DE102014116484A1

DE102014116484A1 - Einheit und Verfahren zum Überwachen einer Integrität eines Signalwegs, Signalverarbeitungssystem und Sensorsystem

Info

Publication number: DE102014116484A1
Application number: DE102014116484.9A
Authority: DE
Inventors: Friedrich RASBORNIG; Ionescu Mihai-Alexandru; Kirk Herfurth; Christoph Schroers; Bernhard Forster
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: CN105591706B; DE102014116484B4; US9678138B2; CN105591706A; US20160131696A1

Abstract

Eine Überwachungseinheit (100; 800) zum Überwachen einer Integrität eines Signalwegs (200; 620), die ausgebildet ist, um ein Eingangssignal (210; 802) zu empfangen und ferner ausgebildet ist, um ein Ausgangssignal (220) ansprechend auf das Eingangssignal (210; 802) bereitzustellen, umfasst eine Signalüberwachungseinrichtung (110; 801), die ausgebildet ist, um ein erstes Signal (112; 630) aus dem Signalweg (200; 620) zu extrahieren, das dem Eingangssignal (210, 802) in zumindest einer ersten Charakteristik entspricht. Die Überwachungseinheit (100; 800) umfasst ferner eine Signalschnittstelle (120; 803), die ausgebildet ist, um ein zweites Signal (122; 631) aus dem Signalweg (200; 620) zu extrahieren, dass dem Ausgangssignal (220) in zumindest einer zweiten Charakteristik entspricht; und einen Auswerter (130), der ausgebildet ist, um zu bestimmen, ob die zumindest erste Charakteristik des ersten Signals (112; 630) der zumindest zweiten Charakteristik des zweiten Signals (122; 631) gemäß einer vordefinierten Beziehung entspricht.

Description

Gebiet
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Überwachungseinheit und ein Verfahren zum Überwachen einer Integrität eines Signalwegs, auf ein Signalverarbeitungssystem, das eine Überwachungseinheit und einen Signalweg umfasst, und auf ein Sensorsystem.
Hintergrund
Die Überwachung einer Signalverarbeitung innerhalb von Signalwegen ist häufig erwünscht, um auf eine Integrität des Signalwegs zu schließen. Die Überwachung der Integrität eines Signalwegs kann einen Rückschluss erlauben, ob eine Ausgabe des Signalwegs, die durch Verarbeiten eines Eingangssignals bestimmt wird, das an den Signalweg bereitgestellt wird, zuverlässig ist oder nicht. Dies kann von Interesse sein, wenn ein System auf Sensordaten basiert, die durch einen Signalweg verarbeitet werden, um Sicherheitsmaßnahmen auszulösen. Zum Beispiel stellt in Automobilen ein Radgeschwindigkeitssensor Informationen über eine Drehgeschwindigkeit eines Rades bereit, die durch eine elektronische Steuerungseinheit (ECU; electronic control unit) verwendet werden, um auf sichere Fahrbedingungen des Fahrzeugs zu schließen. Bei einem typischen Radgeschwindigkeitssensor wird das Signal, das direkt durch ein Sensorelement bereitgestellt wird, wie zum Beispiel ein magnetoresistives Erfassungselement, innerhalb eines Signalwegs oder einer Verarbeitungskette aus analogen oder digitalen Signalverarbeitungselementen verarbeitet, bevor eine Ausgabe des Signalwegs verwendet wird, um Informationen über die Drehgeschwindigkeit an die elektronische Steuerungseinheit zu kommunizieren. In dem Fall eines Fehlers innerhalb des Signalwegs können falsche Informationen übermittelt werden und die Sicherheit der Insassen des Autos kann in Gefahr sein. Somit ist es ein Wunsch, die Integrität des Signalweges zu überwachen, um sich über potentielle Probleme bewusst zu sein, falls die Integrität nicht garantiert ist und man sich nicht auf die Ausgabe des Signalweges verlassen sollte.
Zusammenfassung
Ausführungsbeispiele stellen die Möglichkeit bereit, auf die Integrität eines Signalwegs zu schließen, der ausgebildet ist, um ein Eingangssignal zu empfangen und um eine Ausgabe bzw. ein Ausgangssignal ansprechend auf das Eingangssignal bereitzustellen. Die Überwachungseinheit weist eine Signalüberwachungseinrichtung auf, die ausgebildet ist, um ein erstes Signal aus dem Signalweg zu extrahieren, das dem Eingangssignal im Hinblick auf zumindest eine erste Charakteristik entspricht. Die Überwachungseinheit umfasst ferner eine Signalschnittstelle, die ausgebildet ist, um ein zweites Signal, das dem Ausgangssignal im Hinblick auf zumindest eine zweite Charakteristik entspricht, aus dem Signalweg zu extrahieren. Ein Auswerter der Überwachungseinheit ist ausgebildet, um zu bestimmen, ob die zweite Charakteristik der zumindest einen ersten Charakteristik gemäß einer vordefinierten Beziehung entspricht. Das Bestimmen einer Entsprechung zwischen der zweiten Charakteristik und der ersten Charakteristik kann das Entscheiden ermöglichen, ob der Signalweg zuverlässig arbeitet, zumindest zwischen den zwei Punkten entlang dem Signalweg, wo das erste Signal bzw. das zweite Signal extrahiert werden, wobei die zwei Punkte somit repräsentativ für einen überwachten Abschnitt des Signalwegs sind. Eine Überwachungseinheit gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen kann anzeigen, ob zumindest der überwachte Abschnitt des Signalwegs wie erwartet funktioniert und ob das Ausgangssignal des Signalwegs verlässlich ist oder nicht.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen umfasst ein Signalverarbeitungssystem einen Signalweg, der ausgebildet ist, um ein Eingangssignal zu empfangen und um ein Ausgangssignal ansprechend auf das Eingangssignal bereitzustellen, sowie eine Überwachungseinheit zum Überwachen einer Integrität des Signalwegs. Die Signalschnittstelle der Überwachungseinheit ist mit dem Signalweg in Verarbeitungsrichtung weiter abwärts gekoppelt als die Signalüberwachungseinrichtung der Überwachungseinheit. Ein Signalverarbeitungssystem gemäß den Ausführungsbeispielen kann bestimmen, ob ein Ausgangssignal, das durch einen Signalweg innerhalb des Signalverarbeitungssystems bereitgestellt wird, zuverlässig ist.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen umfasst ein Sensorsystem zum Bestimmen von Informationen über eine Bewegung eines Objekts ein Signalverarbeitungssystem sowie eine Ausgangsschnittstelle, die ausgebildet ist, um die Informationen über die Bewegung des Objekts bereitzustellen, die unter Verwendung des Signalverarbeitungssystems innerhalb des Sensors bestimmt wurden. Informationen über die Zuverlässigkeit des Ausgangssignals des Sensors und somit über die Zuverlässigkeit der Informationen über die Bewegung des Objekts, die mithilfe des Sensors beobachtet werden, können durch den Sensor selbst bereitgestellt werden, um nachfolgenden Verarbeitungsvorrichtungen zu ermöglichen, eine Schlussfolgerung zu ziehen, ob das Ausgangssignal des Sensors verwendet werden sollte.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen
1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinheit darstellt;
2 ein Blockdiagramm eines Signalverarbeitungssystems darstellt, das ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinheit und eines Signalwegs umfasst;
3 ein Ausführungsbeispiel eines Signalverarbeitungssystems darstellt, das einen Signalweg mit der Fähigkeit umfasst, eine Schwellenkreuzung eines Eingangssignals zu bestimmen;
4 unterschiedliche Signale darstellt, die innerhalb des Signalwegs und der Überwachungseinheit des in 3 dargestellten Signalverarbeitungssystems auftreten;
5 ein Ausführungsbeispiel eines Geschwindigkeitssensorsystems darstellt, dass ein Ausführungsbeispiel eines Signalverarbeitungssystems umfasst, dass auf dem Signalverarbeitungssystem von 3 basiert;
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Geschwindigkeitssensorsystems basierend auf dem Geschwindigkeitssensor von 5 darstellt, während es einen Signalweg mit einem anderen, überwachten Abschnitt aufweist;
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Geschwindigkeitssensorsystems basierend auf dem Geschwindigkeitssensor von 6 darstellt, während es einen Signalweg mit einem anderen, überwachten Abschnitt aufweist;
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Geschwindigkeitssensorsystems basierend auf dem Geschwindigkeitssensor von 7 darstellt, während es einen Signalweg mit einem anderen, überwachten Abschnitt aufweist;
9 ein Ausführungsbeispiel eines Geschwindigkeitssensorsystems mit der weiteren Fähigkeit darstellt, eine Richtung einer Bewegung anzuzeigen;
10 ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinheit darstellt, die innerhalb jeglicher der Ausführungsbeispiele der 3 bis 9 verwendet werden soll;
11 schematisch die Funktionalität eines Fensterkomparators darstellt;
12 einen Satz aus Signalen darstellt, die innerhalb der Überwachungseinheit von 10 auftreten; und
13 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Überwachen einer Integrität eines Signalwegs darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren kann die Dicke der Linien, Schichten und/oder Regionen der Klarheit halber übertrieben sein.
Während dementsprechend verschiedene Abänderungen und alternative Formen von weiteren Ausführungsbeispielen möglich sind, werden Ausführungsbeispiele davon in den Zeichnungen beispielhaft gezeigt und hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die offenbarten bestimmten Formen zu begrenzen, sondern im Gegensatz die Ausführungsbeispiele alle in den Schutzbereich der Offenbarung fallenden Abänderungen, Entsprechungen und Alternativen abdecken sollen.
In der gesamten Beschreibung der Figuren beziehen sich gleiche Ziffern auf gleiche oder ähnliche Elemente.
Es versteht sich, dass wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden” oder „gekoppelt” bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt” mit einem anderen Element „verbunden” oder „gekoppelt” bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Worte sollten auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen” gegenüber „direkt zwischen”, „benachbart” gegenüber „direkt benachbart” usw.).
Die hier angewandte Terminologie bezweckt nur das Beschreiben bestimmter Ausführungsbeispiele und soll nicht begrenzend für weitere Ausführungsbeispiele sein. Nach hiesigem Gebrauch sollen die Einzelformen „ein, eine” und „das, der, die” auch die Pluralformen umfassen, wenn der Zusammenhang nicht deutlich sonstiges anzeigt. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „aufweisen” und/oder „aufweisend” bei hiesigem Gebrauch das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile angeben, aber nicht das Vorhandensein oder die Zufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen.
Sofern nicht anderweitig definiert besitzen alle hier benutzten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung wie sie gewöhnlich von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verstanden wird, zu dem Ausführungsbeispiele gehören. Weiterhin versteht es sich, dass Begriffe, z. B. die in gewöhnlich benutzten Wörterbüchern definierten, als eine Bedeutung besitzend ausgelegt werden sollten, die ihrer Bedeutung im Zusammenhang der entsprechenden Technik entspricht, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn ausgelegt werden, sofern sie nicht ausdrücklich so definiert sind.
1 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinheit 100 zum Überwachen einer Integrität eines Signalwegs 200 dar, die ausgebildet ist, um ein Eingangssignal 210 zu empfangen und ansprechend auf das Eingangssignal ein Ausgangssignal bereitzustellen. Die Überwachungseinheit 100 weist eine Signalüberwachungseinrichtung 110 auf, die ausgebildet ist, um ein erstes Signal 112 aus dem Signalweg zu extrahieren, das dem Eingangssignal 210 in zumindest einer ersten Charakteristik entspricht. Die Überwachungseinheit 100 umfasst ferner eine Signalschnittstelle 120, die ausgebildet ist, um ein zweites Signal 122 aus dem Signalweg zu extrahieren, das dem Ausgangssignal in zumindest einer zweiten Charakteristik entspricht, und einen Auswerter 130, der ausgebildet ist, um zu bestimmen, ob das zweite Signal mit der zumindest ersten Charakteristik konsistent ist.
Ausschließlich zu darstellenden Zwecken stellt 1 ferner ein Beispiel eines Signalwegs 200 in gestrichelten Linien dar. Der optionale Signalweg 200 ist nur dargestellt, um das Verständnis der Funktionalität der Überwachungseinheit 100 zum Überwachen der Integrität des Signalwegs 200 zu ermöglichen. Der Signalweg 200 empfängt ein Eingangssignal 210 und stellt ein Ausgangssignal ansprechend auf das Eingangssignal 210 bereit. Ein Signalweg kann eine beliebige Menge an individuellen Signalverarbeitungskomponenten umfassen, die auf beliebige Weise verbunden sind, um das Eingangssignal weiter zu verarbeiten und um ein Ausgangssignal am Ende des Signalwegs 200 bereitzustellen. Individuelle Signalverarbeitungskomponenten können zum Beispiel Verstärker, Komparatoren, Filter, Analog-Digital- oder Digital-Analog-Wandler und komplexere digitale Schaltungsanordnungen sein. Zum Beispiel kann das Eingangssignal verstärkt und digitalisiert werden, um eine digitalisierte Darstellung des Eingangssignals 210 als ein Ausgangssignal bereitzustellen. Die Ausführungsbeispiele der Überwachungseinheiten 100 sind in keiner Weise auf eine bestimmte Implementierung eines Signalwegs 200 beschränkt. Beliebige Signalwege können durch Ausführungsbeispiele von Überwachungseinheiten 100 überwacht werden. Ferner können die Signalwege 200 analoge oder digitale Eingangssignale empfangen sowie analoge oder digitale Signale als ein Ausgangssignal bereitstellen. Auf ähnliche Weise kann das erste Signal 112, das aus dem Signalweg extrahiert oder empfangen wird, ein analoges oder ein digitales Signal sein, und das zweite Signal 122, das aus dem Signalweg 200 extrahiert oder empfangen wird, kann ein analoges oder digitales Signal sein, abhängig von der bestimmten Implementierung. Für die Lehre der vorliegenden Offenbarung kann es ausreichend sein, ein analoges Signal als ein Signal zu betrachten, das nicht mit einem digitalen Takt synchronisiert ist. Es wird darauf hingewiesen, dass es in einigen Umständen vorteilhaft sein kann, ein digitales Signal zu verwenden, das nicht mit dem digitalen Takt synchronisiert ist, wodurch sich die Systemkomplexität wesentlich reduziert.
Der Signalweg 200 implementiert eine Art von Datenverarbeitung an dem Eingangssignal 210 und erzeugt dadurch schließlich das Ausgangssignal des Signalwegs 200. Es wird darauf hingewiesen, dass die Datenverarbeitung als ein Datenfluss oder Datenstrom entlang dem Signalweg 200 ausgedrückt werden kann. Die Datenverarbeitung des Signalwegs 200 kann auf funktionale Weise ausgedrückt werden und ist üblicherweise für eine gegebene Anwendung bekannt. Individuelle Schritte der Datenverarbeitung können mit funktionalen Einheiten implementiert werden, die einen individuellen Schritt der Datenverarbeitung realisieren, der entlang dem Signalweg ausgeführt wird. Ohne Einschränkung können einige oder alle dieser individuellen Einheiten auch als Teil von Software oder Code implementiert sein, der den individuellen Schritt einer Datenverarbeitung ausführt.
Zum Zweck dieser Offenbarung ist die Überwachungseinheit 100 angepasst, um die Datenverarbeitung zwischen einem ersten Punkt 114, an dem das erste Signal 112 extrahiert wird, und einem zweiten Punkt 124, an dem das zweite Signal 122 extrahiert wird, zu überwachen. Der erste Punkt 114 kann dem Anfang oder dem Eingang des Signalwegs 200 entsprechen. Der zweite Punkt 124 kann dem Ende oder dem Ausgang des Signalwegs 200 entsprechen. Bei einer solchen Konfiguration muss die Überwachungseinheit 100 den gesamten Signalweg 200 überwachen, da ein überwachter Abschnitt 202 zwischen dem ersten Punkt 114 und dem zweiten Punkt 124 dem gesamten Signalweg 200 entspricht.
Abhängig jedoch von den Umständen kann es vorteilhaft sein, den Signalweg 200 derart zu überwachen, dass das erste Signal 112 in Verarbeitungsrichtung abwärts von dem Eingang des Signalwegs 200 extrahiert wird, während das zweite Signal 122 weiter in Verarbeitungsrichtung abwärts von dem Punkt extrahiert wird, wo das erste Signal 112 extrahiert wurde. Das Auswählen der Extraktionspunkte gemäß den Umständen kann das absichtliche Überwachen von individuellen Verarbeitungsschritten erlauben, die entlang dem Signalweg 200 ausgeführt werden.
Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird verstehen, dass die vorliegende Erfindung ein erstes Signal 112 verwendet, das einem Eingangssignal des Signalwegs in zumindest einer ersten Charakteristik entspricht. D. h., dass das erste Signal 112 eine Kopie des Eingangssignals 112 des Signalwegs 200 sein kann. Abhängig von den Umständen kann es jedoch ausreichend sein, eine Entsprechung des ersten Signals 112 mit dem Eingangssignal 210 bei einer oder mehreren Charakteristika zu haben. Es kann daher von Interesse sein, die ersten ein oder mehreren Charakteristika derart auszuwählen, dass sie Informationen innerhalb des Eingangssignals darstellen 210, die relevant für die Signalverarbeitung sind, die entlang dem Signalweg 200 auftritt, genauer gesagt zwischen den Punkten, an denen das erste Signal 112 bzw. das zweite Signal 122 extrahiert werden.
Auf ähnliche Weise wird es ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verstehen, dass die vorliegende Offenbarung ein zweites Signal 122 verwendet, das einem Ausgangssignal des Signalwegs 200 in zumindest einer zweiten Charakteristik entspricht. D. h., dass das zweite Signal 122 eine Kopie eines Ausgangssignals des Signalwegs sein kann. Abhängig von den Umständen kann es jedoch ausreichend sein, eine Entsprechung des zweiten Signals 112 mit dem Ausgangssignal bei zumindest einer Charakteristika zu haben. Es kann daher von Interesse sein, die eine oder mehreren zweiten Charakteristika derart auszuwählen, dass sie Informationen innerhalb des Ausgangssignals darstellen 210, die relevant für die Signalverarbeitung sind, die entlang dem Signalweg 200 auftritt, genauer gesagt zwischen den Punkten, an denen das erste Signal 112 bzw. das zweite Signal 122 extrahiert werden.
Zum Zweck dieser Beschreibung kann es ausreichend sein, nur den überwachten Abschnitt 212 des Signalwegs 200 zu berücksichtigen, nämlich zwischen dem ersten Punkt 114, wo das erste Signal 112 extrahiert wird, und dem zweiten Punkt 124, an dem das zweite Signal 122 extrahiert wird. Jegliche weitere Signalverarbeitung vor dem ersten Punkt 114 oder nach dem zweiten Punkt 124 wird nicht direkt durch die Überwachungseinheit 100 gemäß dieser Offenbarung überwacht. Wenn der erste Punkt 114 als der Anfang des überwachten Abschnitts 202 des Signalwegs 200 betrachtet wird, kann das Eingangssignal zu dem überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs identisch zu dem Eingangssignal des überwachten Abschnitts 202 des Signalwegs 200 sein. Auf ähnliche Weise, wenn der zweite Punkt 124 als das Ende des überwachten Abschnitts 202 des Signalwegs 200 betrachtet wird, kann das zweite Signal 122 identisch zu dem Ausgangssignal des überwachten Abschnitts 200 des Signalwegs 200 sein. Eine Überwachungseinheit 100 gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen kann anzeigen, ob der überwachte Abschnitt 202 des Signalwegs wie erwartet arbeitet und ob das Ausgangssignal des Signalwegs 200 zuverlässig ist oder nicht.
Anders ausgedrückt, wenn der Signalweg 200 zahlreiche individuelle Elemente umfasst, müssen das erste Signal 112 und das zweite Signal 122 nicht notwendigerweise aus dem Eingang des Signalwegs 200 und aus dem Ausgang des Signalwegs 200 extrahiert oder empfangen werden. Stattdessen können das erste Signal 112 und das zweite Signal 114 von Positionen innerhalb des Signalwegs 200 empfangen werden, die sich von dem Eingang und dem Ausgang des Signalwegs 200 unterscheiden. Das erste Signal 112 kann dem Eingangssignal 210 im Hinblick auf zumindest eine Charakteristik entsprechen. Es ist von Interesse, die zumindest erste Charakteristik derart auszuwählen, dass sie Informationen umfasst, die relevant für die Datenverarbeitung sind, die entlang dem überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs 200 ausgeführt wird. Das zweite Signal 122 kann dem Ausgangssignal im Hinblick auf zumindest eine zweite Charakteristik entsprechen. Anders ausgedrückt hat das zweite Signal eine vorbestimmte logische Beziehung zu dem Ausgang des Signalwegs, obwohl es in Verarbeitungsrichtung aufwärts zu dem Ausgang empfangen werden kann. Das zweite Signal 122 kann von einer zweiten Position 124 weiter in Verarbeitungsrichtung abwärts an dem Signalweg 200 empfangen werden als das erste Signal 112. Da die Datenverarbeitung entlang dem überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs 200 bekannt ist, hat die zumindest eine erste Charakteristik üblicherweise eine vorbestimmte Beziehung mit der zumindest einen zweiten Charakteristik.
Die Überwachungseinheit 100 erlaubt mithilfe des Auswerters 130 zu bestimmen, ob die zumindest zweite Charakteristik innerhalb des zweiten Signals 122 in der vordefinierten Beziehung mit der zumindest ersten Charakteristik ist, die durch das erste Signal 112 extrahiert wird. Die Bestimmung kann auf einer a priori Kenntnis eines Verhaltens der Komponenten innerhalb des überwachten Abschnitts 202 des Signalwegs 200 basieren, angenommen sie arbeiten fehlerlos. Es ist daher möglich zu entscheiden, ob eine Integrität des Signalwegs 200 oder zumindest des überwachten Abschnitts 202 des Signalwegs angenommen werden kann, was schließlich bedeuten kann, dass das Ausgangssignal des Signalwegs 200 zuverlässig ist. Wenn die zumindest erste Charakteristik des ersten Signals 112 und die zumindest zweite Charakteristik des zweiten Signals 122 die vordefinierte Beziehung reflektieren, die durch die Datenverarbeitungsschritte gegeben ist, die entlang zumindest dem überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs 200 ausgeführt werden, kann eine korrekte Operation entlang von zumindest dem überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs 200 angenommen werden.
Die nachfolgenden Absätze beschreiben kurz zwei einfache Szenarien eines Signalwegs 200 und dessen zugeordneter Überwachungseinheit 100, um die Abhängigkeit zwischen dem Signalweg 200 und der Überwachungseinheit 100 detaillierter darzustellen. Der überwachte Signalweg 200 arbeitet an dem Eingangssignal 210 und verarbeitet dasselbe, um ein Ausgangssignal ansprechend auf das Eingangssignal 210 bereitzustellen. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal direkt das Eingangssignal 210 insofern darstellen, als das Ausgangssignal des Signalwegs 200 als eine digitale Darstellung des Eingangssignals 210 erwartet wird. Das Ausgangssignal würde dann innerhalb des überwachten Signalwegs 200 mithilfe von zumindest einem Analog-Digital-Wandler erzeugt werden. Das Ausgangssignal und die Zwischensignale innerhalb des Signalwegs 200 sind mit dem Eingangssignal 210 auf vorbestimmte Weise in Beziehung, gegeben durch die individuellen Datenverarbeitungsschritte, die entlang dem (überwachten) Signalweg ausgeführt werden. Angenommen ein erstes Signal 112 wird an einem ersten Punkt entlang dem überwachten Signalweg extrahiert. Das erste Signal kann dem Eingangssignal durch zumindest eine erste Charakteristik entsprechen. Die erste Charakteristik kann ohne Einschränkung eine Steigung einer ansteigenden Flanke des Eingangssignals 210 sein, wenn dies null kreuzt.
Es kann sein, dass eine weitere Datenverarbeitung an dem Eingangssignal 210 stattfindet, bevor das erste Signal 112 an dem ersten Punkt 114 extrahiert wird. Für die vorliegende Offenbarung wäre es von Interesse, dass die erste Charakteristik des Eingangssignals 210 aus dem Eingang des Signalwegs 200 zu zumindest den ersten Punkt 114 beibehalten wird, wo das erste Signal 112 extrahiert wird. Gegeben eine a priori Kenntnis der Datenverarbeitung, die entlang dem Signalweg 200 und insbesondere dem überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs 200 ausgeführt wird, kann der erste Punkt 114 entsprechend ausgewählt werden. Im Extremfall wäre der erste Punkt 114 identisch zu dem Eingang des Signalwegs 200.
Ein zweites Signal 122 kann von einem zweiten Punkt 124 innerhalb des Signalwegs 200 empfangen oder extrahiert werden, üblicherweise in Verarbeitungsrichtung abwärts von dem ersten Punkt 114. Das zweite Signal 122 kann in zumindest einer Charakteristik dem Ausgangssignal des Signalwegs 200 entsprechen. Für das gegebene Beispiel heißt dies, dass zumindest die Steigung einer ansteigenden Flanke, wenn das Ausgangssignal null kreuzt, innerhalb des zweiten Signals 122 dargestellt ist. Wie vorher können weitere Datenverarbeitungsschritte zwischen dem zweiten Punkt 124 und dem Ende des Signalwegs 200 ausgeführt werden. Es kann für die vorliegende Offenbarung von Interesse sein, den zweiten Punkt 124 derart auszuwählen, dass die zweite Charakteristik, d. h. die Darstellung der Steigung einer ansteigenden Flanke bei der Nullkreuzung innerhalb des zweiten Signals 122 vorhanden ist. Da die Verarbeitungsschritte innerhalb des Signalwegs 200 bekannt sind, kann der zweite Punkt 124 entsprechend ausgewählt werden. Gemäß einem Szenario wäre der zweite Punkt 124 identisch zu dem Ausgang des Signalwegs 200.
Um zu bewerten, ob die erwartete Zwischenbeziehung für den Signalweg 200 oder zumindest den überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs 200 bestätigt werden kann, kann der Auswerter 130 bewerten, ob die Steigung der ansteigenden Flanke, wenn das Signal null kreuzt, gemäß der ersten Charakteristik, in dem zweiten Signal 122 repräsentiert ist. Für den Analog-Digital-Wandler, der in dem Signalweg 200 vorhanden ist, der bei diesem Beispiel beschrieben ist, müsste die Steigung an der Null-Kreuzung der ansteigenden Flanken durch das zweite Signal 122 dargestellt werden, was eine digitale Darstellung des ersten Signals 122 ist, um eine zuverlässige Operation zumindest von dem überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs 200 zu bestätigen. Genauer gesagt, müsste die Steigung der Nullkreuzung der ansteigenden Flanke gemäß der ersten Charakteristik in der zweiten Charakteristik vorhanden sein, die an dem zweiten Punkt 124 extrahiert wird, nämlich in einer digitalen Darstellung der Steigung an einer Null-Kreuzung der ansteigenden Flanke des extrahierten Signals, um zu bestätigen, dass der überwachte Abschnitt 202 des Signalwegs 200 zuverlässig funktioniert. Bei dem gegebenen Beispiel würde eine zuverlässige Operation bedeuten, dass der Analog-Digital-Wandler eine zuverlässige Darstellung von ansteigenden Flanken an Nullkreuzungen des ersten Signals 112 bereitstellt.
Wenn die Signalverarbeitung zwischen dem Eingang des Signalwegs 200 und dem ersten Punkt 112 die Steigung der ansteigenden Flanken an Nullkreuzungen nicht beeinträchtigen soll, würden eine entsprechende erste und zweite Charakteristik anzeigen, dass eine Steigung einer ansteigenden Flanke einer Nullkreuzung innerhalb des Eingangssignals 210 zuverlässig innerhalb des zweiten Signals 122 dargestellt ist und nicht negativ beeinflusst oder verschlechtert wurde durch eine Fehlfunktion des Analog-Digital-Wandlers. Wenn weiter eine Signalverarbeitung zwischen dem zweiten Punkt 124 und dem Ausgang des Signalwegs 200 die Steigung einer Nullkreuzung nicht beeinträchtigen soll (zum Beispiel aufgrund einer Grenzfrequenz eines Filterelements), würde eine Entsprechung der ersten Charakteristik und der zweiten Charakteristik, die durch den Signalauswerter 130 bestimmt wird, bestätigen, dass der gesamte Signalweg 200 eine Steigung einer ansteigenden Flanke innerhalb einer Nullkreuzung des Eingangssignals 210 nicht beeinträchtigt, sondern eine zuverlässige Darstellung dieser Charakteristik innerhalb des Ausgangs darstellt. D. h., dass im Hinblick auf Steigungen von Nullkreuzungen ansteigender Flanken die Datenverarbeitung entlang dem Signalweg zuverlässig ist.
Bei einem anderen Beispiel kann der Zweck des Signalwegs 200 sein, die Informationen herzuleiten, dass die Amplitude des Eingangssignals 210 eine Schwelle passiert hat. Die erste Charakteristik des Eingangssignals 210 kann somit das Passieren einer Schwelle durch das Eingangssignal 210 sein. Zum Beispiel kann das Eingangssignal 210 selbst dann durch die Signalüberwachungseinrichtung 100 extrahiert werden und der erste Punkt 114 kann mit dem Eingang des Signalwegs 200 zusammenfallen. Der Auswerter 130 kann zum Beispiel herleiten, ob die Amplitude des Eingangssignals 210 innerhalb eines Intervalls ist, das die Schwelle aufweist, zu einem gegebenen Zeitpunkt, wenn das Ausgangssignal des Signalwegs 200 das Passieren der Schwelle anzeigt. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Signal 122, das aus dem Signalweg 200 an einem zweiten Punkt 124 extrahiert wird, das Ausgangssignal selbst ist oder ein anderes Signal, das dem Ausgangssignals im Hinblick auf zumindest eine zweite Charakteristik entspricht. Während zum Beispiel ein Ausgangssignal des Signalwegs eine digitale Größe sein kann, die die Anzahl von Schwellenkreuzungen seit dem Start einer Messung anzeigt, kann das zweite Signal 122 ein digitales Signal sein, das in Verarbeitungsrichtung aufwärts von dem Ausgangssignal erzeugt wird und verursacht, dass ein Zähler innerhalb des Signalwegs 200 ansteigt, immer wenn eine digitale Darstellung des Eingangssignals 210 null kreuzt. Bei diesem Beispiel kann die zweite Charakteristik des zweiten Signals 122 einer Änderung des Ausgangssignals entsprechen. Wenn der Auswerter bestimmt, dass die Amplitude des Eingangssignals 210 innerhalb des entsprechend ausgewählten Intervalls gemäß der ersten Charakteristik ist, und das zweite Signal 122 gleichzeitig das Passieren der Schwelle durch eine Erhöhung des Zählers als die zweite Charakteristik anzeigt, kann gefolgert werden, dass der Signalweg 200 korrekt arbeitet, da die erste Charakteristik des ersten Signals 112 durch die zweite Charakteristik des zweiten Signals 122 dargestellt ist.
Gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die zumindest erste Charakteristik des Eingangssignals 210, die mithilfe des ersten Signals 112 überwacht wird, jegliche geeignete Charakteristik sein, abhängig von der bestimmten Implementierung und dem Zweck des Signalwegs 200 sowie von dem Eingangssignal 210 selbst. Zum Beispiel kann die erste Charakteristik eine Nullkreuzung, eine Polarität eines Signals, eine Richtung einer Signaländerung (Steigung oder Gradient), eine Phase, eine Frequenz oder ein anderer zeitgebungsbezogener Parameter sein. Das zweite Signal 122 hängt von der Verarbeitung innerhalb des Signalwegs 200 ab, wie oben ausgeführt wurde, üblicherweise gemäß dem vordefinierten Verhalten des Signalwegs 200, sowie von dem Eingangssignal 210 des Signalwegs 200. Das zweite Signal 122 kann eine zweite Charakteristik in einer Darstellung umfassen, die durch die individuellen Verarbeitungsschritte gegeben ist, die entlang von zumindest dem überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs 200 ausgeführt werden. Die zweite Charakteristik kann jegliche Darstellung der ersten, oben erwähnten Charakteristika sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Allgemeiner ausgedrückt kann das zweite Signal 122, das extrahiert wird, Informationen enthalten, zum Beispiel dadurch, dass es die zweite Charakteristik aufweist, die mit der zumindest ersten Charakteristik des ersten Signals 112 auf kausale Weise in Beziehung steht.
Wenn erstens, wie vorangehend beschrieben wurde, die Datenverarbeitungsschritte zwischen dem Eingang und dem ersten Punkt 114 im Wesentlichen die erste Charakteristik beibehalten, kann die Zuverlässigkeit des Signalwegs 200 zwischen dem Eingangssignal und dem zweiten Punkt 124 unter Verwendung einer ersten und zweiten Charakteristik eingerichtet werden. Wenn zweitens die Verarbeitungsschritte von dem zweiten Punkt 124 zu der Ausgabe des Signalwegs 200 im Wesentlichen die zweite Charakteristik beibehalten, kann eine Zuverlässigkeit zwischen dem ersten Punkt und der Ausgabe des Signalweg eingerichtet werden. Wenn die erste und zweite Bedingung gleichermaßen erfüllt wären, kann eine Zuverlässigkeit zwischen dem Eingangssignal 210 und der Ausgabe festgestellt werden, d. h. entlang dem kompletten Signalweg 200.
Anders ausgedrückt kann der Auswerter 130 ausgebildet sein, um zu bestimmen, ob die erste Charakteristik des Eingangssignals 210 tatsächlich innerhalb des Ausgangssignals vertreten ist, durch Vergleichen einer hergeleiteten Charakteristik, die innerhalb der Überwachungseinheit 100 bestimmt wird, unter Verwendung der ersten Charakteristik, mit einem Verarbeitungsalgorithmus, der entweder dem Signalweg 200 oder zumindest dem überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs 200 entspricht. Nur als ein Beispiel, wenn der Auswerter 130 die erste Charakteristik verwendet, um vergleichbare oder identische Operationen wie der Signalweg 200 auszuführen und somit an einer hergeleiteten Charakteristik ankommt, die der zweiten Charakteristik entspricht, kann gefolgert werden, dass der Signalweg ohne Fehler arbeitet. Integrität kann dann angenommen werden, da die zweite Charakteristik im Wesentlichen die erste Charakteristik darstellt. Bei einem einfachen, nicht einschränkenden Beispiel kann die hergeleitete Charakteristik erzeugt werden durch Verarbeiten der ersten Charakteristik im Wesentlichen unter Verwendung des Verarbeitungsalgorithmus des Signalwegs 200. Um die Entsprechung zu bestätigen, ist es jedoch nicht notwendigerweise erforderlich, dass der Auswerter 130 identische Operationen ausführt. Es ist ausreichend, wenn die Operationen des Auswerters 130 derart sind, dass gefolgert werden kann, ob die erste Charakteristik des ersten Signals 112 im Wesentlichen durch die zweite Charakteristik des zweiten Signals 122 dargestellt ist. Zum Beispiel kann der Auswerter 130 identische Operationen ausführen, aber mit reduzierter Genauigkeit oder Auflösung. In einem solchen Fall kann Integrität angenommen werden, wenn die hergeleitete Charakteristik der zweiten Charakteristik entspricht oder sogar gleich zu der zweiten Charakteristik innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs ist.
Gemäß weiteren Beispielen kann die Überwachungseinheit 100 ausgebildet sein, um ein Fehlersignal bereitzustellen, wenn die zweite Charakteristik nicht gemäß einer vordefinierten Beziehung der zweiten Charakteristik entspricht. Zum Beispiel kann das Fehlersignal verwendet werden, um die Informationen zu kommunizieren, dass die Integrität des Signalwegs 200 weiteren Verarbeitungskomponenten oder Vorrichtungen nicht garantiert werden kann. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist die Überwachungseinheit 100 ferner ausgebildet, um inkonsistente Informationen innerhalb des zweiten Signals zu identifizieren, insbesondere innerhalb der zweiten Charakteristik. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen, die Redundanz verwenden, können Beispiele von Überwachungseinheiten 100 in der Lage sein, positiv zu bestätigen, dass der Signalverarbeitungsweg 200 korrekt funktioniert, ohne die Notwendigkeit und den Aufwand, einen zweiten, redundanten Signalweg zu haben, der anzeigt, ob eine Inkonsistenz zwischen einer ersten Vorrichtung und einer Redundanzen, zweiten Vorrichtung vorliegt. Der Ansatz gemäß der vorliegenden Offenbarung wird daher die Systemkomplexität eines zuverlässigen Signalwegs 100 wesentlich verringern, da der redundante, zweite Signalweg weggelassen werden kann.
Weitere Ausführungsbeispiele können ferner das Identifizieren inkonsistenter Informationen innerhalb der zweiten Charakteristik und somit des zweiten Signals im Vergleich zu der ersten Charakteristik und somit dem ersten Signal erlauben. In dem Fall einer solchen Inkonsistenz kann die Überwachungseinheit 100 ausgebildet sein, Informationen bereitzustellen, die das Korrigieren der Inkonsistenz erlauben, d. h. das Korrigieren eines fehlerhaften zweiten Signals, und können somit sogar eine fehlerhafte Ausgabe des Signalwegs 200 korrigieren.
Während einige Ausführungsbeispiele nur aus der Überwachungseinheit 100 bestehen, können weitere Ausführungsbeispiele ferner den Signalweg 200 umfassen, der ausgebildet ist, um das Eingangssignal 210 zu empfangen und das Ausgangssignal ansprechend auf das Eingangssignal 210 bereitzustellen. Zu diesem Zweck können selbstprüfende Signalverarbeitungssysteme bereitgestellt sein, ohne dass ein Benutzer des Signalwegs 100 weitere Konsistenzprüfungen im Hinblick auf das Ausgangssignal des Signalwegs 200 implementieren muss, da der Signalweg 200 innerhalb des Signalverarbeitungssystems durch die Überwachungseinheit 100 überwacht wird, die Teil desselben ist.
Als eine Alternative kann die Überwachungseinheit 100 in bestehende Signalwege 200 integriert sein, wodurch ein Signalweg 200 gebildet wird, der eine Entsprechung des zweiten Signals 122, nämlich der zweiten Charakteristik, mit dem ersten Signal 112, nämlich der ersten Charakteristik unter Verwendung der Überwachungseinheit 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung überwacht. Durch die Integration der Überwachungseinheit 100 als eine Art von Verbesserung oder Aktualisierung, kann die Zuverlässigkeit bestehender Systeme erhöht werden, wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ohne Weiteres erkennen wird.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen sind der Signalweg 200 und die Überwachungseinheit 100 monolithisch integriert, um eine verbesserte Funktionalität ohne starke Erhöhung der weiteren Herstellungs- oder Verpackungskosten bereitzustellen.
2 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Signalverarbeitungssystems 300 dar, das eine Überwachungseinheit 100 und ein Beispiel eines Signalwegs 200 umfasst, der nur eine Schwellendetektionsschaltung aufweist. Für ein leichteres Verständnis ist das Signalverarbeitungssystem 300 zusammen mit einem optionalen Sensorelement 400 dargestellt. Der Typ des Sensorelements 400, der mit einem Ausführungsbeispiel eines Signalverarbeitungssystems 300 kombiniert werden soll, ist prinzipiell beliebig. Während bestimmte Sensorelemente 400 und zugeordnete Signalverarbeitungssysteme im Hinblick auf 5 bis 9 beschrieben werden, konzentriert sich die nachfolgende Erörterung hauptsächlich auf die Funktionalität des Signalverarbeitungssystems 300. Das Sensorelement 400 stellt ein Eingangssignal 210 an den Signalweg 200 bereit. Ein praktisches Beispiel für ein Sensorelement 400 wäre ein magnetoresistiver oder Hall-Sensor innerhalb eines Geschwindigkeitssensors, der zusammen mit einem Codierer arbeitet, der ein periodisch wechselndes Magnetfeld erzeugt. Das Sensorelement 400 kann in Kombination mit einem Codiererrad verwendet werden, als nicht einschränkendes Beispiel. Ein Ausgangssignal des Sensorelements 400 in dem Fall eines periodisch wechselnden Magnetfeldes, das durch einen Codierer erzeugt wird, der sich relativ zu dem Sensorelement 400 bewegt, wäre im Wesentlichen ein sinusförmiges Signal mit wiederholten Nullkreuzungen zu Zeitpunkten, die der Geschwindigkeit der relativen Bewegung entsprechen. Eine relative Bewegung kann zum Beispiel verursacht werden durch eine Drehung eines Codiererrades im Hinblick auf das Sensorelement 400. Anders ausgedrückt entspricht die Frequenz des sinusförmigen Signals einer Geschwindigkeit des Codierers und jede Null-Kreuzung entspricht einem spezifischen Bewegungsfortschritt oder einem Drehwinkelfortschritt im Fall eines sich drehenden Codiererrades. Für die weitere Erörterung der Funktionalität des Signalverarbeitungssystems 300 soll angenommen werden, dass ein solches Sensorelement verwendet wird, um das Eingangssignal 210 bereitzustellen. 4 stellt eine Darstellung eines solchen Eingangssignals 210 bereit. Ein Signalweg 200, der ein Ausgangssignal bereitstellt, das die (Dreh-)Geschwindigkeit anzeigt, kann daher im Wesentlichen aus einer Schwellendetektionsschaltung bestehen, die jede Nullkreuzung des Eingangssignals 210 bestimmt, bereitgestellt durch das Sensorelement 400. Die Schwellendetektionsschaltung kann ausgebildet sein, um anzuzeigen, ob das Eingangssignal 210 über Null für zwei aufeinanderfolgende Nullkreuzungen ist oder unter null, was auch für die nachfolgende Erörterung angenommen wird. Dadurch kann die Schwellendetektionsschaltung herkömmlicherweise positive Halbwellen von negativen unterscheiden. Eine solche Funktionalität kann unter Verwendung eines Komparators implementiert sein, wie er in der Technik bekannt ist.
Bei dem Beispiel von 2 kann das erste Signal 112, das aus den Signalweg 200 empfangen oder extrahiert wird, eine Kopie des analogen Signal seins, das durch das Sensorelement 400 als ein Eingangssignal 210 an den Signalweg 200 bereitgestellt wird, und das extrahierte zweite Signal 122 kann eine Kopie eines Ausgangssignals des Signalwegs 200 sein. Das Ausgangssignal kann ein Signal einer Rechteckwellenform sein, das jede positive Halbwelle des sinusförmigen Signals als eine positive Rechteckwelle anzeigt, während jede negative Halbwelle des sinusförmigen Signals durch eine Nulllinie dargestellt wird, in dem Fall, dass der Signalweg 200 im Wesentlichen aus einer Schwellendetektionsschaltung besteht. 4 stellt ein Beispiel für ein solches Ausgangssignal 520 in durchgezogenen Linien dar. Die Überwachungseinheit 100 (auch bezeichnet als Wachhund (watchdog)) kann bei diesem Beispiel das Eingangssignal 210 als das erste Signal 112 und das Ausgangssignal als das zweite Signal 122 empfangen. Das erste Signal 112, das über der Schwelle ist, wäre die erste Charakteristik. Die zweite Charakteristik des zweiten Signals 122 wäre auf ähnliche Weise, dass das Signal über Null ist. Die Überwachungseinheit 100 kann ausgebildet sein, um ein Fehlersignal 140 bereitzustellen, wenn der Auswerter 130 der Überwachungseinheit 100 bestimmt, dass das zweite Signal 122 nicht dem ersten Signal 112 entspricht. Genauer gesagt kann das Warn- oder Fehler-Signal 140 in dem Fall ausgegeben werden, dass die zweite Charakteristik des zweiten Signals 122 nicht die erste Charakteristik des ersten Signals 112 darstellt.
Für dieses bestimmte Beispiel sind sowohl die erste als auch zweite Charakteristik beide ”über einer Schwelle von null”, während die erste Charakteristik in Beziehung zu dem analogen, sinusförmigen Eingangssignal 210 steht, dass durch das Sensorelement 400 bereitgestellt wird, während „über der Schwelle von null” eine zweite Charakteristik des rechteckwellenförmigen zweiten Signals 122 ist. Wenn das erste Signal 112 Null mit einer ansteigenden Flanke kreuzt, um eine positive Halbwelle zu starten, während das zweite Signal 122 Null war, wäre die erste Charakteristik des ersten Signals 112, das über Null ist, nicht in dem zweiten Signal 122 dargestellt. Genauer gesagt ist die zweite Charakteristik nicht in dem zweiten Signal 122 vorhanden, während die erste Charakteristik innerhalb des ersten Signals 112 vorhanden ist, und folglich entspricht die zumindest zweite Charakteristik nicht der ersten Charakteristik entsprechend der vordefinierten Beziehung. Sollte das erste Signal 112 ein relativ niedriges Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, kann ein Fensterkomparator anstelle eines normalen Komparators verwendet werden, um die Bewertung der ersten Charakteristik zu implementieren. Jedoch können weitere Ausführungsbeispiele auch andere Komponenten verwenden, um die erste Charakteristik zu bewerten. Anstelle eines Fensterkomparators können zum Beispiel zwei parallele Komparatoren und ein zugeordnetes UND-Gatter verwendet werden. Für das gegebene Beispiel kann das zweite Signal 122 vorteilhafterweise ein analoges Signal sein, so wie es das erste Signal 112 ist. Ohne Einschränkung kann das zweite Signal 122 auch ein digitales Signal sein, zum Beispiel in dem Fall, dass ein Digital-Analog-Wandler (nicht gezeigt) innerhalb des Signalwegs 200 vorhanden ist. Abhängig von den Umständen ist es manchmal bequemer, einen einfachen Komparator oder Fensterkomparator zu verwenden, der nicht synchron zu einer digitalen Zeitbasis ist, anstatt eines Rechteckwellensignals, das mit einem digitalen Takt synchronisiert ist. Die zweite Option würde eine Standfläche einer Vorrichtung wesentlich erhöhen, was für sicherheitsbezogene Anwendungen ungewollt sein kann.
3 stellt ein Beispiel eines Sensorsystems 600 mit einem Signalweg 200 dar, dass im Wesentlichen eine Schwellenkreuzung des Eingangssignals 210 erfasst, das durch das Sensorelement 400 bereitgestellt wird. Das Ausführungsbeispiel von 3 entspricht insofern dem Ausführungsbeispiel von 2. Der Signalweg 200 des Ausführungsbeispiels von 3 kann als praktische Implementierung einer Schwellendetektionsschaltung von 2 gesehen werden, die mehr Elemente aufweist. Die nachfolgende Beschreibung von 3 konzentriert sich auf die Elemente des Signalwegs 200 und die Signale, die darin auftreten. Ferner werden zugeordnete Signale, die innerhalb eines Ausführungsbeispiels einer Überwachungseinheit 100 auftreten, im Hinblick auf 4 erörtert. Der Signalweg 200 weist einen Verstärker 212, ein Tiefpassfilter 214, eine Schwellendetektionsschaltung 230 und eine digitale Schaltung 240 auf, die nacheinander miteinander in Verarbeitungsrichtung abwärts von dem Signalweg 200 verbunden sind, d. h. in der Richtung der Signalverarbeitung. Das Eingangssignal 210 wird verstärkt, bevor es tiefpassgefiltert wird. Das tiefpassgefilterte Signal wird an die Schwellendetektionsschaltung 230 bereitgestellt, um zu bestimmen, wann das tiefpassgefilterte Signal eine Schwelle kreuzt, das heißt den Nullpegel. Die Bestimmung einer Schwellenkreuzung wird an die Signalverarbeitungseinheit oder digitale Schaltung 240 kommuniziert. Die digitale Schaltung 240 kann zum Beispiel das Schwellensignal 520 verarbeiten, um das Ausgangssignal des Signalwegs 200 zu erzeugen oder bereitzustellen. Das Ausgangssignal kommuniziert die Information, dass eine Nullkreuzung bestimmt wurde, an nachfolgende Komponenten auf beliebige Weise, zum Beispiel unter Verwendung eines bestimmten Datenkommunikationsprotokolls.
So ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel von 2 ist das erste Signal 112, dass bereitgestellt wird an oder extrahiert wird durch die Signalüberwachungseinrichtung 110 der Überwachungseinheit 100, eine Kopie des Eingangssignals 210 zu dem Signalweg 200, und das zweite Signal 122 entspricht dem Ausgangssignal oder einer Kopie eines Ausgangssignals, das durch den Signalweg 200 bereitgestellt wird. Weitere Ausführungsbeispiele können das erste und zweite Signal aus unterschiedlichen Positionen entlang dem Signalweg 200 extrahieren oder empfangen. Die Schwellendetektionsschaltung 230 signalisiert eine Schwellenkreuzung des Eingangssignals 210 mithilfe des Schwellensignals 520, das eine Rechteckwellenform aufweist, die jede positive Halbwelle des sinusförmigen Eingangssignals 210 als eine positive Rechteckwelle anzeigt, während jede negative Halbwelle des sinusförmigen Eingangssignals 210 durch eine Nulllinie dargestellt ist, wie bereits im Hinblick auf 2 erörtert wurde und mithilfe des Schwellensignals 520 in 4 dargestellt ist.
Wie bei der vorangehenden Erörterung von 2 sei angenommen, dass das Sensorelement 400 ein sinusförmiges Eingangssignal 210 bereitstellt, zum Beispiel, da ein vorangehend erörtertes, magnetoresistives Erfassungselement eines Geschwindigkeitssensors als ein Sensorelement 400 verwendet wird. Die Signale innerhalb des Signalwegs 200 und der Überwachungseinheit 100 sind in 4 gezeigt, um darzustellen, wie eine Entsprechung des zweiten Signals 122 mit dem ersten Signal 112, genauer gesagt eine Entsprechung der ersten Charakteristik mit der zweiten Charakteristik, bestimmt wird.
Das sinusförmige Eingangssignal 210 wird von dem Erfassungselement 400 empfangen. Ein Fenstersignal 510 stellt das Ausgangssignal eines Fensterkomparators innerhalb der Überwachungseinheit 100 dar. Der Fensterkomparator kann innerhalb des Auswerteres 130 der Überwachungseinheit 100 verwendet werden, um die erste Charakteristik des ersten Signals 112 zu bewerten, um in der Lage zu sein darauf zu schließen, ob die zweite Charakteristik des zweiten Signals 122, das aus dem Signalweg 200 durch die Überwachungseinheit 100 extrahiert wird, konsistent mit der zumindest ersten Charakteristik ist. Bei dem bestimmten Beispiel wird der Fensterkomparator verwendet, um ein Fenstersignal 510 bereitzustellen, das die Zeitintervalle anzeigt, in denen die Amplitude des ersten Signals 112 (was eine Kopie des Eingangssignals 210 ist) innerhalb eines vorbestimmten Intervalls 512 ist, das null aufweist. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das vorbestimmte Intervall 512 null Volt auf und ist nicht symmetrisch im Hinblick auf null Volt. Die Größe oder Breite des Intervalls 512 kann konstant bleiben, während die Stark- und End-Punkte davon abhängen, ob das Eingangssignal 210 in das Intervall 512 von unter oder über Null eintritt, d. h. von innerhalb einer positiven Halbwelle oder innerhalb einer negativen Halbwelle des Eingangssignals 210. Anders ausgedrückt zeigt der Fensterkomparator eine Hysterese, wie einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt sein kann. Ein Beispiel für eine Eingangs-Ausgangs-Charakteristik eines Fensterkomparators ist in 11 dargestellt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können andere Intervalle, einschließlich jener, die symmetrisch im Hinblick auf null sind, sowie andere Komparatoren als Fensterkomparatoren verwendet werden.
Das Fenstersignal 510 hat eine Rechteckwellenform, die das Vorhandensein der Amplitude des Eingangssignals 210 innerhalb des vorbestimmten Intervalls 512 mit einem Pegel von null anzeigt und (dass das Fenstersignal 510 niedrig ist), während eine positive Rechteckwelle des Fenstersignals 510 anzeigt, dass die Amplitude des Eingangssignals 210 außerhalb des vorbestimmten Intervalls 512 ist. Das zweite Signal 122, das durch die Überwachungseinheit 100 extrahiert wird, ist wie vorangeht erörtert, eine Kopie des Ausgangssignals des Signalwegs 200, was ein Ausgangssignal der digitalen Schaltung 240 ist. Jedoch kann auch ein Signal, das durch die Schwellendetektionsschaltung 230 ausgegeben wird, stattdessen verwendet werden, sowie andere Signale entlang dem Signalweg 200, abhängig davon, welcher Abschnitt des Signalwegs 200 mit der Überwachungseinheit 100 überwacht werden soll. Das Schwellensignal 520, das in durchgezogenen Linien in 4 dargestellt ist, zeigt das Ausgangssignal oder ein Ausgangssignal der Schwellendetektionsschaltung 230 in einem konsistenten Operationsmodus des Signalwegs 200. Das Schwellensignal 520 entspricht dem allgemeinen Komparatorsignal, wie im Hinblick auf 2 erörtert wurde. Eine positive Halbwelle des Schwellensignals 520 entspricht einer positiven Halbwelle des sinusförmigen Eingangssignals 210, während negative Halbwellen innerhalb des sinusförmigen Eingangssignal 210 horizontalen Nulllinien im Hinblick auf das Signal 520 entsprechen. In einem konsistenten Operationsmodus bleibt ein Fehleranzeigesignal 530, wie in durchgezogene Linien in 4 dargestellt ist, auf einem Nullpegel.
Signale 522, 524 und 526 in gestrichelten Linien stellen mögliche Ausgangssignale bereit, die durch den Signalweg 200 bereitgestellt werden, wenn Fehler innerhalb des Signalwegs 200 auftreten, d. h. wenn die Integrität des Signalwegs 200 nicht gegeben ist. Die Signale 522, 524 und 526 entsprechen unterschiedlichen inkonsistenten Informationen innerhalb des Ausgangssignals. Das Fehleranzeigesignal 530 stellt das Fehlersignal in einem konsistenten Operationsmodus in durchgezogenen Linien dar. Die Signale 532, 534 und 536 stellen das Fehleranzeigesignal dar, das den inkonsistenten Operationsmodi entspricht, die mithilfe der Signale 522, 524 bzw. 526 dargestellt sind. Wie in 4 dargestellt ist, wenn das zweite Signal 520 das Vorhandensein einer Nullkreuzung anzeigt, wird immer wenn tatsächlich eine Nullkreuzung auftritt, ein Fehleranzeigesignal 530 ausgegeben, das auf einem Nullpegel bleibt.
Wenn jedoch eine fehlerhafte Erfassung einer Nullkreuzung 522 durch das Ausgangssignal oder mithilfe des zweiten Signals 122 angezeigt wird, das aus dem Signalweg 200 extrahiert wird, dadurch, dass das Schwellensignal 520 fehlerhaft das Vorhandensein einer negativen Halbwelle innerhalb des Eingangssignals 210 signalisiert, wird stattdessen ein Fehleranzeigesignal 532 mit einem hohen Pegel bereitgestellt. Auf ähnliche Weise, wenn der Fensterkomparator bestimmt, dass eine Nullkreuzung aufgetreten sein sollte und gleichzeitig das zweite Signal 122 keine Nullkreuzung anzeigt, wie durch das Signal 524 dargestellt wird, dadurch, dass eine zugeordnete Änderung der Signalform des Schwellensignals 524 nicht vorhanden ist, wird das Fehlersignal 534 bereitgestellt. Ähnlich zu dem Fehlerfall, der Signalen 522 und 532 entspricht, wird ein Fehlersignal 536 bereitgestellt, wenn eine Schwelle oder Nullkreuzung durch das Signal 526 angezeigt wird, was darstellend für eine positive Halbwelle des Eingangssignals 210 ist, während das Eingangssignal 210 tatsächlich innerhalb einer negativen Halbwelle bleibt. Die Signale 532, 534 und 536 können innerhalb der Überwachungseinheit 100 erzeugt werden durch In-Beziehung-Bringen des Fenstersignals 510 und des Schwellensignals 520 gemäß einer geeigneten Logik, um zu bestimmen, ob die zweite Charakteristik gemäß der vordefinierten Beziehung der ersten Charakteristik entspricht. Zu diesem Zweck wäre die erste Charakteristik des ersten Signals 112 das Vorhandensein der Amplitude des Eingangssignals 210 innerhalb des vorbestimmten Intervalls 512, definiert durch den Fensterkomparator. Die zweite Charakteristik, dargestellt durch das Schwellensignal 520 kann sein, ob eine positive Halbwelle oder eine negative Halbwelle mithilfe der Schwellendetektionsschaltung 230 signalisiert wird oder ob das Ausgangssignal über oder unter null ist.
Der Auswerter 130 der Überwachungseinheit kann bestimmen, ob die zweite Charakteristik der ersten Charakteristik entspricht, zum Beispiel durch In-Beziehung-Bringen von logischen Zuständen, die dem positiven Spannungspegel und dem Null-Spannungspegel des Schwellensignals 520 und des Fenstersignals 510 zugeordnet sind. Zum Beispiel kann der Nullspannungspegel mit einem „0”-Wert binärer Logik identifiziert sein, während der positive Spannungspegel einer „1” der binären Logik zugeordnet sein kann, oder umgekehrt. Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen wird, kann es zahlreiche Implementierungen geben, um das Fenstersignal 510 und das Schwellensignal 520 zu kombinieren, um an den Fehleranzeigesignalen anzukommen, die unterschiedliche Signalformen 532, 534 und 536 in dem Fall einer fehlerhaften Detektion von Schwellenkreuzungen oder Halbwellen aufweisen, wie durch Signale 522, 524 und 526 angezeigt ist. Die Kombination kann unter Verwendung einer Standardlogikschaltungsanordnung oder Gattern, wie zum Beispiel Und-Gatter, Oder-Gatter, Flip Flops oder Latches ausgeführt werden, die in der Technik bekannt sind, um an den Signalformen 532, 534 und 536 anzukommen, die in 4 dargestellt sind. Eine bestimmte Möglichkeit ist in 10 dargestellt und wird im Hinblick auf die Ausführungsbeispiele von 5 bis 9 beschrieben, die Signalwege aufweisen, die im Wesentlichen identisch zu dem Signalweg sind, der in 3 dargestellt ist.
Gemäß einigen Beispielen ist die Überwachungseinheit 100 ferner in der Lage, die inkonsistenten Informationen innerhalb der zweiten Charakteristik des zweiten Signals zu identifizieren und den Typ der inkonsistenten Informationen zu kommunizieren, um diese zu korrigieren. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Länge des Fehleranzeigesignals 532, 534, 536 anzeigen, ob der Signalweg 200 fälschlicherweise keine Null-Kreuzung bestimmt hat oder ob der Signalweg 200 fälschlicherweise das Vorhandensein einer Nullkreuzung innerhalb der positiven Halbwelle oder der negativen Halbwelle des Eingangssignals 210 bestimmt hat. Alternativ können zwei unterschiedliche Signalverarbeitungsketten innerhalb einer Überwachungseinheit 100 implementiert sein, um jeweils ein Ausgangssignal bereitzustellen, das empfindlich für einen oder mehrere der oben erwähnten Fehlerfälle ist. Eine mögliche Hardwareimplementierung eines Ausführungsbeispiels einer Überwachungseinheit 100 mit der Fähigkeit, ein Fehlersignal mit den Signalformen 530, 532, 534 und 536 zu erzeugen, die den unterschiedlichen Fehlerfällen entsprechen, ist in 10 gegeben und wird in den nachfolgenden Absätzen beschrieben. Es kann jedoch Fälle geben, bei denen die Überwachungseinheit 100 aus der ersten Charakteristik und der zweiten Charakteristik nur schlussfolgern kann, dass zumindest eines der Elemente innerhalb des überwachten Abschnitts 202 des Signalwegs sich nicht wie erwartet verhält, und verursacht daher eine Ausgabe, sodass die erste Charakteristik nicht mehr innerhalb der zweiten Charakteristik gemäß Signal- und/oder Datenverarbeitungsschritten repräsentiert ist, die entlang von zumindest dem überwachten Abschnitt 202 des Signalwegs 200 ausgeführt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Signalverarbeitungssystem 300 das Sensorelement 400 ohne Einschränkung umfassen, um ein Sensorsystem zu bilden. Das Sensorsystem kann dann nicht nur Informationen über eine physikalische Größe bereitstellen, die durch das Sensorelement 400 erfasst werden, sondern auch Informationen darüber, ob man sich auf die Informationen verlassen sollte, die durch das Sensorsystem, genauer gesagt das Sensorelement 400, an einer Ausgangsschnittstelle des Sensorsystems bereitgestellt werden.
Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen des Sensorsystems in 1 bis 9 sind die Geschwindigkeitssensorsysteme 600 als bestimmte Beispiele für Ausführungsbeispiele von Sensorsystemen beschrieben. Es sei angenommen, dass das Sensorsystem 600 daher zumindest ein Sensorelement 400 umfasst, das ausgebildet ist, um ein magnetisches Wechselfeld zu erfassen, das durch eine Bewegung eines Codierers oder einer Codiererkonfiguration verursacht wird, die magnetische Wechselpole bereitstellt, wenn sie im Hinblick auf ein Sensorelement 400 des Sensorsystems bewegt wird.
Natürlich kann das Sensorelement 400 von weiteren Ausführungsbeispielen von Sensorsystemen ausgebildet sein, um ein Signal zu erzeugen, dass eine andere physikalische Eigenschaft anzeigt, wie zum Beispiel eine Temperatur, einen Druck, eine Richtung, eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine chemische Zusammensetzung oder ähnliches. Anders ausgedrückt kann jegliches Erfassungselement 400 zusammen mit Signalverarbeitungssystemen 300 innerhalb eines Sensorsystems verwendet werden, um zuverlässige Informationen über die erfasste, physikalische Größe bereitzustellen.
5 bis 9 stellen Ausführungsbeispiele von Geschwindigkeitssensoren (speed sensor) 600 dar, die eine Überwachungseinheit 100 umfassen, um einen Signalweg 200 zu überwachen, wie vorangehend ausgeführt wurde. Ein bestimmtes Beispiel eines Geschwindigkeitssensors 600 wäre ein Radgeschwindigkeitssensor zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit eines Rades eines Automobils.
Der Radgeschwindigkeitssensor 600, der in 5 dargestellt ist, umfasst ein Sensorelement 610, das aus einer Brückenkonfiguration von vier Riesenmagnetowiderstandszellen (GMR-Zellen; GMR = giant magneto-resistance) als nicht einschränkendes Beispiel besteht. Die Leistungsversorgung zu den individuellen Komponenten wird durch eine Leistungsverwaltungseinheit 612 bereitgestellt. Die Riesenmagnetowiderstandszellen innerhalb des Sensorelements stellen ein unterschiedliches Eingangssignal 614 an einen Eingang eines Vorverstärkers 622 des Signalwegs 620 bereit. Das verstärkte Signal wird mithilfe eines Tiefpassfilters 624 tiefpassgefiltert. Das tiefpassgefilterte Signal wird an einen Komparator 626 bereitgestellt, um eine Nullkreuzung der Amplitude des Eingangssignals 614 zu bestimmen, genauer gesagt, einer Differenz der Signale des Signalpaars, das das differentielle Eingangssignal bildet. Zu diesem Zweck entspricht die Funktionalität des Signalwegs der Ausführungsbeispiele von 5 bis 9 der, die vorangehend im Hinblick auf die 2, 3 und 4 erörtert wurde.
Wenn eine Schwellenkreuzung auftritt, stellt der Komparator 626 ein Komparatorsignal an eine digitale Schaltung 628 bereit. Die digitale Schaltung 628 umfasst einen digitalen Kern 628a sowie einen Oszillator 628b. Der Oszillator 628b kann ein optionales Taktsignal für den digitalen Kern 628a bereitstellen. Anders ausgedrückt wird der digitale Kern 628a mithilfe des Oszillators 628b getaktet. Die digitale Schaltung 628 kann von einer analogen Schaltungsanordnung dadurch unterschieden werden, dass die analoge Schaltungsanordnung nicht gemäß einem Taktsignal arbeitet, das zum Beispiel durch den Oszillator 628b bereitgestellt wird. Während das Ausgangssignal des Komparators 626 eine Signalform aufweisen kann, die ähnlich zu der eines digitalen Signals ist, tritt das Komparatorsignal nicht notwendigerweise an Flanken des Taktsignals auf, die bereitgestellt oder verwendet werden, um die Operation des digitalen Kerns 628a zu takten. Anders ausgedrückt kann der Komparator in dem analogen Bereich betrieben werden, d. h. nicht synchron mit dem Takt, und daher wird die Standfläche des Gesamtsystems reduziert, was für sicherheitsrelevante Systeme von Interesse sein kann.
Um mögliche systematische Versätze (Offsets) des Eingangssignals 614 zu kompensieren, wird eine Nachführungsfunktionalität (tracking functionality) 640 bereitgestellt, die einen nach Führungs-Analog-Zu-Digital-Wandler 640a und zugeordnete Logik innerhalb des digitalen Kerns 628a verwendet. Der Nachführungs-Analog-Digital-Wandler 640a digitalisiert das Signal nach dem Tiefpassfilter 624, um den digitalen Kern 628a der digitalen Schaltung 628 zu ermöglichen, eine kontinuierliche Überwachung der Amplitude des Eingangssignals 614 auszuführen. Sobald ein Versatz innerhalb des Eingangssignals 614 bestimmt wird, steuert der digitale Kern 628a einen Digital-Analog-Wandler 642, um den Versatz durch Anlegen einer Vorspannungsspannung an das Eingangssignal 614 zu kompensieren.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel extrahiert oder empfängt die Signalüberwachungseinrichtung 110 der Überwachungseinheit 100 eine Kopie des Eingangssignals 614 als das erste Signal 630, während das zweite Signal 631, das aus dem Signalweg 600 mithilfe der Signalschnittstelle 120 extrahiert oder empfangen wird, ein Ausgangssignal der digitalen Schaltung 628 ist. Zu diesem Zweck kann die Signalüberwachungseinrichtung 110 ein analoges Signal extrahieren oder empfangen, während die Signalschnittstelle ein digitales Signal 120 extrahieren oder empfangen kann. Bei dem Ausführungsbeispiel von 5 kann die Integrität des gesamten Signalweges 620 mithilfe der Überwachungseinheit 100 überwacht werden, da ein erster Punkt 632, wo das erste Signal 630 extrahiert wird, am Anfang des Signalwegs 620 ist, und da ein zweiter Punkt 634, wo das zweite Signal 631 extrahiert wird, am Ende des Signalwegs 620 ist. Der Signalweg 620 des Ausführungsbeispiels von 5 bis 9 führt im Wesentlichen dieselbe Signalverarbeitung aus wie der Signalweg 200, der in 3 dargestellt ist. Daher wird hierin Bezug auf die Beschreibung von 2 und 3 genommen, dahingehend, wie die erste und zweite Charakteristik ausgewählt oder definiert und durch das erste bzw. zweite Signal extrahiert werden können, um in der Lage zu sein, zu bestimmen, ob eine zweite Charakteristik des extrahierten zweiten Signals 631 gemäß einer vordefinierten Beziehung einer ersten Charakteristik des extrahierten ersten Signals 630 entspricht. Eine bestimmte Hardwareimplementierung für eine Überwachungseinheit 100, die mit jeglichem der Ausführungsbeispiele von 5 bis 9 verwendet werden soll, wird nachfolgend im Hinblick auf 10 beschrieben.
Das Ausgangssignal des Signalwegs 200 und des Geschwindigkeitssensors 600 wird an nachfolgende Komponenten durch eine Ausgangsschnittstelle 660 des Sensorsystems 600 kommuniziert. Eine Möglichkeit der Übermittlung des Vorhandenseins einer Nullkreuzung des Eingangssignals 612 über die Ausgangsschnittstelle 660 ist zum Beispiel das Verwenden einer Strommodulation unter Verwendung von zumindest zwei unterschiedlichen Strompegeln. Bei der Strommodulation moduliert die Ausgangsschnittstelle 660 einen Strom an einem externen Versorgungsspannungsanschluss 670. Ein erster, vorbestimmter Strompegel kann verwendet werden, um einen ersten, digitalen Zustand zu signalisieren, während ein zweiter, vorbestimmter Strompegel verwendet werden kann, um den zweiten, digitalen Zustand zu signalisieren. In dem Fall einer Nullkreuzung kann entweder der erste oder zweite Strompegel für eine vorbestimmte Zeit übertragen werden, während der andere für den Rest der Zeit übertragen wird. Alternativ kann eine Änderung der Strompegel verwendet werden, um die Bestimmung einer Nullkreuzung zu signalisieren. Als eine weitere Alternative kann der erste Strompegel verwendet werden, um eine positive Halbwelle des Eingangssignals zu signalisieren, und der zweite Strompegel kann verwendet werden, um eine negative Halbwelle zu signalisieren, oder umgekehrt.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird die Ausgangsschnittstelle ferner verwendet, um das Fehlersignal bereitzustellen, dadurch, dass zumindest ein dritter Strompegel verwendet wird, um eine fehlende Integrität des Signalweges 620 zu kommunizieren. Wenn nachfolgende Komponenten über die fehlende Integrität des Ausgangssignals des Sensorsystems 600 benachrichtigt werden, können sie in einen sicheren Operationsmodus eintreten, in dem das Sensorsignal nicht beachtet wird. Weitere Ausführungsbeispiele können auch eine Ausgangsschnittstelle verwenden, die einen oder mehrere unterschiedliche Spannungspegel verwendet, um die Informationen über die Bewegung des Objekts an nachfolgende Komponenten zu kommunizieren. Ähnlich zu einer Ausgangsschnittstelle, die eine Strommodulation verwendet, kann ein erster Spannungspegel verwendet werden, um einen ersten digitalen Zustand zu signalisieren, während ein zweiter Spannungspegel verwendet werden kann, um den zweiten digitalen Zustand zu signalisieren. Ein dritter Spannungspegel kann verwendet werden, um eine fehlende Integrität des Signalwegs zu kommunizieren.
Bei Automobilanwendungen kann das Fehlersignal, das durch ein Sensorsystem 600 (Geschwindigkeitssensor) kommuniziert wird, verursachen, dass eine elektronische Steuerungseinheit das Ausgangssignal des Sensorsystems 600 in seiner weiteren Verarbeitung ignoriert, zum Beispiel zur weiteren Verwendung innerhalb eines Antiblockiersystem. Dies kann sicherheitskritische Fahrbedingungen vermeiden, was ansonsten auftreten kann, wenn ein fehlerhaftes Sensorsignal weiterverarbeitet wird. Zu diesem Zweck können Ausführungsbeispiele von Überwachungseinheiten 100 dazu dienen, Automobilsensoren dem Standard ISO 26262 konform zu machen, was ein funktionaler Sicherheitsstandard für elektrische/elektronische Automobilsysteme ist.
Bevor eine bestimmte Hardwareimplementierung einer Überwachungseinheit 100 beschrieben wird, die in 10 dargestellt ist, werden weitere Ausführungsbeispiele des Sensorsystems 600, die im Wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel von 5 sind, sich aber von 5 insofern unterscheiden, dass unterschiedliche Abschnitte des Signalwegs 620 überwacht werden, in den nachfolgenden Absätzen kurz zusammengefasst.
Das Ausführungsbeispiel von 6 entspricht dem Ausführungsbeispiel von 5 und unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel von 5 nur insofern, als das erste Signal für die Überwachungseinheit 100 von einem ersten Abschnitt 632 weiter in Verarbeitungsrichtung abwärts in dem Signalweg 620 empfangen wird. Genauer gesagt wird das erste Signal 630 nach dem Verstärker 622 empfangen. Dies erlaubt weiterhin, auf die Integrität des Signalwegs 620 zu schließen, während die Komplexität der Überwachungseinheit weiter insofern reduziert wird, als ein asymmetrisches Signal (single ended signal) an die Überwachungseinheit 100 bereitgestellt wird. Genauer gesagt können der digitale Kern 628a und dessen Funktionalität oder Integrität weiterhin überwacht werden, da sie in dem überwachten Abschnitt des Signalwegs 620 verbleiben. Die digitale Schaltung 628 und insbesondere der digitale Kern 628a können wesentliche Mengen des Halbleiterbereichs verbrauchen und weisen eine Vielzahl von Transistoren und Schaltungselementen auf. Somit kann das Risiko eines Ausfalls oder Kurzschlusses innerhalb der digitalen Schaltung höher sein als für analoge Komponenten des Signalwegs 620, sodass es wünschenswert sein kann, die digitalen Komponenten innerhalb des Signalwegs 620 zu überwachen, während es akzeptabel sein kann, dass ein oder mehrere der analogen Komponenten innerhalb des Signalwegs 620 nicht überwacht werden, was weitere Einsparungen bei Fläche und Kosten ermöglichen kann. Ferner, wenn das erste Signal 630 nach dem Verstärker 622 extrahiert wird, wie in 6, kann ein Vorverstärker innerhalb der Überwachungseinheit 100 selbst und die zugeordnete Fläche eingespart werden. Im Hinblick auf den Standard ISO 26262 kann sich das Ausführungsbeispiel von 5 und weitere Ausführungsbeispiele, die die digitale Schaltung 620 überwachen, daher weiterhin derart qualifizieren, dass sie dem Automobilsicherheitsintegritätspegel D (Automotive Safety Integrity Level D) entsprechen, wenn das Ausfallrisiko (Exposure Classification) durch die digitale Schaltung dominiert wird und somit die Reduzierung des überwachten Abschnitts mithilfe des Ausschlusses des Verstärkers 622 akzeptabel ist.
7 und 8 unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen von 5 und 6 insofern, als das erste Signal 630 von einer ersten Position 632 weiter in Verarbeitungsrichtung abwärts in dem Signalweg 620 empfangen wird. Genauer gesagt wird in 7 das erste Signal 630 nach dem Tiefpassfilter 624 extrahiert, und in 8 wird das erste Signal 630 nach dem Komparator 626 extrahiert. Wie vorangehend erörtert wurde, können beliebige Segmente von Signalwegen durch Ausführungsbeispiele von Überwachungseinheiten 100 überwacht werden, um ihre Integrität zu bestimmen, sobald die Überwachungseinheit 100 und der Auswerter der Überwachungseinheit entsprechend konfiguriert sind. 7 und 8 sind zusätzliche Beispiele für die Flexibilität des hierin beschriebenen Konzepts und entsprechen ansonsten dem Beispiel von 5.
9 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Geschwindigkeitssensors 700 dar, das auf den Ausführungsbeispielen von 5 bis 8 basiert. Das Ausführungsbeispiel von 9 hat ferner die Fähigkeit, die Bewegungsrichtung im Hinblick auf den Geschwindigkeitssensor anzuzeigen. Zu diesem Zweck ist ein weiteres Erfassungselement 701 vorhanden, dass in der Lage ist, ein Magnetfeld zu erfassen, das zugeordnet zu demselben einen weiteren Vorverstärker 702 aufweist sowie ein nachfolgendes, weiteres Tiefpassfilter 704. Das vorverstärkte und tiefpassgefilterte Signal des weiteren Erfassungselements 701 wird an einen Multiplexer 706 bereitgestellt, der das analoge Signal an den Analog-Digital-Wandler 640a der Überwachungsschaltung 640 bereitstellt. Der Analog-Digital-Wandler 640a der Überwachungsschaltung 640 empfängt ferner das Signal des Erfassungselements 610, um dieses ferner zu Zeitpunkten zu digitalisieren, die durch den Multiplexer 706 gegeben sind. Der digitale Kern 628a kann daher in der Lage sein, die Bewegungsrichtung zu bestimmen, zum Beispiel durch Vergleichen der Phasen beider digitalisierter Signale.
Anders ausgedrückt kann der Geschwindigkeitssensor von 9 auch als ein verbesserter Geschwindigkeitssensor gesehen werden, der einen Geschwindigkeitsweg 720 zum Bestimmen der Geschwindigkeit einer Bewegung aufweist, sowie einen Richtungsweg 730, der ausgebildet ist, um ein zusätzliches Signal bereitzustellen, das es ermöglicht, die Richtung der Bewegung im Hinblick auf das Sensorelement zu bestimmen. Entsprechend der Überwachungseinheit 100 für den Geschwindigkeitsweg 720 umfasst der Richtungsweg 730 eine weitere Überwachungseinheit 740, die ausgebildet ist, um einen weiteren Signalweg 750 zu überwachen, der dem weiteren Erfassungselement 701 als Teil des Richtungswegs 730 zugeordnet ist. Da auch der Geschwindigkeitsweg 730 auf der Bestimmung der Nullkreuzung des Signals des weiteren Erfassungselement 701 basiert, können gleiche Überwachungseinheiten verwendet werden, um den Signalweg 620 und den weiteren Signalweg 750 zu überwachen.
10 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinheit 800 oder einen Signal-Wachhund dar, der innerhalb des analogen Bereichs in Hardware implementiert ist. Das implementieren der Überwachungseinheit 800 innerhalb des analogen Bereichs kann dafür sorgen, dass eine Überwachungseinheit 800 nur wenig Halbleiterfläche verbraucht und eine inhärent niedrige Fehlerwahrscheinlichkeit aufweist. Wenn eine analoge Überwachungseinheit 800 zum Überwachen eines Signalwegs 200 verwendet wird, der auch eine digitale Schaltungsanordnung umfasst, können systematische Effekte, die sowohl die Überwachungseinheit 100 als auch den Signalweg 200 betreffen, der überwacht werden soll, vermieden werden. Diese systematischen Effekte können zum Beispiel an Schwankungen bei den Herstellungsprozessen liegen, die für die Überwachungseinheit und den Signalweg verwendet werden.
10 stellt ohne Einschränkung dar, wie die Funktionalität des Hauptkomparators 626 von einem der Ausführungsbeispiele von 5 bis 8 mithilfe einer Überwachungseinheit 800 überwacht werden kann, die mit einer analogen Schaltungsanordnung implementiert ist. Zu diesem Zweck kann die Überwachungseinheit 800, die in 10 dargestellt ist, zum Beispiel innerhalb des Geschwindigkeitssensors 600 von 7 verwendet werden, wo das erste Signal 630 an dem ersten Punkt 632 extrahiert wird, direkt vor dem Komparator 626, und wo das zweite Signal 631 an dem zweiten Punkt 634 extrahiert wird, direkt nach dem Komparator 626. Jedoch kann die Überwachungseinheit 800 von 10 auch innerhalb jeglicher der Ausführungsbeispiele von 5 bis 9 verwendet werden, ohne oder mit nur geringen Modifikationen, die für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sind, der die vorliegende Offenbarung verwendet. Grund dafür ist die Tatsache, dass die Signalverarbeitung, die durch den Verstärker 622 und das Tiefpassfilter 624 ausgeführt wird, die zusätzlich innerhalb des Signalwegs 620 vorhanden sind, derart ist, dass die zweite Charakteristik der ersten Charakteristik gemäß derselben vordefinierten Beziehung entspricht, unabhängig davon, ob der erste Punkt 632, von wo das erste Signal 630 extrahiert wird, vor dem Verstärker 622 ist, wie bei dem Ausführungsbeispiel von 5, vor dem Tiefpassfilter 624 wie bei dem Ausführungsbeispiel von 6 oder vor dem Komparator 626 wie bei dem Ausführungsbeispiel von 7.
Wenn zum Beispiel die Überwachungseinheit 800 von 10 bei dem Ausführungsbeispiel von 5 verwendet werden würde, wo das Eingangssignal 614 extrahiert wird, bevor es durch den Verstärker 622 verstärkt wird, kann es notwendig sein, einen weiteren Vorverstärker in die Überwachungseinheit 800 selbst aufzunehmen, wenn das Eingangssignal 614 zu schwach war, um zuverlässig durch einen Fensterkomparator 804 innerhalb der Überwachungseinheit 800 verarbeitet zu werden. Dies kann zusätzliche Komponenten und zugeordnete Fläche innerhalb der Überwachungseinheit selbst erfordern. Jedoch kann gleichzeitig der diagnostische Abdeckungsbereich erhöht werden, d. h. der überwachte Abschnitt des Signalwegs 620 des Ausführungsbeispiels von 5 ist größer als bei dem Ausführungsbeispiel von 7, was auch den Verstärker 622 und das Tiefpassfilter 624 umfasst, die gemäß den Umständen es wert sein können, zusätzliche Fläche und Komplexität innerhalb der Überwachungseinheit zu verbrauchen.
12 zeigt einige der Signale, die innerhalb der Überwachungseinheit 800 auftreten und 11 gibt ein Beispiel für eine Charakteristik eines Fensterkomparators 804, der in der Technik bekannt ist, der innerhalb der Überwachungseinheit 800 von 10 verwendet wird. Die Funktionalität der Überwachungseinheit 800 von 10 wird nachfolgend auch bezugnehmend auf 11 und 12 beschrieben. Das erste Signal 822, das durch die Überwachungseinheit 800 extrahiert wird, ist eine Kopie des Eingangssignals 802 in den Fensterkomparator 804. Die Signalüberwachungseinrichtung dieses bestimmten Beispiels kann daher auch als Eingangsschnittstelle betrachtet werden, die ausgebildet ist, um mit dem Eingangssignal 802 zu koppeln. Das zweite Signal 820, das durch die Signalschnittstelle 803 extrahiert wird, ist eine Kopie des Ausgangssignals des Komparators 626. Zu darstellenden Zwecken ist die weitere Verwendung des Ausgangssignals des Komparators 626 innerhalb des Signalwegs 620 nicht gezeigt, da sich 8 auf die Funktionalität der Überwachungseinheit 800 konzentriert. Die Signalschnittstelle 803 kann daher auch als eine Eingangsschnittstelle beschrieben werden, die ausgebildet ist, um die Ausgabe des Komparators 626 zu koppeln. Das erste Signal 822 wird in einen Fensterkomparator 804 eingegeben. Die Funktionalität des Fensterkomparators 804 ist in 11 dargestellt. Ein Fachmann auf dem Gebiet kennt die Funktionalität von unterschiedlichen Arten von Fensterkomparatoren. Kurz gesagt zeigt der Fensterkomparator 804, der bei dem Ausführungsbeispiel von 10 verwendet wird, eine Hysterese, wie sie bereits im Hinblick auf die Beschreibung von 4 erwähnt wurde. D. h., der Fensterkomparator 804 hat 4 Schwellen 902, 904, 906 und 908. Die Schwellen 902 und 908 sollten symmetrisch im Hinblick auf null oder die vertikale Achse sein sowie die Schwellen 904 und 906. Schwellen 904 und 908 gelten, wenn sich das Eingangssignal in den Fensterkomparator 804, das auf der horizontalen Achse gezeigt ist, den Schwellen von der positiven Seite nähert. Die Schwellen 906 und 902 gelten, wenn sich das Eingangssignal in den Fensterkomparator 804 den Schwellen von der negativen Seite nähert. Wenn das Eingangssignal in den Fensterkomparator 804 innerhalb des entsprechenden Paares der Schwellen 904 und 908 oder 906 und 902 ist, ist das Ausgangssignal des Fensterkomparators 804 niedrig, während sie sonst hoch ist. Die durchgezogene Kurve 910 in 11 stellt diese Abhängigkeit zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Signalen des Fensterkomparators 804 dar.
Die Überwachungseinheit 800 von 10 weist ein erstes Flip-Flop 806, ein zweites Flip-Flop 808, ein erstes XOR-Gatter 810, ein zweites XOR-Gatter 812 und ein Latch 814 auf, das auch niedrig transparent ist. Das erste Flip-Flop 806 wird an einer negativen Flanke eines Signals an einem Takteingang des ersten Flip-Flops 806 ausgelöst, während das zweite Flip-Flop 808 an einer positiven Flanke eines Signals an einem Takteingang des zweiten Flip-Flops 808 ausgelöst wird. Das erste Flip-Flop 806 und das zweite Flip-Flop 808 können D-Flip-Flops sein, die in der Technik bekannt sind. Wenn der Komparator 826 funktional ist, d. h., wenn der überwachte Abschnitt des Signalwegs zuverlässig arbeitet und Integrität gegeben ist, sollte der Komparator 626 nur schalten, wenn das differentielle Eingangssignal 802 null kreuzt. Zu diesem Zeitpunkt ist das erste Signal 822, dass durch die Überwachungseinheit 800 extrahiert wird, auch innerhalb eines entsprechenden Paares von Schwellen des Fensterkomparators 804 und folglich wird erwartet, dass das Ausgangssignal des Fensterkomparators 804 der Überwachungseinheit zu dem Zeitpunkt niedrig ist, zu dem der Pegel des Signals sich ändert, das durch den Komparator 626 ausgegeben wird, was nachfolgend als eine erste Bedingung bezeichnet wird. Auf ähnliche Weise wird innerhalb des Auftretens jedes Intervalls, in dem der Fensterkomparator 804 ein niedriges Signal ausgibt, eine Änderung des Pegels des Signals erwartet, das durch den Komparator 626 ausgegeben wird, was nachfolgend als eine zweite Bedingung bezeichnet wird. Wenn diese zwei Bedingungen mithilfe der Überwachungseinheit 800 geprüft werden, kann bestimmt werden, ob der Komparator 626, d. h. der überwachte Teil des Signalwegs, ohne einen Fehler arbeitet und ob folglich eine Integrität von zumindest dem überwachten Teil des Signalwegs angenommen werden kann.
So wie in 4 stellt 12 das Eingangssignal 802 in den Komparator 626 des Signalwegs sowie das Ausgangssignal 912 des Fensterkomparators 804 dar. Das Komparatorsignal 926 in durchgezogenen Linien stellt das Ausgangssignal des Komparators 626 dar, der wie erwartet arbeitet, und die Signale 926a, 926b und 926c stellen Signale dar, die durch den Komparator 626 in den unterschiedlichen Fehlerszenarien ausgegeben werden, die in 4 beschrieben sind. Immer wenn der Komparator 626 schaltet, wenn das Ausgangssignal 912 des Fensterkomparators 804 auf dem logisch hohen Pegel ist oder immer wenn der Komparator 626 nicht schaltet, wenn das Ausgangssignal 912 auf einem logisch niedrigen Pegel ist, ist das extrahierte zweite Signal 820 nicht konsistent mit dem extrahierten ersten Signal 822. Genauer gesagt, würde eine zweite Charakteristik des Ausgangssignals, die durch das zweite Signal 820 extrahiert wird, dann nicht einer ersten Charakteristik des Eingangssignals 802 entsprechen, extrahiert durch das erste Signal 822 gemäß der vordefinierten Beziehung, die durch die zwei oben definierten Bedingungen gegeben ist. Die erste Charakteristik kann zum Beispiel definiert sein als das Vorhandensein des Eingangssignals 802 innerhalb eines Amplitudenfensters, während die zweite Charakteristik zum Beispiel definiert sein kann, um eine Änderung eines Pegels des Signals zu sein, das durch den Komparator 626 ausgegeben wird.
Die entsprechende Bewertung kann mithilfe der Hardwareimplementierung einer Überwachungseinheit 800 ausgeführt werden, die in 10 dargestellt ist, wie nachfolgend zusammengefasst wird. Die Überwachungseinheit 800 weist zwei Ausgänge 830 und 840 auf. Der Ausgang 830 zeigt einen Fehler an, gemäß dem der Signalweg oder Komparator 626 es nicht geschafft hat, eine Nullkreuzung mithilfe des Übergangs des Eingangssignals 802 an einer weiteren Halbwelle zu detektieren. Der zweite Ausgang 840 zeigt an, wenn eine zusätzliche Nullkreuzung oder das Vorhandensein einer falschen Halbwelle durch den Komparator 626 angezeigt wird. 12 stellt unterschiedliche mögliche Signale an dem Ausgang des Fensterkomparators 804 (Fenstersignal 912), an dem Ausgang des Komparator 626 (Signale 926, 926a, 926b und 926c), an dem Ausgang des ersten Flip-Flops 806 (Signale 916, 916a), an dem Ausgang des Latch 814 (Signal 914), an dem ersten Ausgang 830 (Signale 930a, 930b) und an dem zweiten Ausgang 840 (Signal 940, 940a, 940b) dar.
Die Signale werden mithilfe der bestimmten Verdrahtung der Komponenten der Überwachungseinheit 800 erzeugt. Ein Eingang des Fensterkomparators 804 ist mit der Signalüberwachungseinrichtung 801 gekoppelt und ein Ausgang des Fensterkomparators 804 ist mit einem Takteingang des ersten Flip-Flops 806, einem Takteingang des zweiten Flip-Flops 808 und einem Takteingang des Latches 814 gekoppelt oder verbunden. Die Signalschnittstelle 803 ist mit einem Dateneingang des ersten Flip-Flops 806, mit einem ersten Eingang des ersten XOR-Gatters 810, mit einem ersten Eingang des zweiten XOR-Gatters 812 und mit einem Dateneingang des Latches 814 gekoppelt. Ein nicht invertierender Ausgang des ersten Flip-Flops 806 ist mit einem zweiten Eingang des ersten XOR-Gatters 810 verbunden. Der Ausgang des ersten XOR-Gatters 810 ist mit einem Dateneingang des zweiten Flip-Flops 808 verbunden. Der nicht invertierende Ausgang des zweiten Flip-Flops 808 entspricht dem ersten Ausgang 830 der Überwachungseinheit 800. Ein nicht invertierender Ausgang des Latches 814 ist mit einem zweiten Eingang des zweiten XOR-Gatters 812 gekoppelt. Der Ausgang des zweiten XOR-Gatters 812 entspricht dem zweiten Ausgang 840 der Überwachungseinheit 800.
Wenn die Ausgabe des Fensterkomparators 804 niedrig wird, das heißt am Anfang eines Übergangszeitintervalls 932, wird eine Änderung des Pegels des Signals 926, das durch den Komparator 626 ausgegeben wird, erwartet. Das erste Flip-Flop 806 wird ausgelöst durch eine abfallende Flanke des Fenstersignals 912, um das Signal an dessen Dateneingang zu dessen nicht invertierendem Ausgang zu kopieren, wo es beibehalten wird, bis zur nächsten abfallenden Flanke des Fenstersignals 912, wie durch Signal 916 in 12 dargestellt ist. Das Signal des nicht invertierenden Ausgangs des ersten Flip-Flops 806 wird einer XOR-Operation mit der vorliegenden Ausgabe des Komparators 626 unterzogen. Innerhalb des Übergangszeitintervalls 932 bleibt die Ausgabe des Fensterkomparators 804 niedrig. Der Pegel des Signals 926 an dem Ausgang des Komparators 626 ändert sich jedoch innerhalb des Übergangszeitintervalls 932, wenn der Komparator 626 ordnungsgemäß arbeitet. D. h., während des Übergangszeitintervalls 932 werden die Eingangssignale in das erste XOR-Gatter 810 unterschiedlich, was dazu führt, dass das Signal, das durch das XOR-Gatter 810 ausgegeben wird, innerhalb des Übergangszeitintervalls 932 hoch wird. Das Ausgangssignal des XOR-Gatters 810 wird erst nach dem Ende des Übergangszeitintervalls 932 an den ersten Ausgang 830 bereitgestellt durch Auslösen des zweiten Flip-Flops 808 mit der ansteigenden Flanke des Ausgangssignals des Fensterkomparators 804. Dies führt zu einer Weiterleitung des Ausgangssignals des ersten X-OR-Gatters 810 zu dem ersten Ausgang 830, erst nachdem ein Übergang zwischen unterschiedlichen Halbwellen aufgetreten sein sollte, was zu einem Signal 930a führt, das an dem ersten Ausgang 930 dauerhaft hoch ist, wenn der Komparator 626 ohne Fehler arbeitet. Das Signal an den ersten Ausgang 830 kann als eine XOR-Verbindung des Ausgangs des Komparators 626 während der vorangehenden Halbwelle des Eingangssignals 802 mit dem Ausgang des Komparators 626 während der aktuellen Halbwelle betrachtet werden. Wenn kein Fehler auftritt, sollten beide Ausgaben unterschiedlich sein und folglich ist das Ergebnis der XOR-Operation hoch. Wenn jedoch der Komparator 626 nicht in der Lage ist, den Übergang des Eingangssignals 802 zu einer anderen Halbwelle zu bestimmen, wie durch das Signal 926c in 12 dargestellt ist, vergleicht die XOR-Operation zwei identische Signale, was dazu führt, dass das Signal 930b an dem ersten Ausgang 830 niedrig ist, was beibehalten wird, bis der nächste Vergleich von zwei unterschiedlichen Ausgangssignalen des Komparators 626 ausgeführt werden kann, wie in 12 dargestellt ist. Anders ausgedrückt zeigt das Signal an dem ersten Ausgang 830 an, ob die zweite oben definierte Bedingung erfüllt ist oder nicht. Wenn das Signal niedrig wird, kann gefolgert werden, dass der Komparator 626 fehlerhafterweise nicht in der Lage war, den Übergang des Eingangssignals 802 zu einer weiteren Halbwelle zu bestimmen, was äquivalent zu einer Schwellenkreuzung von 0 V ist.
Das zweite Ausgang 480 zeigt an, ob die erste Bedingung erfüllt ist oder nicht. Zu diesem Zweck leitet das Latch 814 das Ausgangssignal des Komparators 626 zu dem zweiten XOR-Gatter 812 weiter, während das Ausgangssignal des Fensterkomparators 804 niedrig ist, d. h. innerhalb des Übergangszeitintervalls 932. Nach dem Ende des Übergangszeitintervalls 932 wird das letzte Ausgangssignal des Komparators 626 innerhalb des Übergangszeitintervalls 932 bei dem Ausgangssignal des Latch 814 beibehalten. Das zweite XOR-Gatter 812 vergleicht somit das vorliegende Ausgangssignal des Komparators 626 mit dem Ausgangssignal des Komparators 626 am Ende des vorangehenden Übergangszeitintervalls 932, definiert durch den Fensterkomparator 804. Wenn der Komparator 626 das Vorhandensein einer anderen Halbwelle innerhalb des Übergangszeitintervalls 932 anzeigt, wie erwartet, ist das Ausgangssignal des zweiten XOR-Gatters 812 niedrig, da das Latch 814 während des Übergangszeitintervalls 932 transparent ist, sodass identische Signale an die Eingänge des zweiten XOR-Gatters 812 bereitgestellt werden. Wenn sich jedoch das Ausgangssignal des Komparators 626 nach dem Übergangszeitintervall 932 ändert, wie mithilfe der Signale 926a oder 926b in 12 dargestellt ist, werden aufgrund eines Fehlers unterschiedliche Signale an die Eingänge des zweiten XOR-Gatters 812 bereitgestellt. Folglich werden das Ausgangssignal des zweiten XOR-Gatters 812 und somit das Signal an dem zweiten Ausgang 840 hoch, wie durch die Signalformen 940a und 940b in 12 dargestellt ist. Anders ausgedrückt, wenn das zweite Ausgangssignal 840 der Überwachungseinheit 800 hoch wird, ist die erste Beziehung, die die erste Charakteristik und die zweite Charakteristik in Beziehung bringt nicht erfüllt und es kann daraus geschlossen werden, dass der Komparator 626 fehlerhaft das Vorhandensein einer Halbwelle bestimmt hat.
Zusammenfassend bleiben während des normalen Operationsmodus (gegeben durch das Komparatorausgangssignal 926 in durchgezogenen Linien) beide Ausgangssignale 930 und 940 konstant, was bedeutet, auf einem logisch hohen Pegel für das Signal 930a an dem ersten Ausgang 830 und auf einem konstanten logischen niedrigen Pegel für das Signal 940 an dem zweiten Ausgang 840. Wenn der Komparator 626 fehlerhaft das Vorhandensein einer Schwellenkreuzung detektiert, die durch die gestrichelten Signale 926a oder 926b dargestellt ist, ändert das Signal 940 an dem zweiten Ausgang 840 seinen Zustand, um logisch hoch zu werden, was anzeigt, dass eine zusätzliche Nullkreuzung fehlerhaft innerhalb des Signalwegs angezeigt wurde.
Wenn der Komparator 626 das Vorhandensein einer Schwellenkreuzung nicht detektiert, wie durch das Signal 926c in gestrichelten Linien dargestellt ist, wechselt das Signal 930 an dem ersten Ausgang 830 von einem logisch hohen Zustand zu einem logisch niedrigen Zustand. Durch separates Bewerten der zwei Fehlerbedingungen, die vorangehend definiert wurden, ist die Überwachungseinheit 800 nicht nur in der Lage, positiv anzuzeigen, ob der überwachte Abschnitt des Signalwegs ohne einen Fehler arbeitet, sondern auch den Fehlertyp zu identifizieren und so die inkonsistenten Informationen innerhalb des zweiten Signals 820. Dabei kann sogar der Fehler innerhalb des Ausgangssignals des Komparators 626 korrigiert werden. Die Signale an dem ersten Ausgang 830 und dem zweiten Ausgang 840 können auch kombiniert werden, um ein einzelnes Ausfallanzeigesignal zu ergeben, das beide Fehlertypen darstellt, so wie Ausfallanzeigesignal 530 aus 4. Um das in 4 dargestellte Ausfall- bzw. Fehleranzeigesignal zu erhalten, kann das Signal an dem ersten Ausgang 830 zum Beispiel invertiert und einer XOR-Operation mit dem Signal an dem zweiten Ausgang 840 unterzogen werden.
13 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen einer Integrität eines Signalwegs dar, ausgebildet, um ein Eingangssignal zu empfangen und um ein Ausgangssignal ansprechend auf das Eingangssignal bereitzustellen.
Das Verfahren weist das Extrahieren eines ersten Signals 1000 aus dem Signalweg auf, wobei das erste Signal einer zumindest ersten Charakteristik des Eingangssignals entspricht. Das Verfahren umfasst ferner das Extrahieren eines zweiten Signals 1010 aus dem Signalweg, das dem Ausgangssignal im Hinblick auf zumindest eine zweite Charakteristik entspricht. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen 1020, ob die zumindest zweite Charakteristik gemäß einer vordefinierten Beziehung der ersten Charakteristik entspricht. Die in 2 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Hardwareimplementierungen von Signalwegen und Überwachungseinheiten. Weitere Ausführungsbeispiele können sich jedoch auch auf Softwareimplementierungen beziehen, wo die individuellen Verarbeitungsschritte innerhalb des Signalwegs in Software implementiert sind, sodass der Signalweg als eine Reihe aufeinanderfolgend verarbeiteter Rechenschritte betrachtet werden kann. Ein bestimmtes Beispiel kann eine Softwareimplementierung eines digitalen Filters sein, wo die individuellen Berechnungen, die zum Implementieren des digitalen Filters erforderlich sind, den Signalweg bilden. Das Extrahieren des ersten Signals kann erreicht werden durch Herleiten der ersten Charakteristik aus einem Zwischenergebnis nach einem der individuellen Rechenschritte und das zweite Signal kann extrahiert werden durch Herleiten der zweiten Charakteristik aus einem weiteren Zwischenergebnis nach einem der nachfolgenden Rechenschritte. Ferner kann das Bestimmen, ob die zumindest zweite Charakteristik gemäß einer vordefinierten Beziehung der ersten Charakteristik entspricht, ausschließlich in Software implementiert sein.
Ausführungsbeispiele von Überwachungseinheiten oder Signalverarbeitungssystemen oder Sensoren, wie sie hierin beschrieben sind, erlauben das Bestimmen von inkonsistenten Operationsstufen von Signalwegen oder Sensorsystemen auf einer niedrigen hierarchischen Ebene. Zum Beispiel wurde in dem Fall eines Systems, das eine Mehrzahl von Radgeschwindigkeitssensoren umfasst, eine Plausibilitäts- oder Konsistenz-Prüfung zwischen den Signalen, die von den individuellen Radgeschwindigkeitssensoren bereitgestellt werden, bis jetzt auf einer oberen hierarchischen Ebene des gesamten Systems ausgeführt, zum Beispiel innerhalb einer elektronischen Steuerungseinheit. Dies erzeugt viel Signalmehraufwand und ermöglicht es nicht unter allen Umständen, auf das Vorhandensein eines Fehlers oder auch nur auf den Typ eines Fehlers zu schließen. Wenn zum Beispiel zwei Radgeschwindigkeitssensoren Stillstandsinformationen bereitstellen, während die anderen zwei Geschwindigkeitssensoren Geschwindigkeitsinformationen übertragen, ist es nicht zuverlässig möglich, darauf zu schließen, welche der Sensoren unzuverlässige Informationen bereitstellen. Ferner erhöhen solche Möglichkeitsprüfungen die Komplexität des ECU-Programms. Zum Beispiel muss ein normaler Operationsmodus periodisch für Sicherheits- und Konsistenz-Prüfungen unterbrochen werden, um die korrekte Funktionalität der Komponenten sicherzustellen. Diagnosetestintervalle und eine periodische Unterbrechung können reduziert werden, wenn Sensoren gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Sensoren oder Signalwege für Überwachungseinheiten können aktiv einen Verfahrensfehler oder eine Inkonsistenz oder fehlende Integrität (einen Fehleranzeigezustand) kommunizieren. Eine solche Anzeige kann durch die ECU einer weiteren Schaltungsanordnung interpretiert werden. Genauer gesagt kann ein bereits existentes Protokoll insofern wieder verwendet werden, als zum Beispiel ein dritter Strompegel innerhalb eines Protokolls eingeführt wird, der auf unterschiedlichen Strompegeln basiert, um Informationen zwischen den Sensoren und der ECU weiterer Vorrichtungen zu kommunizieren. Dies erlaubt zum Beispiel Sensorelemente oder Signalverarbeitungsketten bereitzustellen, die dem Standard ISO 26262 entsprechen, was die Fähigkeit einer Selbstdiagnose und die Möglichkeit des Schaltens individueller Vorrichtungen in einen sicheren Operationsmodus erfordert. Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele können einfach und ohne wesentliche Kostenerhöhungen integriert werden, zum Beispiel im Vergleich zu vollständig redundanten Implementierungen. In dem Fall eines Radgeschwindigkeitssensors ist eine Umwandlung des analogen Sensorelementausgangssignals (oder eine Zweigverbindung innerhalb der Funktion, wo eine digitale Darstellung des analogen Signals verfügbar ist) erforderlich. Eine Komparatorschaltung (analog oder digital) kann diese digitalen Impulse mit digitalen Signalpulsen oder Formen an der Ausgangsschnittstelle des Sensors vergleichen, wodurch erlaubt wird, auf die Integrität des Signalwegs zu schließen. Während die zusätzlich erforderliche Fläche auf einer monolithisch integrierten Schaltung niedrig sein kann, kann die Überwachungseinheit oder der Signal-Watchdog den gesamten Signalweg innerhalb des Sensors überwachen, um mögliche Leerlaufschaltungen oder Kurzschlüsse innerhalb des Signalwegs zu detektieren. Zu diesem Zweck können die Ausführungsbeispiele, wie sie hierin beschrieben sind, mit einer hohen Diagnoseabdeckung bereitgestellt sein, was das Gesamtrestrisiko reduziert und zu einer niedrigen Restausfallrate des Sensorelements oder Produkts führt.
Funktionen verschiedener in den Figuren dargestellter Elemente einschließlich jeder als „Mittel”, „Mittel zur Bereitstellung eines Sensorsignals”, „Mittel zum Erzeugen eines Sendesignals” usw. bezeichneter Funktionsblöcke können durch die Verwendung dedizierter Hardware wie beispielsweise „eines Signalanbieters”, „einer Signalverarbeitungseinheit”, „eines Prozessors”, „einer Steuerung”, usw. wie auch als Hardware fähig der Ausführung von Software in Verbindung mit zugehöriger Software bereitgestellt werden. Weiterhin könnte jede hier als „Mittel” beschriebene Instanz als „ein oder mehrere Module”, „eine oder mehrere Vorrichtungen”, „eine oder mehrere Einheiten”, usw. implementiert sein oder diesem entsprechen. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzigen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen geteilten Prozessor oder durch eine Vielzahl einzelner Prozessoren bereitgestellt werden, von denen einige geteilt sein können. Weiterhin soll ausdrückliche Verwendung des Begriffs „Prozessor” oder „Steuerung” nicht als ausschließlich auf zur Ausführung von Software fähige Hardware bezogen ausgelegt werden, und kann implizit ohne Begrenzung Digitalsignalprozessor-(DSP-)Hardware, Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC – Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbare Logikanordnung (FPGA – Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM – Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM – Random Access Memory) und nichtflüchtige Speicherung einschließen. Auch kann sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifische, eingeschlossen sein.
Der Fachmann sollte verstehen, dass alle hiesigen Blockschaltbilder konzeptmäßige Ansichten beispielhafter Schaltungen darstellen, die die Grundsätze der Offenbarung verkörpern. Auf ähnliche Weise versteht es sich, dass alle Ablaufdiagramme, Flussdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor ausdrücklich dargestellt ist.
Weiterhin sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Wenn jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass – obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine besondere Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann – andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
Es ist weiterhin zu beachten, dass in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung mit Mitteln zum Durchführen jeder der jeweiligen Handlungen dieser Verfahren implementiert sein können.
Weiterhin versteht es sich, dass die Offenbarung vielfacher, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Handlungen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden sollten. Durch die Offenbarung von vielfachen Handlungen oder Funktionen werden diese daher nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Handlungen oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Weiterhin kann in einigen Beispielen eine einzelne Handlung mehrere Teilhandlungen einschließen oder in diese aufgebrochen werden. Solche Teilhandlungen können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieser Einzelhandlung bilden, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standard ISO 26262 [0072]
Standard ISO 26262 [0074]
Standard ISO 26262 entsprechen [0093]

Claims

Eine Überwachungseinheit (100; 800) zum Überwachen einer Integrität eines Signalwegs (200; 620; 750), die ausgebildet ist, um ein Eingangssignal (210, 802) zu empfangen und ferner ausgebildet ist, um ein Ausgangssignal (220) ansprechend auf das Eingangssignal (210, 802) bereitzustellen, die Überwachungseinheit (100; 800) umfassend: eine Signalüberwachungseinrichtung (110; 801), die ausgebildet ist, um ein erstes Signal (112; 630) aus dem Signalweg (200; 620) zu extrahieren, das dem Eingangssignal (210, 802) in zumindest einer ersten Charakteristik entspricht; eine Signalschnittstelle (120; 803), die ausgebildet ist, um ein zweites Signal (122; 631) aus dem Signalweg (200; 620) zu extrahieren, das dem Ausgangssignal (220) in zumindest einer zweiten Charakteristik entspricht; und einen Auswerter (130), der ausgebildet ist, um zu bestimmen, ob die zumindest zweite Charakteristik gemäß einer vordefinierten Beziehung der ersten Charakteristik entspricht.
Die Überwachungseinheit (100; 800) gemäß Anspruch 1, wobei das erste Signal (112; 630) ein analoges Signal ist und das zweite Signal (122; 631) ein digitales Signal ist, oder wobei das zweite Signal (122; 631) ein analoges Signal und das erste Signal (112; 630) ein digitales Signal ist.
Die Überwachungseinheit (100; 800) gemäß Anspruch 1, wobei das erste Signal (112; 630) und das zweite Signal (122; 631) analoge Signale sind oder wobei das erste Signal (112; 630) und das zweite Signal (122; 631) digitale Signale sind.
Die Überwachungseinheit (100; 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Überwachungseinheit (100; 800) innerhalb eines analogen Bereichs oder innerhalb eines digitalen Bereichs implementiert ist.
Die Überwachungseinheit (100; 800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Charakteristik zumindest eines von einem Nulldurchgang, einem Passieren einer Schwelle, einer Polarität, einer Frequenz oder einem Wert eines Signals zu einer gegebenen Zeit ist.
Die Überwachungseinheit (100; 800) gemäß einer der vorangehenden Ansprüche, wobei die Überwachungseinheit (100; 800) ferner ausgebildet ist, eine Anzeige bereitzustellen, wenn die zweite Charakteristik nicht der zumindest ersten Charakteristik gemäß der vordefinierten Beziehung entspricht.
Die Schaltung gemäß Anspruch 6, wobei die Überwachungseinheit ausgebildet ist, um inkonsistente Informationen innerhalb des zweiten Signals (122; 631) zu identifizieren.
Ein Signalverarbeitungssystem (300), umfassend: einen Signalweg (200; 620), der ausgebildet ist, um ein Eingangssignal (210, 802) zu empfangen und um ein Ausgangssignal (220) ansprechend auf das Eingangssignal (210, 802) bereitzustellen; und eine Überwachungseinheit (100; 800) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Signalschnittstelle (120) der Überwachungseinheit (100; 800) mit dem Signalweg (200; 620) in Verarbeitungsrichtung weiter abwärts gekoppelt ist als die Signalüberwachungseinrichtung (110) der Überwachungseinheit (800).
Das Signalverarbeitungssystem (300) gemäß Anspruch 8, wobei der Signalweg (200; 620) und die Überwachungseinheit (100; 800) monolithisch integriert sind.
Das Signalverarbeitungssystem (300) gemäß Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend: eine Komponente, die mit dem Signalweg (200; 620) gekoppelt ist, um das Eingangssignal (210, 802) bereitzustellen.
Das Signalverarbeitungssystem (300) gemäß Anspruch 10, wobei die Komponente zumindest ein Sensorelement (400; 610) umfasst, das ausgebildet ist, um ein Sensorsignal bereitzustellen, das eine physikalische Größe als das Eingangssignal (210, 802) anzeigt.
Das Signalverarbeitungssystem (300) gemäß Anspruch 11, wobei das zumindest eine Sensorelement (400; 610) ausgebildet ist, um ein Magnetfeld zu erfassen.
Das Signalverarbeitungssystem (300) gemäß Anspruch 12, wobei das zumindest eine Sensorelement (400; 610) zumindest ein magnetoresistives Erfassungselement und/oder Hall-Erfassungselement umfasst.
Das Signalverarbeitungssystem (300) gemäß Anspruch 11 bis 13, wobei das zumindest eine Sensorelement (400; 610) ein Geschwindigkeitssensor ist.
Das Signalverarbeitungssystem (300) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei der Signalweg (200; 620) zumindest eines von einen Verstärker (622), einem Komparator (626), einem Filter (624), einem Analog-Zu-Digital-Wandler (640a) und einer digitalen Schaltung 628) umfasst.
Das Signalverarbeitungssystem (300) gemäß Anspruch 15, wobei der Signalweg (200; 620) eine digitale Schaltung (628) umfasst, wobei die digitale Schaltung (628) einen digitalen Kern (628a) umfasst, und einen Oszillator (628b), der ausgebildet ist, um ein Taktsignal für den digitalen Kern (628a) zu erzeugen.
Das Signalverarbeitungssystem (300) gemäß Anspruch 16, wobei die Signalschnittstelle (120; 803) der Überwachungseinheit (100; 800) mit dem Signalweg (200; 620) in Verarbeitungsrichtung abwärts von dem Eingang der digitalen Schaltung (628) gekoppelt ist.
Das Signalverarbeitungssystem (300) gemäß Anspruch 15 oder 16 oder 17, wobei die Signalüberwachungseinrichtung (110; 801) der Überwachungseinheit (100; 800) mit dem Signalweg (200; 620) in Verarbeitungsrichtung aufwärts von dem Verstärker (622), in Verarbeitungsrichtung aufwärts von dem Filter (624), in Verarbeitungsrichtung aufwärts von dem Komparator (626), in Verarbeitungsrichtung aufwärts von dem Anlag-Zu-Digital-Wandler (640a) und/oder in Verarbeitungsrichtung aufwärts von der digitalen Schaltung (628) gekoppelt ist.
Ein Sensorsystems (600; 700) zum Bestimmen von Informationen über eine Bewegung eines Objekts, umfassend: zumindest ein Signalverarbeitungssystem (300) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, das Informationen über die Bewegung des Objekts als das Ausgangssignal (220; 820) des Signalwegs (200; 620) bereitstellt; und eine Ausgangsschnittstelle (660), die ausgebildet ist, um die Informationen über die Bewegung des Objekts bereitzustellen.
Das Sensorsystems (600; 700) gemäß Anspruch 19, wobei die Informationen über die Bewegung des Objekts eine Information über eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Sensorelement (600; 700) und zumindest einem Teil des Objekts oder über eine Richtung der Bewegung des zumindest einen Teils des Objekts im Hinblick auf das Sensorelement umfasst.
Das Sensorsystem (600; 700) gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei die Informationen über die Bewegung des Objekts eine Information über eine Drehgeschwindigkeit oder über eine Richtung einer Drehung eines Rades umfassen.
Das Sensorsystems (600; 700) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Ausgangsschnittstelle (660) ausgebildet ist, um einen oder mehrere unterschiedliche Strompegel zu verwenden, um die Informationen über die Bewegung des Objekts bereitzustellen, und einen weiteren Strompegel, um ein Fehlersignal bereitzustellen; wobei der eine oder die mehreren Strompegel sich von dem weiteren Strompegel unterscheiden.
Ein Verfahren zum Überwachen einer Integrität eines Signalwegs (200; 620; 750), der ausgebildet ist, um ein Eingangssignal (210,802) zu empfangen und um ein Ausgangssignal (220; 820) ansprechend auf das Eingangssignal (210, 802) bereitzustellen, das Verfahren umfassend: Extrahieren eines ersten Signals (112; 630) aus dem Signalweg (200; 620; 750), das zumindest einer ersten Charakteristik des Eingangssignals (210, 802) entspricht; Extrahieren eines zweiten Signals (122; 631), dass dem Ausgangssignal (220; 820) in zumindest einer zweiten Charakteristik entspricht, aus dem Signalweg (200; 620; 750); und Bestimmen, ob die zumindest zweite Charakteristik gemäß einer vordefinierten Beziehung der ersten Charakteristik entspricht.