DE102014112732A1

DE102014112732A1 - Systeme und Verfahren zur internen und externen Fehlererkennung in Sensorausgangsschnittstellen

Info

Publication number: DE102014112732A1
Application number: DE102014112732.3A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Granig; Andrea Morici; Harald Witschnig
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2015-03-12
Also published as: US9846191B2; CN104423379A; CN104423379B; US20150070042A1

Abstract

Integrierte Schaltungssysteme, beispielsweise Sensorsysteme, mit Bord-Diagnose-(OBD-)Schaltungen zur Erkennung von Fehlern innerhalb der Systeme sind offenbart, zusammen mit zugehörigen Verfahren. In einer Ausführungsform empfängt ein ADC-Multiplexer eine analoge Ausgangsauslesung von einem Ausgangstreiber und stellt ein Signal bereit, das eine OBD-Schaltung für eine interne Fehleranzeige auslöst, die vollkommen unabhängig von Digital-Analog-Umsetzern (DAC) und Ausgangstreibern ausgeführt wird, welche die Fehlerstelle sein können.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Sensorausgangsschnittstellen und insbesondere Sensorausgangsschnittstellen, die Bord-Diagnose-(OBD-)Schaltkreise einsetzen, um Fehler oder Ausfälle sowohl außerhalb als auch innerhalb des Sensors zu erkennen, indem Analogausgang-Ausleseverfahren eingesetzt werden.
HINTERGRUND
In integrierten Schaltungen (IC) umgesetzte Sensoren und Sensorsysteme weisen oft Analogausgangsschnittstellen zur Übertragung von Sensorsignalen zu anderen Systemkomponenten, beispielsweise einer elektronischen Steuereinheit (ECU) oder anderen Vorrichtung in z. B. Automobilanwendungen, auf. Analogausgangsschnittstellen umfassen häufig Digital-Analog-Umsetzer (DAC) und Ausgangstreiber, sodass die Ausgangsspannung vom Treiber extern über eine Leitung an die Vorrichtung übertragen wird. Im Falle einer Leitungsunterbrechung im externen Leiter, beispielsweise eines Bruchs im Leiter selbst, kann der Ausgang potentialfrei sein oder andere unerwünschte oder sogar schädliche Fehler können auftreten. Daher können Bord-Diagnose-(OBD-)Bauteile in den Sensorsystemen umgesetzt werden, um externe Leitungsunterbrechungen wie diese zu erkennen.
In einer Konfiguration sind zwei OBD-Schaltungen innerhalb eines IC bereitgestellt. Die erste OBD-Schaltung ist zwischen dem Ausgang der Analogausgangsschnittstelle und dem Anschluss für Versorgungspotential V_DD gekoppelt, und die zweite OBD-Schaltung ist zwischen dem Ausgang und dem Anschluss für ein negatives Versorgungspotential oder Bezugsmassepotential GND gekoppelt. Die OBD-Schaltung ist im Wesentlichen ein Schalter, der z. B. einen Verarmungstransistor umfasst und normal offen ist, wenn der IC korrekt funktioniert. Im Falle eines externen Fehlers, beispielsweise einer Leitungsunterbrechung, die dazu führt, dass der IC Spannung verliert, schließt sich die OBD-Schaltung und bildet einen Kurzschluss, sodass das Ausgangssignal auf V_DD oder GND gezogen wird, um einen Fehler anzuzeigen.
Herkömmliche Sensoren stellen im Allgemeinen Diagnose bereit, indem OBD-Diagnoseausgangswerte oder Klemmbereiche definiert werden, sodass der Betriebsbereich des Analogausgangs reduziert ist, beispielsweise auf 10% bis 90% V_DD. Dies schränkt auf unvorteilhafte Weise die externen Ausgangssignalpegel ein. Außerdem erfordern bestimmte Sicherheitsbestimmungen, beispielsweise die Standards gemäß Automotive Safety Integrity Level (ASIL), eine Diagnose von internen Funktionalitäten. Um diese Anforderungen zu erfüllen werden typischerweise Ausgangswerte oder Klemmbereiche einer erweiterten Diagnose definiert, sodass der Arbeitsbereich des Analogausgangs weiter reduziert wird, beispielsweise auf 20% bis 80% V_DD, was in einem stärker reduzierten Ausgangssignalpegel resultiert, was ein signifikanter Nachteil sein kann. Ein weiterer Nachteil ist, dass im Falle des Auftretens eines Ausfalls innerhalb der Analogausgangsschnittstelle selbst, möglicherwiese aufgrund eines Ausfalls des DAC oder Ausgangstreibers, der Diagnoseausgangswert oder Klemmbereich nicht länger übertragen wird. Dies kann auch der Diagnosebereich signifikant verringern, da die Ausgangsstufe oft eine signifikante Chipfläche benötigt, um Sicherheitsdiagnosen für alle oder zumindest entscheidende IC-Bauteile bereitzustellen.
Bei zahlreichen Anwendungen besteht allgemeiner Bedarf an einem Sensor, der in der Lage ist, Fehler innerhalb als auch außerhalb des Sensors zu erkennen. Ein Nachteil mancher herkömmlicher Ansätze ist dann die Begrenzung des verbleibenden Signalpegels. Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Ansätze ist die Abhängigkeit vom DAC und Ausgangstreiber, sodass ein Ausfall im DAC oder Ausgangstreiber zu einer Nichtübertragung des Klemmbereichs führt. Ein weiterer Nachteil bei herkömmlichen Sensoren, die interne Fehlererkennung bereitstellen, ist die Anzahl von zusätzlichen Bauteilen, die zur Bereitstellung von Diagnosefähigkeiten notwendig sind, wodurch die Größe, Kosten und Komplexität der Schaltung zunehmen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einen Teil dieser Nachteile zu beseitigen und entsprechend verbesserte Systeme und Verfahren bereitzustellen.
KURZFASSUNG
Es werden ein integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 18 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.
Ausführungsformen betreffen integrierte Schaltungssysteme und -verfahren, die Bord-Diagnoseschaltungen zur Erkennung von Fehlern, die innerhalb oder außerhalb der Systeme auftreten, erkennen. Ein integriertes Schaltungssystem kann dabei insbesondere ein System sein, welches in einer (einzigen) integrierten Schaltung implementiert ist.
In einer Ausführungsform umfasst ein integriertes Schaltungssystem zumindest eine Bord-Diagnoseschaltung; einen Ausgangstreiber, der ein Systemausgangssignal bereitstellt; und eine Steuereinheit, die mit der zumindest einen Bord-Diagnoseschaltung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Systemausgangssignal mit einem Wert zu vergleichen und ein Fehlerausgangssignal über die zumindest eine Bord-Diagnoseschaltung bereitzustellen, wenn der Vergleich einen Fehler anzeigt.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Erkennung von Fehlern innerhalb eines integrierten Schaltungssystems das Bereitstellen eines Ausgangssignals des Systems zu einer internen Steuerschaltung des Systems; das Vergleichen des Ausgangssignals mit einem Wert; und das Bereitstellen eines Fehlersignals, das einen Fehler innerhalb des Systems über eine Bord-Diagnoseschaltung anzeigt, wenn der Vergleich um einen vordefinierten Grenzwert vom Wert abweicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung ist durch Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
1 eine perspektivische Ansicht eines vereinfachten Blockschaltbilds eines Sensorsystems ist, das die OBD-Schaltungen umsetzt und worin das Analogausgangssignal und gemäß einer Ausführungsform an einem Haupt-ADC ausgelesen und gemessen wird.
2 ein Flussdiagramm ist, welches das Verfahren zur Bestimmung eines internen Fehlers in einem Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
3 eine perspektivische Ansicht eines vereinfachten Blockschaltbilds eines Sensorsystems ist, bei dem das Analogausgangssignal gemäß einem Ausführungsbeispiel über den chipinternen Temperatur-ADC ausgelesen und gemessen wird.
Während zwar verschiedene Modifikationen und alternative Formen der Erfindung möglich sind, sind in den Zeichnungen beispielhafte Spezifika dargestellt und nachstehend genauer beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass dadurch die Erfindung nicht auf die beschriebenen speziellen Ausführungsformen eingeschränkt werden soll. Im Gegenteil soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die innerhalb des Geistes und Schutzumfangs der Erfindung liegen, wie sie durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen betreffen integrierte Schaltungssysteme und Verfahren, wie z. B. Sensorsysteme, die Bord-Diagnose-(OBD-)Schaltungen umfassen, die zur Erkennung von Fehlern innerhalb des Systems verwendet werden. Beispielsweise können OBD-Schaltungen in einer Ausführungsform bei der Erkennung von Fehlern verwendet werden, die innerhalb eines Ausgangstreiberabschnitts des Systems auftreten. In einer Ausführungsform empfängt ein ADC-Multiplexer ein Analogausgangssignal des Systems, digitalisiert das analoge Signal und stellt das digitalisierte Signal einer Steuerschaltung bereit. Die Steuereinheit vergleicht das digitalisierte Signal mit einem Wert, beispielsweise einem erwarteten Ausgangssignal, einem Bereich von Signalen oder einem anderen Wert, und stellt ein Signal an eine OBD-Schaltung bereit, wenn ein Fehler erkannt wird. Innerhalb der OBD-Schaltung wird eine Ladungspumpe deaktiviert, die einen OBD-Schalter schließt, um am Ausgang des Systems eine Diagnoseausgabe bereitzustellen, die einen Fehler anzeigt. Diese Fehleranzeige kann unabhängig von Digital-Analog-Umsetzern (DAC) und Ausgangstreibern durchgeführt werden, die Fehlerstellen innerhalb des Systems sein können. Somit können Fehler innerhalb dieses und anderer interner Systembauteile und -operationen erkannt und extern über einen oder mehrere OBD-Schaltungen an das System übertragen werden.
In einer Ausführungsform kann ein integriertes Schaltungs-(IC-)System, wie beispielsweise ein Sensorsystem, zumindest eine OBD-Schaltung umfassen, wobei jede OBD-Schaltung eine Ladungspumpe und einen Schalter umfasst. In manchen Ausführungsformen umfasst der Schalter einen Transistor, beispielsweise einen Verarmungstransistor, z. B. einen MOSFET. Das IC-System umfasst ferner einen Ausgangstreiber, einen ADC-Multiplexer und eine Chipsteuerschaltung in einer Ausführungsform. Zumindest einer der OBD-Schaltungen ist mit einem Anschluss für ein positives Versorgungspotential, V_DD, gekoppelt, und zumindest eine der OBD-Schaltungen ist mit einem Anschluss für ein negatives Versorgungspotential oder Bezugsmassepotential GND gekoppelt.
Der Ausgangstreiber gibt ein Analogausgangssignal V_aus aus, das in einer Ausführungsform vom ADC ausgelesen werden kann. Die ADC-Ausgabe ist mit einer Chipsteuerschaltung gekoppelt, die wiederum mit der/den Ladungspumpe(n) der zumindest einen OBD-Schaltung gekoppelt ist. Das Analogausgangssignal wird zum ADC-Multiplexer ausgelesen und analysiert. Wenn das Ausgangssignal V_aus um mehr als einen bestimmten Grenzwert von einem gewünschten Wert, der ein erwarteter Ausgangswert, ein vorgegebener Wert oder ein anderer Wert sein kann, abweicht, überträgt die Chipsteuerschaltung ein Signal an die Ladungspumpe. Die Ladungspumpe wird dann deaktiviert, um den Schalter der OBD-Schaltung zu schließen, wodurch eine Diagnoseausgabe bereitgestellt oder aktiviert wird, die einen Fehler oder einen anderen anomalen Betriebsvorgang anzeigt.
Somit kann in manchen Ausführungsformen ein interner Fehler oder Fehler innerhalb des IC-Systems erkannt werden, indem ein Auslesesignal eines Ausgangssignals über einen internen ADC analysiert wird. In einer weiteren Ausführungsform kann ein externer Fehler erkannt werden, indem ein Auslesesignal eines Ausgangssignals über einen internen ADC analysiert wird.
1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbilds eines integrierten Schaltungs-(IC-)Systems 100 gemäß einer Ausführungsform. Das IC-System 100 umfasst ein Sensorsystem wie dargestellt, kann aber in anderen Ausführungsformen auch ein anderes IC-System, eine andere Schaltung, einen anderen Chip oder eine andere Vorrichtung umfassen, wobei eine Bezugnahme auf ein IC-System oder Sensorsystem hierin durchgehend lediglich beispielhaft für eine Ausführungsform ist und lediglich für Erläuterungszwecke dient. Es werden hierin zwar spezifische Ausführungsformen dargestellt und erläutert, diese sind aber nicht einschränkend in Bezug auf andere Ausführungsformen und/oder die Ansprüche zu sehen. Außerdem sind viele der Darstellungen hierin für Erklärungszwecke und der Einfachheit halber verallgemeinert dargestellt, und Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung werden erkennen, dass verschiedene elektronische Elemente konfiguriert und/oder anders gekoppelt werden können als in den zur Veranschaulichung verwendeten speziellen Beispielen, um andere Ausführungsformen bereitzustellen, wobei immer noch die gleichen oder ähnliche Funktionalitäten oder Merkmale der dargestellten Ausführungsform(en) bereitgestellt werden.
Das IC-System 100 umfasst in einer Ausführungsform eine erste OBD-Schaltung 101 und eine zweite OBD-Schaltung 103. Die erste OBD-Schaltung 101 umfasst einen OBD-Schalter 102 und eine Ladungspumpe 106 und ist zwischen dem Ausgang V_aus der integrierten Schaltung und einem Anschluss für ein positives Versorgungspotential V_DD gekoppelt. Die zweite OBD-Schaltung 103 umfasst einen OBD-Schalter 104 und eine Ladungspumpe 108 und ist zwischen dem Ausgang V_aus der integrierten Schaltung und einem Anschluss für ein negatives Versorgungspotential oder Bezugsmassepotential GND gekoppelt. Die erste OBD-Schaltung 101 kann daher als OBD-Schaltung auf der „hohen” Seite bezeichnet werden, während die zweite OBD-Schaltung 103 als OBD-Schaltung auf der „niedrigen” Seite bezeichnet werden kann, wie in dieser beispielhaften Ausführungsform dargestellt und beschrieben ist. In anderen Ausführungsformen können mehr oder weniger OBD-Schaltungen, Ladungspumpen und/oder OBD-Schalter verwendet werden.
In manchen Ausführungsformen umfassen der erste und zweite OBD-Schalter 102 und 104 einen oder mehrere Transistoren, beispielsweise Verarmungstransistoren, wie z. B. MOSFETs oder einen anderen geeigneten Transistortyp, die wirksam als Schalter funktionieren können. Wenn also beide Schalter 102 und 104 durch ihre jeweilige Ladungspumpe 106 und 108 mit Energie versorgt werden und offen sind, wird V_aus an einen Ausgang des Systems 100 übertragen, und wenn eine der Ladungspumpen 106 oder 108 deaktiviert ist, sodass der entsprechende Schalter 102 oder 104 geschlossen ist, wird ein Kurschluss zwischen V_aus und entweder V_DD oder GND erzeugt.
Das Sensorsystem 100 kann ferner einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 110 umfassen, die mit dem positiven Eingang eines Ausgangstreibers 112 gekoppelt ist. Das Ausgangssignal V_aus vom Ausgangstreiber 112 ist mit dem negativen Eingang des Ausgangstreibers 112 gekoppelt und stellt diesem negative Rückkopplungssteuerung bereit, um den negativen Eingang des Ausgangstreibers 112 zu steuern. Das Ausgangssignal V_aus wird auch am Ausgang des Systems 100 bereitgestellt und ist mit dem externen Leiter 114 verbunden. In einer Ausführungsform kann eine Verbindung zum externen Leiter 114 über eine Kontaktfläche 116 hergestellt werden, obwohl in anderen Ausführungsformen auch Stifte, Anschlüsse, Kontakte, Drähte oder andere Strukturen verwendet werden können.
In manchen Ausführungsformen umfasst das System 100 Bauteile, Kopplungen und/oder Funktionalitäten, welche die Erkennung von internen Fehlern (d. h. Fehlern, die innerhalb des Systems 100 auftreten) ermöglichen. In einer Ausführungsform umfasst das System 100 einen Analog-Digital-Umsetzer-Multiplexer (ADC-MUX) 122, der mit einem Ausgangstreiber 112 des Systems 100 gekoppelt ist und konfiguriert ist, um ein Analogausgangssignal V_aus zu empfangen oder auszulesen. In manchen Ausführungsformen kann der ADC-MUX 122 eine Kombination aus ADC und Multiplexer umfassen, in anderen Ausführungsformen kann er einen separaten ADC und einen separaten Multiplexer oder eine andere geeignete Vorrichtung und/oder Konfiguration umfassen. Die Eingänge des ADC-MUX 122 sind z. B. mit einem Sensor 124 und einer Chipsteuerung oder Zustandsmaschine 126 gekoppelt, sowie auch mit dem Ausgangstreiber 112. In manchen Ausführungsformen kann der Sensor 124 (jeden) beliebige(n) Sensor(en) umfassen, beispielsweise einen oder mehrere aus einem Beschleunigungssensor, Temperatursensor, Feuchtigkeitssensor, Drucksensor, optischen Sensor, Magnetfeldsensor oder anderen geeigneten Sensoren. Die Zustandsmaschine oder Chipsteuerung 126 kann mit Ladungspumpen 106, 108 und dem DAC 110 gekoppelt sein. In manchen Ausführungsformen können verschiedene andere Schaltungselemente, wie z. B. ein Mikroprozessor, mit dem Ausgang des ADC 122 gekoppelt sein, um das vom ADC 122 ausgegebene Signal zu empfangen und zu vergleichen.
In manchen Ausführungsformen kann das System 100 ferner Spannungsversorgungen oder -regler 130 und/oder Taktgeber 132 umfassen, die mit verschiedenen anderen Bauteilen gekoppelt sein können, wie Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung verstehen werden. Die in 1 dargestellte Ausführungsform zeigt der Einfachheit halber keine solchen Kopplungen. Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung werden erkennen, dass in dieser oder anderen Ausführungsformen weitere Bauteile, Kopplungen und Merkmale, die nicht spezifisch dargestellt oder erläutert sind, ebenfalls im System 100 enthalten sein können, wobei die Darstellung in 1 lediglich ein vereinfachtes Beispiel darstellt.
Während des Betriebs wird vom Sensor 124 ein Sensorsignal S1 erzeugt. Bei Normalbetrieb läuft das Signal S1 durch das System 100, sodass über eine Bord-Kontaktstelle 116 ein Ausgangssignal V_aus bereitgestellt wird. In manchen Ausführungsformen, und zur Bestimmung, ob ein Fehler innerhalb des Systems 100 aufgetreten ist, der sich auf die Genauigkeit oder Verlässlichkeit von V_aus auswirken könnte, wird ein analoges Ausgangssignal V_aus zum ADC-Multiplexer 122 übertragen oder ausgelesen. In manchen Ausführungsformen wird ein geeignetes Chipsteuersignal C1 ebenfalls von Chipsteuerschaltung 126 zum ADC-MUX 122 bereitgestellt. Das analoge Ausgangssignal V_aus wird am ADC-MUX 122 digitalisiert, und dieses digitalisierte Signal wird dann zum Vergleich oder zur Beurteilung zur Chipsteuerschaltung 126 übertragen.
In einer Ausführungsformen kann der Vergleich des ausgelesenen und digitalisierten V_aus mit einem vorgegebenen gewünschten Wert oder Bereich, der in einem Speicherabschnitt der Chipsteuerschaltung 126 gehalten wird, erfolgen. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem tatsächlichen Wert erfolgen, beispielsweise mit dem ursprünglich digitalisierten Signal S1, das in einem Speicherabschnitt der Chipsteuerschaltung 126 gehalten wird. In anderen Ausführungsformen kann der Vergleich mit einem Standardwert, einem herkömmlichen Wert oder einem anderen Signal, Wert oder Bereich erfolgen. In einer Ausführungsform vergleicht die Chipsteuerschaltung 126 diese Werte, und wenn das ausgelesene digitalisierte Signal von einem vorgegebenen gewünschten Wert abweicht, beispielsweise überhaupt oder um mehr als einen vordefinierten Grenzwert (z. B. um zumindest 10%, z. B. zumindest 25% z. B. zumindest etwa 30% in einer Ausführungsform, oder um einen bestimmten Wert oder Bereich, der von einem Erstausrüster oder einem anderen Umsetzer des Systems 100 festgelegt und in einem EEPROM oder anderen Speicher des Systems 100 oder an anderer Stelle gehalten wird, usw.), überträgt die Chipsteuerschaltung 126 in verschiedenen Ausführungsformen ein Signal an die geeignete Ladungspumpe 106, 108, um diese Ladungspumpe 106, 108 zu deaktivieren. In anderen Ausführungsformen können die Werte mit einem vorgegebenen Wert oder Bereich verglichen werden, in manchen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 10% bis etwa 90% des V_DD.
Das Deaktivieren der Ladungspumpe 106 oder 108 hat die Wirkung, dass die OBD-Schaltung 102 bzw. 104 aktiviert wird.
Wie zuvor erläutert umfassen in manchen Ausführungsformen OBD-Schalter 102, 104 Transistoren oder anderen Schaltungen oder Elemente, die normalerweise offen sind, wenn sie von Ladungspumpen 106, 108 mit Energie versorgt werden. Diese Schalter 102, 104 könne aktiviert (z. B. geschlossen) werden, indem die entsprechende Ladungspumpe 106, 108 deaktiviert wird. Das Aktivieren von entweder einer der OBD-Schaltungen 102, 104 führt zur Bereitstellung der entsprechenden Diagnoseausgabe V_DD oder BND am Ausgang des Systems 100. In einer Ausführungsform ist zu jedem beliebigen Zeitpunkt eine der OBD-Schaltungen 102, 104 aktiviert, obwohl in anderen Ausführungsformen auch die zweite OBD-Schaltung 102, 104 aktiviert sein kann, beispielsweise basierend auf Operationen der Chipsteuerung 126.
Wenn eine dieser Diagnoseausgaben V_DD oder GND außerhalb des erwartete normalen Ausgangssignalbereichs des Systems 100 liegt, könnten diese einen Fehler anzeigen, wenn er an eine elektronische Steuereinheit (ECU), einen Mikroprozessor oder eine andere Vorrichtung oder ein anderes System, die mit dem System 100 gekoppelt sind, z. B. Bord-Kontaktstelle 116 und Leiter 114, bereitgestellt wird oder von diesen empfangen wird. Die ECU oder andere Schaltung oder Vorrichtung kann dann einen passenden Schritt unternehmen, beispielsweise eine Warnung an einen Bediener oder Benutzer ausgeben, das System 100 oder ein anderes System oder einen anderen Bauteil, die damit gekoppelt sind, abschalten, eine Notlaufroutine aktivieren oder einen anderen Prozess oder Vorgang ausführen. Somit kann in einer Ausführungsform ein interner Fehler, beispielsweise des DAC 110 oder des Ausgangstreibers 112, erkannt werden, indem das Ausgangssignal V_aus ausgelesen und digitalisiert wird, und dieses digitalisierte Signal dann an einer Steuereinheit verglichen wird. Eine Abweichung des Ausgangssignals V_aus um einen bestimmten vordefinierten Grenzwert und/oder von einem erwarteten Wert löst eine Diagnoseausgabe über zumindest eine OBD-Schaltung 102, 104 aus, indem die zugehörige Ladungspumpe 106, 108 deaktiviert wird. Die OBD-Schaltungen 102, 104 können auch externe Fehler detektieren, wobei die Detektion von internen Fehlern in manchen Ausführungsformen die ursprüngliche Verwendung oder Umsetzung nicht wesentlich beeinflusst.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens 200 zur Erkennung von internen Fehlern eines Sensorsystems wie System 100 aus 1 oder andere hierin erläuterte Systeme. Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung werden erkennen, dass in unterschiedlichen Ausführungsformen das Verfahren 200 noch zusätzliche Schritte und Abfolgen umfassen kann oder dass ein oder mehrere der dargestellten Schritte oder Abfolgen weggelassen können. Bei 202 wird ein analoges Ausgangssignal ausgegeben, beispielsweise vom Ausgangstreiber 112 oder einer anderen Schaltung oder Systemkomponente. Das analoge Ausgangssignal wird bei 204 ausgelesen oder auf andere Weise zu einem internen ADC übertragen, und der ADC wandelt bei 206 das analoge Signal in ein digitales Signal um. In manchen Ausführungsformen kann die Analog-Digital-Umwandlung weggelassen werden, wenn ein digitales Signal ausgegeben wird, was in manchen Ausführungsformen der Fall sein kann, oder die Analog-Digital-Umwandlung kann auf andere Weise erfolgen. Bei 208 wird das digitale Signal zu einer Steuerschaltung übertragen, die bei 210 bestimmt, ob ein Fehler aufgetreten ist, indem das digitale Signal beurteilt oder mit einem Bezugs-, tatsächlichen oder vorgegebenen Wert oder Bereich vergleichen wird, wie zuvor erläutert wurde. Wenn das Ergebnis von 210 auf einen internen Fehler des Systems hinweist („Ja”), wird bei 212 eine Ladungspumpe deaktiviert, sodass die Schaltung des OBD-Schalters geschlossen wird, um bei 214 eine Diagnoseausgabe bereitzustellen. Wenn das Ergebnis bei 210 nicht auf einen Fehler hinweist („Nein”), dann kann der Normalbetrieb weiterlaufen, was das Zurückkehren zu 204 umfassen kann, um weitere Ausgabesignale für einen Vergleich auf ähnliche Weise auszulesen.
In manchen Ausführungsformen können das Auslesen und Vergleichen beim Hochfahren, regelmäßig, für jedes Ausgabesignal oder mit anderer Häufigkeit stattfinden, was in Abhängigkeit von Benutzerpräferenz, Systemfunktion, relevanten Sicherheitsstandards, Sensorbetrieb oder -leistung oder (einem) anderen Faktor(en) variieren kann. Das Verfahren 200 kann auch unterbrochen werden, wenn beispielsweise ein externer Fehler von den Bord-Diagnoseschaltungen erkannt wird, was zu einer Unterbrechung des Normalbetriebs führen könnte.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines IC-Systems 300, z. B. eines Sensorsystems, das in einer Ausführungsform einen zweiten Sensor 306 umfasst. In 3 ist zwar ein Temperatursensor dargestellt, wie er häufig in Sensorsystemen enthalten ist, in anderen Ausführungsformen können aber auch ein oder mehrere andere Sensoren umgesetzt sein, wie weiter oben unter Bezugnahme auf 1 erläutert wurde. Sofern nicht spezifisch anders erläutert oder angegeben sind Bauteile, Merkmale und der allgemeine Betrieb des Systems 300 ähnlich wie beim System 100. Im System 300 ist ein Sensor 124 mit einem ADC 304 gekoppelt, während ein Sensor 306 mit einem ADC-MUX 302 gekoppelt ist, sodass jeder Sensor 124 und 306 seinen eigenen Signalweg zur Chipsteuerschaltung 126 besitzt. Solch eine Konfiguration kann vorteilhaft sein, wenn die Sensoren 124 und 306 unterschiedliche Abtastfrequenzen aufweisen, wie etwa im Falle eines Temperatursensors 306, der sich langsamer verändert als der Sensor 124.
Während des Betriebs ist das System 300 ähnlich wie das oben erläuterte System 100. Ein ADC 304 empfängt ein Sensorsignal S1 vom Sensor 124 und stellt ein Signal für die Chipsteuerung 126 bereit. Das Sensorsignal S1, ein Chipsteuersignal C1 und ein analoges Ausgangssignal V_aus werden in einer Ausführungsform dem Temperatur-ADC-Multiplexer 302 bereitgestellt. In anderen Ausführungsformen können der ADC 304 und der ADC-MUX 302 ausgetauscht oder durch einen einzelnen ADC-MUX ersetzt sein. Das analoge Ausgangssignal V_aus wird ausgelesen oder auf andere Weise zu einem Temperatur-ADC-MUX 302 übertragen und dort digitalisiert, dann zu Vergleichszwecken, z. B. mit einem vorgegebenen gewünschten Wert, einem tatsächlichen oder erwarteten Wert, einem Bezugswert oder -bereich oder einer anderen Größe, zu einer Chipsteuerschaltung 126 übertragen. Wenn der Vergleich scheitert, z. B. in manchen Ausführungsformen das digitalisierte Signal vom vorgegebenen gewünschten Wert um mehr als einen vordefinierten Grenzwert abweicht oder außerhalb eines Bereichs liegt, überträgt die Chipsteuerschaltung 126 ein Signal zu zumindest einer Ladungspumpe 106, 108, um die Ladungspumpe auszuschalten, was wiederum dazu führt, dass der entsprechende OBD-Schalter 102 bzw. 104 geschlossen wird und ein Kurzschluss zwischen V_DD bzw. GND und dem Ausgang des Systems 300 erzeugt wird.
In einer Ausführungsform in Bezug auf 1 oder 3 und für weitere Diagnose- und Sicherheitsunversehrtheitszwecke kann ein Fehler erzwungen werden, um zu beobachten, ob die Ausgabespannung V_aus denselben Wert erreicht als wenn die OBD 102, 104 aktiv ist. Dies kann beispielsweise für den Versuch dienen, jegliche Fehler zu identifizieren, die mit den OBDs 102, 104 selbst zusammenhängen könnten, und so weitere Diagnoseabdeckung innerhalb des Systems 100 oder 300 bereitstellen. Eine weitere Ausführungsform umfasst das Hinauf- oder Hinabziehen des Analogausgangs vom gewünschten analogen Ausgabewert, um zu verifizieren, dass der Sicherheitsmechanismus reagiert, indem die Diagnoseausgabe der OBD-Schaltung 102, 104 aktiviert wird. Diese und andere weitere Diagnosevorgänge können ausgeführt werden, beispielsweise von der Chipsteuerschaltung 126, z. B. beim Hochfahren, oder sie können extern vom System 100 oder 300 initiiert werden, z. B. von einer ECU.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein externer Fehler, beispielsweise eine Leitungsunterbrechung, durch Auslesen eines Ausgangssignals V_aus über einen internen DAC 110 erkannt werden, da manche Leitungsunterbrechungen sich auf den V_aus oder andere interne Bauteile des Systems 100 oder 300 auswirken können. Das Erkennen von internen Auswirkungen dieser externen Fehler kann dazu beitragen, eine Schädigung des Systems 100 oder 300 zu verhindern sowie externe Fehler zu identifizieren, die ansonsten möglicherweise nicht detektiert werden oder detektierbar sind oder sonstige nachteilige Auswirkungen haben können. Im Falle einer externen Leitungsunterbrechung wird das Ausgangssignal V_aus in Richtung der fehlerhaften Abweichung gezogen. Im Falle einer Abweichung nach oben wird das Ausgangssignal V_aus beispielsweise zu V_DD gezogen, ähnlich wie die Diagnoseausgabe, die bereitgestellt wird, wenn die Ladungspumpe 106 deaktiviert wurde und der OBD-Schalter 102 geschlossen wurde, um einen Kurzschluss zwischen V_DD und dem Ausgang des Systems 100 oder 300 herzustellen, sodass ein Fehler detektiert werden kann. Eine Abweichung des Ausgangssignals V_aus um einen bestimmten vordefinierten Grenzwert aktiviert zumindest einen Diagnoseausgang, indem die Ladungspumpe 106, 108 deaktiviert wird, um den entsprechenden OBD-Schalter 102, 104 zu schließen. In einer Ausführungsform können zusätzlich zu einer Leitungsunterbrechung oder einem Leiterbruch auch andere Arten von externen Fehlern detektiert werden. Die Beurteilung von V_aus kann also Auswirkungen darauf durch interne und/oder externe Vorgänge berücksichtigen.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein vorübergehender oder kurzlebiger Fehler erkannt werden, indem die OBD-Schaltungen 101 und 103 auf Polling-artige Weise betrieben werden, genauso wie bei durch regelmäßiges Deaktivieren (und im Falle eines dauerhaften Fehlers, Aktivieren) eines oder beider Schaltungen 101 und 103, um vorübergehende oder periodische Fehler, die kommen und gehen können, zu erkennen. Manche vorübergehende Fehler können, obwohl sie kurzlebig sind, trotzdem das System 100 oder 300 oder andere Bauteile schädigen oder auf andere Weise den normalen Systembetrieb beeinträchtigen, sodass das Erkennen dieser Fehler vorteilhaft sein kann. Das Erkennen dieser Fehler kann jedoch schwierig sein, weil sie von Natur aus vorübergehend sind und sporadische, aber schwer zu isolierende Probleme auslösen können. In manchen Ausführungsformen können die OBD-Schaltungen 101 und/oder 103 jedoch ausgeschaltet werden, wenn ein Fehler erkannt oder vermutet wird, und V_aus kann überwacht werden, um zu sehen, ob es zum Normalwert zurückkehrt. Solch ein Betrieb kann auch dazu dienen, möglichen Quellen von vorübergehenden Fehlern zu isolieren. Wenn das Ausgangssignal V_aus zum Normalwert zurückkehrt, kann der normale Betrieb der OBD-Schaltungen 101 und 103 wiederhergestellt werden.
Andere Ausführungsformen können ein Doppelchipkonzept oder Doppeldatenpfadkonzept umfassen. Hierin dargestellte Ausführungsformen können zwar einen einzelnen Chip und/oder eine einzelne integrierte Schaltung umfassen, es können aber auch Doppel- oder Mehrfachchipausführungsformen umgesetzt werden. Außerdem kann der Datenpfad, beispielsweise für die Sensoren 124 und 306 in 3, in anderen Ausführungsformen ausgeprägter gemacht werden, oder zusätzliche Schaltungsanordnungen und Signalübertragungspfade können umgesetzt werden. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform jede OBD-Schaltung 101 und 103 ihre eigenen Signalauslese- und Beurteilungspfade aufweisen, oder es kann eine Redundanz umgesetzt werden. Diese Ausführungsformen können zwar erhöhte Kosten mit sich bringen, sie können aber in sicherheitskritischen oder Höchstsicherheitssystemen erwünscht sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Sensorsystem 100 oder 300 mit einem weiteren Ausgangsanschlussstift versehen sein, um jegliche Fehlfunktionen anzuzeigen. Beispielsweise kann ein(e) separate(r) Chipfläche, Anschlussstift oder anderer Ausgangskontakt bereitgestellt werden, um in manchen Ausführungsformen eine einzelnes Fehlersignal oder ein paralleles Fehlersignal mit V_aus bereitzustellen. Dies kann beispielsweise für eine zweite Überprüfung des V_aus in einer Fehlersituation nützlich sein, beispielsweise durch eine ECU oder ein anderes externes Bauteil. Weitere Ausführungsformen können zusätzliche Bauteile und Merkmale bereitstellen. In einer Ausführungsform kann beispielsweise eine Sicherheitsstatussignalübertragung über einen weiteren Ladetransistor erreicht werden, der die Energiezufuhr durch die Verwendung von weiteren Schaltungen und Bauteilen moduliert, wie Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung erkennen werden.
Ausführungsformen von Sensorsystemen, wie sie hierin beschrieben sind, können miteinander verbundene elektronische Bauteile umfassen, die beim Anlegen von Spannungen und Signalen spezifische Funktionen ausführen. Diese Funktionen sind im Allgemeinen Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bekannt. Hierin beschriebene Ausführungsformen können mehr oder weniger der dargestellten und/oder beschriebenen Bauteile umfassen. Zur vereinfachten Erläuterung sind verschiedene andere Schaltungselemente nicht dargestellt, können aber integriert sein, beispielsweise eine oder mehrere Dioden, Widerstände, Kondensatoren, Schalter, Transistoren, Leiterzüge, Kopplungen, Stecker, Kontaktflächen und Kombinationen davon. Für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung ist jedoch offensichtlich, dass in manchen Ausführungsformen verschiedene andere Schaltungselemente vorteilhaft wären.
Hierin sind Ausführungsformen von Sensorsystembauteilen als „gekoppelt” beschrieben. Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung werden verstehen, dass „gekoppelt” auf eine betriebsfähige Verbindung zwischen Bauteilen hinweist, wobei die Bauteile miteinander wechselwirken und Spannungen, Signale oder dergleichen hin- und hersenden. Als solches können Bauteile indirekt gekoppelt oder direkt gekoppelt sein. Ausführungsformen mit indirekt gekoppelten Bauteilen können einen oder mehrere Bauteile oder Schaltungselemente im Kopplungspfad zwischen den Bauteilen umfassen. Ausführungsformen mit direkt gekoppelten Bauteilen sind ohne Bauteile oder Schaltungselemente im Kopplungspfad zwischen den Bauteilen gekoppelt. Sofern nicht spezifisch erwähnt sind Bauteile im Allgemeinen als indirekt gekoppelt zu verstehen. Hierin beschriebene Ausführungsformen sind nicht darauf eingeschränkt, dass sie auf einer einzelnen gedruckten Leiterplatte oder in einem einzelnen Chip untergebracht sind.
Hierin wurden verschiedene Ausführungsformen von Systemen, Vorrichtungen und Verfahren beschrieben. Diese Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht zur Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung bestimmt. Es gilt außerdem darauf hinzuweisen, dass verschiedene Merkmale der Ausführungsformen, die beschrieben wurden, auf unterschiedliche Weisen kombiniert werden können, um zahlreiche weitere Ausführungsformen herzustellen. Es wurden zwar verschiedene Materialien, Abmessungen, Formen, Konfigurationen und Positionen usw. zur Verwendung mit den offenbarten Ausführungsformen beschrieben, es können aber auch andere als die offenbarten verwendet werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung werden erkennen, dass die Erfindung in jeder einzelnen oben beschriebenen Ausführungsform weniger Merkmale als veranschaulicht umfassen kann. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als erschöpfende Darstellung der Arten zu verstehen, wie die verschiedenen Merkmale der Erfindung kombiniert werden können. Demgemäß sind die Ausführungsformen nicht sich gegenseitig ausschließende Kombinationen von Merkmalen; stattdessen kann die Erfindung eine Kombination von verschiedenen einzelnen Merkmalen umfassen, die aus verschiedenen einzelnen Ausführungsformen ausgewählt sind, wie Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung verstehen werden.
Außerdem können die in Bezug auf eine Ausführungsform beschriebenen Elemente auch in anderen Ausführungsformen umgesetzt werden, auch wenn sie in solchen Ausführungsformen nicht beschrieben sind, es sei denn, es ist anders angegeben. Obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann, können andere Ausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand eines beliebigen anderen abhängigen Anspruchs oder eine Kombination eines oder mehrerer Merkmale mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen sind hierin vorgeschlagen, sofern nicht angeführt ist, dass eine bestimmte Kombination nicht vorgesehen ist. Außerdem ist vorgesehen, auch Merkmale eines Anspruchs in jeden beliebigen anderen unabhängigen Anspruch aufzunehmen, auch wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängt.
Jede vorstehende Aufnahme von Dokumenten durch Verweis ist so eingeschränkt, dass kein Gegenstand aufgenommen ist, welcher der expliziten Offenbarung hierin widerspricht. Jede vorstehende Aufnahme von Dokumenten durch Verweis ist außerdem so eingeschränkt, dass keine Ansprüche, die in den Dokumenten enthalten sind, durch Verweise hierin aufgenommen sind. Jede vorstehende Aufnahme von Dokumenten durch Verweis ist ferner so eingeschränkt, dass jegliche Definitionen, die in den Dokumenten bereitgestellt sind, nicht durch Verweis hierin aufgenommen sind, sofern sie nicht explizit hierin aufgenommen sind.
Zum Zweck der Interpretation der Ansprüche für die vorliegende Erfindung ist explizit vorgesehen, dass nicht auf die Bestimmungen von Abschnitt 112, Absatz 6 des 35 U.S.C. berufen wird, außer die spezifischen Bezeichnungen „Mittel für” oder „Schritt zur” sind in einem Anspruch angeführt.
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 Nicht-Patentliteratur

Abschnitt 112, Absatz 6 des 35 U.S.C. [0046]

Claims

Integriertes Schaltungssystem, umfassend: mindestens eine Bord-Diagnoseschaltung; einen Ausgangstreiber, der eingerichtet ist, ein Systemausgangssignal bereitzustellen; und eine Steuereinheit, die mit der mindestens einen Bord-Diagnoseschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, das Systemausgangssignal mit einem Wert zu vergleichen und ein Fehlerausgabesignal über die zumindest eine Bord-Diagnoseschaltung bereitzustellen, wenn der Vergleich einen Fehler anzeigt.
Integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Analog-Digital-Umsetzer, der mit dem Ausgangstreiber gekoppelt ist und eingerichtet ist, das Systemausgangssignal zu empfangen und das Systemausgangssignal in ein digitales Signal umzuwandeln, bevor das digitale Signal der Steuereinheit bereitgestellt wird.
Integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 2, wobei der Wert einen digitalen Wert umfasst.
Integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Analog-Digital-Umsetzer einen Analog-Digital-Umsetzer-Multiplexer umfasst.
Integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 4, das ferner zumindest einen Sensor umfasst, der mit dem Analog-Digital-Umsetzer-Multiplexer gekoppelt ist, wobei das Systemausgangssignal mit einem Signal zusammenhängt, das von dem zumindest einem Sensor erzeugt wird, oder von dem Signal abhängt.
Integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 5, wobei der zumindest eine Sensor einen primären Sensor und einen sekundären Sensor umfasst, wobei der Analog-Digital-Umsetzer-Multiplexer mit dem sekundären Sensor gekoppelt ist und ein Analog-Digital-Umsetzer mit dem primären Sensor gekoppelt ist.
Integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 6, wobei der primäre Sensor einen Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Magnetfeldsensor, einen Feuchtigkeitssensor und/oder einen Beschleunigungssensor umfasst.
Integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei der sekundäre Sensor einen Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Magnetfeldsensor, einen Feuchtigkeitssensor und/oder einen Beschleunigungssensor umfasst.
Integriertes Schaltungssystem nach einem der Ansprüche 5–8, wobei der Wert mit dem Signal zusammenhängt, das von dem zumindest einen Sensor erzeugt wird, oder von dem Signal abhängt.
Integriertes Schaltungssystem nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die mindestens eine Bord-Diagnoseschaltung einen Schalter umfasst, der zwischen einem Ausgang des Sensorsystems und einem ersten Potential gekoppelt ist.
Integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Bord-Diagnoseschaltung mindestens eine Ladungspumpe umfasst, die mit dem Schalter und der Steuereinheit gekoppelt ist.
Integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, die mindestens eine Ladungspumpe abzuschalten, um den Schalter zu schließen und einen Kurzschluss zwischen dem ersten Potential und dem Ausgang des Sensorsystems zu erzeugen, sodass das Fehlerausgangssignal das erste Potential umfasst oder diesem entspricht, wenn der Vergleich einen Fehler anzeigt.
Integriertes Schaltungssystem nach einem der Ansprüche 10–12, wobei der Schalter zumindest einen Transistor umfasst.
Integriertes Schaltungssystem nach Anspruch 13, wobei der zumindest eine Transistor einen Verarmungs-MOSFET umfasst.
Integriertes Schaltungssystem nach einem der Ansprüche 1–14, wobei der Fehler ein Fehler innerhalb des Sensorsystems ist.
Integriertes Schaltungssystem nach einem der Ansprüche 1–14, wobei der Fehler ein Fehler außerhalb des Sensorsystems ist.
Integriertes Schaltungssystem nach einem der Ansprüche 1–16, wobei der Wert einer aus einem vorbestimmten Wert oder einem vorbestimmten Wertebereich ist.
Verfahren zur Erkennung von Fehlern innerhalb eines integrierten Schaltungssystems, umfassend: Bereitstellen eines Ausgangssignals des Systems an eine interne Steuerschaltung des Systems; Vergleichen des Ausgangssignals mit einem Wert; und Bereitstellen eines Fehlersignals, das einen Fehler innerhalb des Systems anzeigt, über eine Bord-Diagnoseschaltung, wenn der Vergleich ergibt, dass das Ausgangssignal mindestens um einen vordefinierten Grenzwert von dem Wert abweicht.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Ausgangssignal ein analoges Ausgangssignal ist und das Verfahren ferner ein Digitalisieren des analogen Ausgangssignals vor dem Vergleichen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Bereitstellen eines Fehlersignals ferner ein Deaktivieren einer Ladungspumpe der Bord-Diagnoseschaltung umfasst, um einen Schalter der Bord-Diagnoseschaltung zu schließen, um das Fehlersignal, das auf einen Fehler innerhalb des Systems hinweist, über den geschlossenen Schalter bereitzustellen.