DE102014011783B3

DE102014011783B3 - Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Messwertaufnehmern

Info

Publication number: DE102014011783B3
Application number: DE201410011783
Authority: DE
Inventors: Michael Drescher
Original assignee: TDK Micronas GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2034-08-13
Also published as: US20160047680A1; US9739649B2

Abstract

Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Messwertaufnehmern, mit einem ersten IC (C1) und einen zweiten IC (C2), wobei die beiden ICs (C1, C2) die gleichen monolithisch integrierten Schaltkreiskomponenten mit jeweils einem Sensor und einem für eine bidirektionale Datenübertragung ausgebildeten Signalkontakt (S1, S2) und einem Referenzkontakt (GND) und einem Versorgungsspannungskontakt (VSUP) aufweisen und der Referenzkontakt (GND) auf beiden ICs (C1, C2) jeweils mittels eines steuerbaren Schalters (T1, T2) mit dem Signalkontakt (S1, S2) verbunden oder getrennt wird, und an den Signalkontakt (S1, S2) jeweils ein in Abhängigkeit der von dem jeweiligen Sensor erfassten physikalischen Größe erzeugtes Signal (SIG1, SIG2) angelegt wird und die beiden ICs (C1, C2) in einem gemeinsamen IC-Gehäuse (GEH1) integriert werden, und der Versorgungsspannungskontakt (VSUP1) des ersten ICs (C1) mit einem ersten Gehäusekontakt (PIN1) und der erste Gehäusekontakt (PIN1) mit einem ersten Anschluss (AN1) einer Steuereinheit (ECU) verschaltet wird, und der Versorgungsspannungskontakt (VSUP2) des zweiten ICs (C2) mit einem zweiten Gehäusekontakt (PIN2) und der zweite Gehäusekontakt (PIN2) mit einem zweiten Anschluss (AN2) der Steuereinheit (ECU) verschaltet wird, und der Referenzkontakt (GND) des ersten ICs (C1) mit einem dritten Gehäusekontakt (GK3) und mit dem Referenzkontakt (GND) des zweiten ICs (C2) verschaltet wird, und der Signalkontakt (SK1) des ersten ICs (C1) mit dem Signalkontakt (SK2) des zweiten ICs (C2) und mit einem vierten Gehäusekontakt (GK4) verschaltet wird, und wobei die beiden Sensorsignale (S1, S2) über den vierten Gehäuseanschlusskontakt (GK4) an die Steuereinheit (ECU) übertragen werden, und die beiden Signale (SIG, SIG2) in der Steuereinheit (ECU) ausgewertet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Messwertaufnehmern.
Aus der DE 20 2009 017 430 U1 ist ein Sensorgehäuse mit zwei Sensoren und einer ersten integrierten Schaltung und einer zweiten integrierten Schaltung bekannt. Ferner ist aus der DE 10 2011 075 679 A1 eine Anordnung mit zwei Sensoren bekannt. Des Weiteren offenbaren die beiden Druckschriften jeweils ein Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Messwertaufnehmern, insbesondere von Sensoren. Aus der WO 2012/082207 A1 ist ein Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einer Steuereinheit und einem Sensor-IC mittels des Singe Edge Nibble Transmission (SENT) Protokolls bekannt. Das Protokoll erfordert unter anderem eine bestimmte Konfiguration in der Verschaltung zwischen der Steuereinheit und dem Sensor-IC. Des Weiteren sind aus der EP 2 233 889 A1 und der DE 10 2011 088 902 A1 weitere Messwertaufnehmer und Messvorrichtungen bekannt.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Messwertaufnehmern anzugeben, das den Stand der Technik weiterbildet.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird ein Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Messwertaufnehmern bereitgestellt, mit einem ersten IC und einen zweiten IC, wobei die beiden ICs monolithisch integrierte Schaltkreiskomponenten mit jeweils einem Sensor und einem für eine bidirektionale Datenübertragung ausgebildeten Signalkontakt und einem Referenzkontakt und einem Versorgungsspannungskontakt aufweisen und der Referenzkontakt auf beiden ICs jeweils mittels eines steuerbaren Schalters mit dem Signalkontakt verbunden oder getrennt wird, und an den Signalkontakt jeweils ein in Abhängigkeit der von dem jeweiligen Sensor erfassten physikalischen Größe erzeugtes Signal angelegt wird und die beiden ICs in einem gemeinsamen IC-Gehäuse integriert werden, und der Versorgungsspannungskontakt des ersten ICs mit einem ersten Gehäusekontakt und der erste Gehäusekontakt mit einem ersten Anschluss einer Steuereinheit verschaltet wird, und der Versorgungsspannungskontakt des zweiten ICs mit einem zweiten Gehäusekontakt und der zweite Gehäusekontakt mit einem zweiten Anschluss der Steuereinheit verschaltet wird, und der Referenzkontakt des ersten ICs mit einem dritten Gehäusekontakt und mit dem Referenzkontakt des zweiten ICs verschaltet wird, und der Signalkontakt des ersten ICs mit dem Signalkontakt des zweiten ICs und mit einem vierten Gehäusekontakt verschaltet wird, und wobei die beiden Sensorsignale über den vierten Gehäuseanschlusskontakt an die Steuereinheit übertragen werden, und die beiden Signale in der Steuereinheit ausgewertet werden. Es sei angemerkt, dass die Sensoren sich insbesondere als Magnetfeldsensoren und/oder als Temperatursensoren und/oder als Drucksensoren ausbilden lassen. An den Signalkontakten werden die in Abhängigkeit von der Art des Sensors ermittelten Signale angelegt. Vorzugsweise sind in beiden ICs die gleichen Schaltkreiskomponenten ausgebildet und monolithisch integriert.
Bevorzugt ist, wenn die beiden Signale zeitlich getrennt an die Steuereinheit übertragen werden. Auch bevorzugt ist, wenn mittels der Steuereinheit die beiden Sensorsignal verglichen werden und als Ergebnis des Vergleichs mittels der Steuereinheit eine Beeinflussung der ICs durchgeführt wird. Insbesondere lässt sich mittels der Steuereinheit und den getrennten Versorgungsspannungsleitungen das defekte IC abschalten, d. h. über den vierten Gehäusekontakt werden nur Signale von einem IC übertragen.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist es, dass an einer Signalleitung anstelle von einem einzigen Sensorsignal zwei getrennte Sensorsignale übermittelt werden, ohne dass sich die Anzahl der Signalleitungen verändert. Hierdurch wird auf eine vorteilhafte Weise eine Redundanz geschaffen. Insbesondere in einer Single Edge Nibble Transmission Konfiguration d. h. SENT Konfiguration lässt sich ein IC-Gehäuse, welches bisher lediglich ein einzelnes IC indem IC-Gehäuse aufweist, erfindungsgemäß nun durch ein IC-Gehäuse mit zwei ICs ersetzen. Insbesondere wird durch den Vergleich der Sensorsignale in der Steuereinheit die Zuverlässigkeit bei der Überwachung des physikalischen Parameters signifikant erhöht. Sofern ein IC in dem IC-Gehäuse ausfällt, lassen sich ein kostenintensiver und aufwändiger Eingriff in eine bestehende Baugruppe reduzieren. Derartige Baugruppen sind vor allem in Kraftfahrzeugen verbaut, beispielsweise zur Detektion der Temperatur des Motors oder zur Detektion des Drehwinkels der Nockenwelle für eine Start-Stop Automatik.
In einer Weiterbildung werden die beiden ICs in Abhängigkeit der Auswertung gesteuert. Vorteilhaft ist, wenn die Steuerung mittels der Steuereinheit durchgeführt wird. Indem die beiden ICs über getrennte Versorgungsspannungsleitungen verfügen, lässt sich das defektes IC, ohne dass das IC-Gehäuse mit beiden ICs ausgewechselt werden muss, einfach abschalten.
In einer anderen Weiterbildung wird in dem ersten IC und in dem zweiten IC das Signal jeweils als ein pulsweitenmoduliertes Signal mittels eines offenen Drain Ausgangs erzeugt.
Bevorzugt ist, wenn die beiden ICs innerhalb des IC-Gehäuse in einer Art Master-Slave Anordnung konfiguriert sind, indem das erste IC gegenüber dem zweiten IC bevorrechtigt wird. Insbesondere werden die mittels des Sensors des ersten ICs ermittelten Daten zuerst übertragen. In einer Ausführungsform wird beispielsweise an dem Signalkontakt des zweiten ICs eine Abweichung des Signals des ersten ICs von dem Signal des zweiten ICs angezeigt.
In einer anderen Weiterbildung wird an dem dritten Gehäusekontakt nur das Signal des zweiten ICs ausgeben, sofern das erste IC defekt ist. Anders ausgedrückt wird ein sogenannter „fail-over” Prozess durchgeführt.
In einer Weiterbildung werden die beiden ICs in einer SENT gemäßen Konfiguration verschaltet. Insbesondere werden hierbei in einer ersten Ausführungsform in einem ersten Teil des SENT Protokolls Signale des ersten ICs und in einem zweiten Teil des SENT Protokolls Signale des zweiten ICs übertragen. In einer zweiten Ausführungsform werden in dem ersten Teil des SENT Protokolls Signale des ersten ICs und in einem zweiten Teil des SENT Protokoll mittels des zweiten ICs mit dem Signal eine Abweichung zwischen den Signalen übertragen. In einer dritten Ausführungsform wird das zweite IC vom ersten IC getriggert und sendet ein eigenes SENT Protokoll Signal aus.
Vorteilhaft ist, wenn in beiden ICs Hallsensoren ausgebildet sind und in den beiden ICs die Signale jeweils in Abhängigkeit der Hallspannung erzeugt und an dem Signalkontakt des jeweiligen IC angelegt werden. Es sei angemerkt, dass die Signale beispielweise sogenannte Ortsinformationen enthalten. Die Ortsinformationen enthalten beispielsweise Winkelinformationen eines Gebers.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d. h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigt:
1 eine Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 mehrere Implementierungen des Verfahrens am Beispiel eines SENT Protokolls.
Die Abbildung der 1 zeigt eine Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem ersten IC C1 und einen zweiten IC C2, wobei die beiden ICs C1, C2 die gleichen monolithisch integrierten Schaltkreiskomponenten mit jeweils einem Sensor aufweisen – nicht dargestellt. Vorzugsweise sind die beiden Sensoren als Magnetfeldsensoren, insbesondere als Hallsensoren ausgebildet. Die beiden ICs C1, C2 sind in einem gemeinsamen IC-Gehäuse GEH1 integriert. Das erste IC C1 weist einem für eine bidirektionale Datenübertragung ausgebildeten Signalkontakt S1 und das zweite IC C2 weist einen für eine bidirektionale Datenübertragung ausgebildeten Signalkontakt S2 auf. Das erste IC C1 weist einen Referenzkontakt GND1 und einen Versorgungsspannungskontakt VSUP1 auf. Das zweite IC C2 weist einen Referenzkontakt GND2 und einen Versorgungsspannungskontakt VSUP2 auf. Der jeweilige Referenzkontakt GND1 bzw. GND2 ist bei beiden ICs C1, C2 jeweils mittels eines steuerbaren Schalters T1, T2 mit dem Signalkontakt S1, S2 verschaltet. Mittels einer Ansteuerung an dem Steuereingang lässt sich der jeweilige Signalkontakt S1, S2 mit dem jeweiligen Referenzkontakt GND1 bzw. GND2 kurzschließen und hierdurch an den Signalkontakten S1, S2 sogenannte „open drain” modulierte Signale SIG1, SIG2 erzeugen.
An dem jeweiligen Signalkontakt S1, S2 liegt das in Abhängigkeit der von dem jeweiligen Sensor erfassten physikalischen Größe erzeugte Signal SIG1, SIG2 an. Vorteilhaft ist, wenn die beiden Signale jeweils pulsweiten moduliert sind. Der Versorgungsspannungskontakt VSUP1 des ersten ICs C1 ist mit einem ersten Gehäusekontakt PIN1 und der erste Gehäusekontakt GK1 mit einem ersten Anschluss AN1 einer Steuereinheit ECU verschaltet. Der Versorgungsspannungskontakt VSUP2 des zweiten ICs C2 ist mit einem zweiten Gehäusekontakt GK2 und der zweite Gehäusekontakt GK2 mit einem zweiten Anschluss AN2 der Steuereinheit ECU verschaltet. Der Referenzkontakt GND1 des ersten ICs C1 ist mit einem dritten Gehäusekontakt GK3 und mit dem Referenzkontakt GND2 des zweiten ICs C2 verschaltet. Der dritte Gehäusekontakt GK3 ist mit einem dritten Anschluss AN3 der Steuereinheit ECU verschaltet. In einer nicht dargestellten Ausführungsform lassen sich auch die beiden Referenzkontakte GND1 und GND2 auch außerhalb des IC-Gehäuses verschalten. Hierzu ist jedoch ein zusätzlicher Gehäuseanschlusskontakt notwendig. Das Entsprechende gilt auch für die beiden Signalanschlüsse VSUP1 und VSUP2. Auch hier lassen sich die beiden Signalanschlüsse außerhalb des IC-Gehäuses zusammenführen.
Der Signalkontakt SK1 des ersten ICs C1 ist mit dem Signalkontakt SK2 des zweiten ICs C2 und mit einem vierten Gehäusekontakt GK4 verschaltet. Der vierte Gehäusekontakt GK4 ist mit einem vierten Anschluss AN4 der Steuereinheit ECU verschaltet. Die beiden Signale SIG1, SIG2 werden über den vierten Gehäuseanschlusskontakt GK4 an die Steuereinheit ECU übertragen und in der Steuereinheit ECU ausgewertet.
Die Abbildung der 2 zeigt insgesamt drei verschiedene Implementierungen des Verfahrens am Beispiel eines SENT Protokolls. Die drei Implementierungen umfassen eine erste Variante V1, eine zweite Variante V2 und eine dritte Variante V3. Bei allen drei Varianten V1 bis V3 sind Auszüge eines SENT kompatibeln Datenprotokolls dargestellt, wobei alle Varianten V1 bis V3 einen Anfangsbereich A1 aufweisen. In dem Anfangsbereich A1 sind Kalibrations- und andere Sequenzen vorhanden. An den jeweiligen Anfangsbereich A1 schließt sich in allen Varianten V1 bis V3 ein erster Datenbereich POS1 an. In dem ersten Datenbereich POS1 werden von dem ersten IC C1 Sensordaten, vorliegend Positionsdaten übertragen.
Bei der ersten Variante V1 schließt sich nach dem ersten Datenbereich POS1 ein zweiter Datenbereich POS2 an. In dem zweiten Datenbereich POS2 werden von dem zweiten IC C2 Sensordaten, vorliegend Positionsdaten übertragen. Hiernach schließt sich ein erster Endbereich E1 an.
Bei der zweiten Variante V2 schließt sich nach dem ersten Datenbereich POS1 ein dritter Datenbereich DIF an. In dem dritten Datenbereich DIF werden mittels des zweiten ICs C2 eine Abweichung zwischen den ermittelten Daten des ersten Sensors und den ermittelten Daten des zweiten Sensors übertragen. Hiernach schließt sich wiederum der erste Endbereich E1 an.
Bei der dritten Variante V3 schließt sich nach dem ersten Datenbereich POS1 unmittelbar der erste Endbereich E1 an. An den ersten Endbereich E1 schließt sich ein weitere Anfangsbereich A2 an. An den weiteren Anfangsbereich A2 schließt sich der zweite Datenbereich POS2 an. In dem zweiten Datenbereich POS2 werden von dem zweiten IC C2 wieder Sensordaten, vorliegend Positionsdaten übertragen. Hiernach schließt sich ein zweiter Endbereich E2 an.

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Messwertaufnehmem, mit einem ersten IC (C1) und einem zweiten IC (C2), wobei die beiden ICs (C1, C2) monolithisch integrierte Schaltkreiskomponenten mit jeweils einem Sensor und einem für eine bidirektionale Datenübertragung ausgebildeten Signalkontakt (S1, S2) und einem Referenzkontakt (GND) und einem Versorgungsspannungskontakt (VSUP) aufweisen und der Referenzkontakt (GND) auf beiden ICs (C1, C2) jeweils mittels eines steuerbaren Schalters (T1, T2) mit dem Signalkontakt (S1, S2) verbunden oder getrennt wird, und an den Signalkontakt (S1, S2) jeweils ein in Abhängigkeit der von dem jeweiligen Sensor erfassten physikalischen Größe erzeugtes Signal angelegt wird und die beiden ICs (C1, C2) in einem gemeinsamen IC-Gehäuse (GEHT) integriert werden, und der Versorgungsspannungskontakt (VSUP1) des ersten ICs (C1) mit einem ersten Gehäusekontakt (GK1) und der erste Gehäusekontakt (GK1) mit einem ersten Anschluss (AN1) einer Steuereinheit (ECU) verschaltet wird, und der Versorgungsspannungskontakt (VSUP2) des zweiten ICs (C2) mit einem zweiten Gehäusekontakt (GK2) und der zweite Gehäusekontakt (GK2) mit einem zweiten Anschluss (AN2) der Steuereinheit (ECU) verschaltet wird, und der Referenzkontakt (GND1) des ersten ICs (C1) mit einem dritten Gehäusekontakt (GK3) und mit dem Referenzkontakt (GND2) des zweiten ICs (C2) verschaltet wird, und der Signalkontakt (S1) des ersten ICs (C1) mit dem Signalkontakt (S2) des zweiten ICs (C2) und mit einem vierten Gehäusekontakt (GK4) verschaltet wird, und wobei die beiden Signale über den vierten Gehäuseanschlusskontakt (GK4) an die Steuereinheit (ECU) übertragen werden, und die beiden Signale in der Steuereinheit (ECU) ausgewertet werden.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ICs (C1, C2) in Abhängigkeit der Auswertung gesteuert werden.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten IC (C1) und in dem zweiten IC (C2) das Signal jeweils als ein pulsweitenmoduliertes Signal mittels eines offenen Drain Ausgangs erzeugt wird.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste IC (C1) gegenüber dem zweiten IC (C2) bevorrechtigt wird.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Signalkontakt (S2) des zweiten ICs (C2) eine Abweichung des Signals des ersten ICs (C1) von dem Signal des zweiten ICs (C2) angezeigt wird.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem vierten Gehäusekontakt (GK4) nur das Signal des zweiten ICs (C2) ausgeben wird, sofern das erste IC (C1) defekt ist.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ICs (C1, C2) in einer SENT Konfiguration verschaltet sind.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Ausführungsform in dem ersten Teil des SENT Protokolls Signale des ersten ICs (C1) und in einem zweiten Teil des SENT Protokolls Signale des zweiten ICs (C2) übertragen werden.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Ausführungsform in dem ersten Teil des SENT Protokolls Signale des ersten ICs (C1) und in einem zweiten Teil des SENT Protokolls mittels des zweiten ICs (C2) mit dem Signal eine Abweichung zwischen den Signalen übertragen werden.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Ausführungsform das zweite IC (C2) mittels des ersten IC (C1) getriggert wird und das zweite IC (C1) ein eigenes SENT Protokoll an die Steuereinheit (ECU) übermittelt.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden ICs (C1, C2) Hallsensoren ausgebildet sind und in den jeweiligen ICs (C1, C2) die Signale in Abhängigkeit der Hallspannung erzeugt werden.
Verfahren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ICs (C1, C2) die gleichen Schaltkreiskomponenten aufweisen.