bereitstellen paralleler Ausgänge des DSP aufweist, was einen Hauptsignalwegabschnitt und einen sekundären Signalwegabschnitt aufweist.
  22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem das Vergleichen das Bilden von zumindest entweder einem Quotienten oder einer linearen Transformation des Signals des Hauptsignalwegs und des Signals des sekundären Signalwegs aufweist.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 22, das ferner das Bewerten des zumindest einen Quotienten oder eine lineare Transformation zum Erfassen eines Systemausfalls aufweist.
  24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 23, das ferner das Einstellen eines Messbereichs von zumindest entweder dem Hauptsensor oder dem sekundären Sensor aufweist.
  25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 24, das ferner das Austauschen des Hauptsensors und des sekundären Sensors derart aufweist, dass der Hauptsensor mit dem sekundären Signalweg gekoppelt ist und der sekundäre Sensor mit dem Hauptsignalweg gekoppelt ist.
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