DE102016101864A1 - Sensorsystem und Verfahren - Google Patents

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Dirk Hammerschmidt
Friedrich RASBORNIG
Wolfgang Scheibenzuber
Wolfgang Scherr
Thomas Zettler
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Die vorliegende Offenbarung lehrt ein Sensorsystem, das zumindest zwei Sensorelemente umfasst, die aufgrund erhöhter diagnostischer Deckung unter Verwendung diverser Signalpfade, diverser Signaldarstellungen von Sensorsignalen eine erhöhte Zuverlässigkeit einzelner Sensorsignale verursachen, wobei die Zusammenführung einzelner Sensorsignale die Unabhängigkeit einzelner Sensorsignale, die in deren Protokolldarstellungen umfasst sind, aufrechterhält.

Description

  • Hintergrund
  • Die funktionelle Sicherheit elektronischer Systeme in komplexen Systemen, z.B., ohne auf diese beschränkt zu sein, in Automobilen, ist angesichts der zunehmenden Automatisierung und des zunehmenden Halbleitergehalts moderner Automobile ein wichtiges Thema. Es ist erstrebenswert, zuverlässige und sichere integrierte Schaltungen als Bauteile für sicherheitsbezogene Systeme zu haben. Die Sicherheitsfähigkeit des Bauteils kann durch eine definierte Reaktion auf einen unbeabsichtigten Fehler beschrieben werden, die einen sicheren Zustand herbeiführt.
  • Es besteht daher ein Bedarf daran, Verfahren und Vorrichtungen zu entwickeln, die die erforderlichen Sicherheitsmerkmale für komplexe Systeme, wie z.B. Automobile, bereitstellen.
  • Kurzfassung
  • Es wird ein Sensorsystem nach Anspruch 1 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele. Unter Diversität bzw. divers kann dabei eine verschiedenartige Implementierung insbesondere mit verschiedenem Verhalten verstanden werden (engl. diversity). Eine Protokolldarstellung kann eine Darstellung insbesondere als Signalfolge gemäß einem Protokoll sein. Eine Belastung kann insbesondere eine Zug- oder Druckspannung sein.
  • Für integrierte Schaltungen auf einem Halbleitersubstrat hängen mehrere Fehlerzustände mit dem Substrat zusammen. Durch Probleme im Zusammenhang mit dem Substrat verursachte Fehler in Systemen können als Fehler mit einer gemeinsamen Ursache erachtet werden. Solche Fehler können undetektiert bleiben, da mehrere Abschnitte des Systems auf dem Substrat im Wesentlichen ident auf die durch das Substrat herbeigeführten gemeinsame Ursache reagieren können, wie z.B. auf einen Riss, Temperaturveränderungen, Feuchtigkeit, mechanische Belastung, Ladungsträgerdichte und/oder Ladungsträgermobilität innerhalb des Substrats.
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt u.a. Sicherheitsmerkmale, Protokolle und/oder Verfahren, die eine Diagnose eines komplexen Systems ermöglichen, um abzuschätzen, ob das System oder Teile des Systems weiterhin vertrauenswürdig sein können. Anders ausgedrückt besteht ein Bedarf daran, komplexe Systeme mit einer erhöhten diagnostischen Deckung bereitzustellen.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, komplexe Systeme mit erhöhter diagnostischer Deckung zu entwickeln.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen erläutert
  • 1 zeigt ein Sensorsystem 10 mit erhöhter diagnostischer Deckung,
  • 2 zeigt Details von Wechselwirkungen verschiedener Bauteile des Sensorsystems 10,
  • 3 zeigt Beispiele für Antwortfunktionen für Paare diverser Sensoren,
  • 4 zeigt eine aufgebrochene Ansicht eines für eine integrierte Schaltung verwendeten zweireihigen Gehäuses,
  • die 5A bis 5C zeigen weitere Beispiele für verschiedene auf dem Gebiet der Erfindung verwendete Gehäuse für integrierte Schaltungen,
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Nacktchips im Inneren eines Gehäuses,
  • 7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Nacktchips in einer Flip-Chip-Technologie im Inneren eines Gehäuses,
  • 8 zeigt mögliche Formen der Schichtablösung für eine integrierte Schaltung,
  • 9 zeigt eine Abhängigkeit von Piezoresistivität gegenüber Druck für eine Siliziumprobe des n-Typs und
  • 10 zeigt eine integrierte Schaltung innerhalb eines Gehäuses zusammen mit einer kapazitiven Sondenstruktur.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Figuren zusammen mit der folgenden Beschreibung sind nicht einschränkend auszulegen, sondern lediglich als nicht einschränkende Beispiele dafür, wie die Lehren der vorliegenden Offenbarung durch eine Fachkraft praktisch umzusetzen sind.
  • Bei integrierten Schaltungen auf einem Halbleitersubstrat können mehrere Fehlerzustände mit dem Substrat zusammenhängen. Durch Probleme im Zusammenhang mit dem Substrat verursachte Fehler in Systemen können als Fehler mit einer gemeinsamen Ursache erachtet werden. Solche Fehler können undetektiert bleiben, da mehrere Abschnitte des Systems auf dem Substrat im Wesentlichen ident auf die durch das Substrat herbeigeführten gemeinsame Ursache reagieren können, wie z.B. auf einen Riss, Temperaturveränderungen, Feuchtigkeit, mechanische Belastung, Ladungsträgerdichte und/oder Ladungsträgermobilität innerhalb des Substrats. Um daher die Zuverlässigkeit komplexer Systeme zu erhöhen, ist es von Interesse, die diagnostische Deckung für solche Systeme im Falle von Fehlern mit gemeinsamer Ursache zu erhöhen.
  • 1 zeigt ein Sensorsystem 10 mit erhöhter diagnostischer Deckung. Das Sensorsystem 10 wird im Folgenden unter Rückgriff auf das Beispiel eines magnetischen Sensorsystems erläutert, wie es für eine Winkelmessung verwendbar sein kann, ist jedoch nicht auf dieses beschränkt.
  • Das Sensorsystem 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in einen Hauptabschnitt 12 und einen Subabschnitt 14 unterteilt werden. Es kann von Interesse sein, dass der Subabschnitt 14 kleiner, weniger leistungsfähig und/oder weniger genau ist als der Hauptabschnitt 12, wie im Folgenden erläutert wird.
  • Der Hauptabschnitt 12 kann ein Hauptsensorelement 100 umfassen, das konfiguriert ist, eine physikalische Größe zu messen, z.B. einen Winkel eines externen Drehfelds. Das Hauptsensorelement 100 kann als Gruppe von (gekoppelten) Sensorelementen implementiert sein. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Hauptsensorelement 100 acht (gekoppelte) Hall-Platten oder Hall-Sensoren umfassen, ist darauf jedoch nicht beschränkt.
  • Der Subabschnitt 14 kann ein Subsensorelement 200 umfassen, das konfiguriert ist, die physikalische Größe, z.B. den Winkel des Drehfelds, zu messen. Das Subsensorelement 200 kann als Gruppe von (gekoppelten) Sensorelementen implementiert sein, etwa als Gruppe von einem bzw. einer oder mehreren (gekoppelten) Hall-Sensoren oder Hall-Platten. Es kann von Interesse sein, das Hauptsensorelement 100 mit mehr Hall-Platten bereitzustellen als das Subsensorelement. Dies ist von Vorteil, um ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) für das Hauptsensorelement 100 bereitzustellen, das sich von einem SNR des Subsensorelements 200 unterscheidet. Daher stellt ein Hauptsignalpfad 101 ein Signal mit einem SNR bereit, das sich von dem SNR des Subpfads 102 unterscheidet.
  • Ferner kann es in Abhängigkeit von den Umständen von Interesse sein, das Hauptsensorelement 100 mit einer anderen Betriebsspannung oder Vorspannung 105 bereitzustellen als das Sub- oder zweite Sensorelement 200. In dem Beispiel aus 1 ist das Hauptsensorelement 100 mit einer höheren Vorspannung 105 als eine für das zweite Sensorelement 200 bereitgestellten Vorspannung 205 bereitgestellt, jedoch kann es auch umgekehrt sein, ohne dabei von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Das Bereitstellen unterschiedlicher Vorspannungen 105, 205 für das erste Sensorelement 100 und das Subsensorelement 200 kann von besonderem Interesse sein, wenn das erste und das Subsensorelement 200 von der Betriebsspannung oder Vorspannung abhängige Empfindlichkeiten aufweisen. Für solche Sensorelemente 100, 200 kann das erste Sensorelement 100 eine höhere Empfindlichkeit aufweisen als das Subsensorelement 200, falls die erste Vorspannung 105 höher oder stärker ist als die zweite Vorspannung 205. Folglich messen das erste und das Subsensorelement 100, 200 die physikalische Größe mit unterschiedlicher Empfindlichkeit und daher unterschiedlicher Genauigkeit.
  • Es kann ferner von Interesse sein, dass das erste Sensorelement 100 und das Subsensorelement 200 divers sind; im Messprinzip ließe sich das durch das Bereitstellen des ersten Sensorelements als GMR-Sensorelement erreichen, während das Subsensorelement 200 als Gruppe von (gekoppelten) Hall-Elementen implementiert wird.
  • Als weiteres Beispiel können das erste Sensorelement 100 und das Subsensorelement 200 in ihrer jeweiligen Antwort auf einen externen Parameter divers implementiert werden. Insbesondere der externe Parameter kann einen Einfluss auf Eigenschaften des Substrats aufweisen, die zu undetektierten Fehlern aufgrund einer gemeinsamen Ursache, nämlich des externen Parameters, führen. Ohne Einschränkung kann der externe Parameter die Ladungsträgerdichte, die Ladungsträgermobilität, die Temperatur, die mechanische Belastung, Feuchtigkeit und dergleichen sein.
  • Das als Antwort auf den externen Parameter diverse Bereitstellen des ersten Sensorelements 100 und des Subsensorelements 200 verursacht, dass das erste Sensorelement 100 und das Subsensorelement 200 unterschiedlich auf den externen Parameter antworten. Dieser Antwortunterschied kann als Hinweis darauf verwendet werden, dass der externe Parameter das Verhalten des Systems signifikant beeinträchtigt.
  • Ohne Einschränkung können das erste und das Subsensorelement 100, 200 selbst als oben erwähnte Hall-Sensor-Elemente divers implementiert werden. Als nicht einschränkendes Beispiel können das erste Sensorelement 100 und das Subsensorelement 200 unterschiedliche Temperaturabhängigkeiten aufweisen. Nur beispielsweise kann das erste Sensorelement 100 mit im Wesentlichen keiner oder sehr geringer Temperaturabhängigkeit implementiert sein, während das Subsensorelement 200 gerade mit besonderer Temperaturabhängigkeit, etwa einer positiven Temperaturabhängigkeit, implementiert ist. Eine solche Auswahl verursacht, dass sich der Messwert der physikalischen Größe (z.B. des Magnetfeldwinkels) anhand des ersten Sensorelements 100 detektierbar vom Messwert der durch das Subsensorelement 200 gemessenen physikalischen Größe unterscheidet. Dadurch ist ein Unterschied der Temperaturbedingung am ersten Sensorelement 100 und am Subsensorelement 200 detektierbar. Je nach Umständen kann ein durch ein diverses erstes Sensorelement 100 und Subsensorelement 200 gemessener unterschiedlicher Wert darauf hindeuten, dass der externe Parameter (z.B. die Temperatur) einen Einfluss ausübt, der zu Fehlern mit gemeinsamer Ursache führt. Die Fehler mit gemeinsamer Ursache sind nun unter Verwendung des diversen ersten und Subsensorelements 100, 200 detektierbar.
  • Es kann praktisch sein, das Hauptsensorelement 100 und/oder den Hauptabschnitt 12 als auf einer höheren Hauptspannung betätigbar bereitzustellen als die Subspannung, auf der der Subabschnitt 14 und/oder das Subsensorelement 200 betätigbar sind, oder umgekehrt. Unterschiedliche Spannungsebenen können für das erste Sensorelement 100 und das Subsensorelement 200 mit einer von der Vorspannung abhängigen Empfindlichkeit von Interesse sein.
  • In dem Beispiel aus 1 wird der durch die Hauptspannung versorgte erste Abschnitt 12 des Sensorsystems 10 durch die den ersten Abschnitt 12 umschließende gestrichelt-gepunktete Linie angezeigt, während der durch die Subspannung versorgte Subabschnitt 14 durch die den zweiten Abschnitt 14 umschließende gepunktete Linie angezeigt wird. Fachleute werden problemlos erkennen, dass dies eine reine Gestaltungsentscheidung darstellt und in keiner Weise als die Lehre der vorliegenden Offenbarung einschränkend auszulegen ist.
  • Das erste Sensorelement 100 leitet erste Werte der physikalischen Größe entlang einem ersten Signalpfad 101 weiter. Der erste Signalpfad 101 kann einen ersten Analog-Digital-Umsetzer 140 umfassen, der im Folgenden als HADU 140 bezeichnet wird. Der erste HADU 140 stellt eine erste digitale Darstellung 142 des ersten Messwerts dar. Die erste digitale Darstellung kann an einen ersten digitalen Signalprozessor 150 weitergeleitet werden, der im Folgenden als erster DSP 150 bezeichnet wird. Der erste DSP 150 kann einem Protokollerzeuger 310 ein erstes verarbeitetes Signal 152 bereitstellen. Es kann von Interesse sein, eine erste Firmware innerhalb eines ersten Speichers 160 bereitzustellen, wie weiter unten erläutert wird. In dem Beispiel aus 1 ist das Sensorsystem 10 implementiert, gemäß einem Stromprotokoll, wie z.B. PSI5, ohne darauf beschränkt zu sein, zu arbeiten.
  • Das Subsensorelement 200 leitet Subwerte oder zweite Werte der physikalischen Größe entlang einem zweiten Signalpfad 201 weiter. Der zweite Signalpfad 201 kann einen zweiten Analog-Digital-Umsetzer 240 umfassen, der im Folgenden als Sub-ADU 240 bezeichnet wird. Der erste Sub-ADU 240 stellt eine zweite digitale Darstellung 142 der Submesswerte dar. Es kann von Interesse sein, eine zweite Firmware für das Sub-DSP 250 bereitzustellen. Die zweite digitale Darstellung 142 kann an einen ersten digitalen Signalprozessor 250 weitergeleitet werden, der im Folgenden als zweiter oder Sub-DSP 250 bezeichnet wird. Der Sub-DSP 250 kann einem Protokollerzeuger 310 ein zweites verarbeitetes Signal 252 bereitstellen. In dem Beispiel aus 1 ist das Sensorsystem 10 implementiert, gemäß einem Stromprotokoll, wie z.B. PSI5, ohne darauf beschränkt zu sein, zu arbeiten. Fachleute hingegen werden problemlos anerkennen, dass Konzepte gemäß der vorliegenden Offenbarung ohne Einschränkung ebenso für andere Protokolle implementiert werden können.
  • Um die diagnostische Deckung des Sensorsystems 10 zu erhöhen, kann es von Interesse sein, das erste DSP 150 und das Sub-DSP 250 verschieden zu implementieren. Als weitere Option können das erste DSP und das Sub-DSP 150, 250 divers implementiert werden. Als erste Stufe der Diversität können das erste DSP und das Sub-DSP unter Verwendung verschiedener Firmware implementiert werden, d.h. einer ersten Firmware für das erste DSP 150, gegebenenfalls gespeichert in dem ersten Speicher 160, und einer zweiten Software, z.B. einer zweiten Firmware, für das Sub-DSP 160 zum Speichern in dem zweiten Speicher 260. Der erste Speicher und/oder der zweite Speicher kann/können unter Verwendung bekannter Fehlerkorrekturnotizen geschützt werden, um sicherzustellen, dass korrekte Werte in jedem von erstem und zweitem Speicher 160, 260 gespeichert werden.
  • Als noch eine weitere Option kann das erste DSP 150 Berechnungsalgorithmen verwenden, die von durch das Sub-DSP 250 verwendeten Berechnungsalgorithmen verschieden oder sogar divers sind.
  • Innerhalb des Subsignalpfads 202 befindet sich ein Multiplexer 230. Der Multiplexer 230 ist konfiguriert, das Subsensorsignal und ein Temperatursignal aus einem Subtemperatursensor 210 und einem Subbelastungssensor 220 zu empfangen. Der Subtemperatursensor 210 kann praktischerweise in der Nähe des Subbelastungssensors 220 angeordnet sein.
  • Der Multiplexer 230 kann ferner konfiguriert sein, ein erstes Belastungssignal von einem ersten Belastungssensor 120 und/oder ein erstes Temperatursignal von einem ersten Temperatursensor 110 zu empfangen. Es kann praktisch sein, den ersten Temperatursensor 110 und den ersten Belastungssensor 120 nahe dem ersten Sensorelement 100 anzuordnen.
  • Es gilt anzumerken, dass der erste Temperatursensor 110, der erste Belastungssensor 120, der zweiten Temperatursensor 210 und der Subbelastungssensor 220 eingesetzt werden können, um externe Parameter, wie z.B. Temperatur- und/oder mechanische Belastung, an der Position des ersten Sensorelements 100 bzw. des zweiten Sensorelements 200 zu überwachen.
  • Ferner kann es von Interesse sein, den ersten Temperatursensor 110 divers von dem zweiten Temperatursensor 210 zu implementieren. Ebenso kann der erste Belastungssensor 120 divers von dem zweiten oder Subbelastungssensor 220 implementiert werden. Fachleute werden anerkennen, dass der erste und der zweite Belastungssensor 110, 210 und der erste und der zweite Temperatursensor 120 und 220 Anschauungsbeispiele für Hilfssensoren sind, die einen externen Parameter messen, der sich möglicherweise auf die Zuverlässigkeit des Sensorsystems 10 als Ganzes auswirkt, nämlich einen Fehler aufgrund einer gemeinsamen Ursache. Fachleute können sich andere Hilfssensoren vorstellen, die Parameter betreffen, die möglicherweise Einfluss auf das Sensorsystem 10 als Ganzes nehmen, ohne dabei von den Lehren der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Auch hier können die diversen Hilfssensoren 110, 210 und 120 und 220 eine unterschiedliche Antwortcharakteristik auf die jeweils gemessenen externen Parameter aufweisen. Solche diversen Antworten von Hilfssensoren sind in 3 dargestellt.
  • Im linken Abschnitt von 3 ist im oberen linken Bereich eine Antwortcharakteristik des ersten Temperatursensors 110 dargestellt, die einen positiven Temperaturkoeffizienten zeigt. Umgekehrt ist die Temperaturabhängigkeit des zweiten Temperatursensors oder Subtemperatursensors 210 im linken unteren Bereich von 3 abgebildet.
  • In zahlreichen praktischen Anwendungen des Sensorsystems 10 ist es sinnvoll, davon auszugehen, dass externe Parameter, wie z.B. Temperatur, mechanische Belastung und/oder Feuchtigkeit bei den ersten Hilfssensoren 110, 120 und den zweiten Hilfssensoren 210, 220 im Wesentlichen ident sind. Falls der erste und der zweite Temperatursensor 110, 210 jeweils unterschiedliche Temperaturwerte bereitstellen. Die Temperaturdifferenz wird mit zunehmendem Unterschied aufgrund der diversen Auslegung des ersten Temperatursensors 110 und des Subtemperatursensors 210 stärker.
  • Es versteht sich, dass die Diversität des ersten und des Subtemperatursensors 110, 210 dazu genutzt werden kann, die diagnostische Deckung des Sensorsystems 10 weiter zu erhöhen. Dies gilt insbesondere, wenn es möglich ist, dass der Sub-ADU 240 die durch den ersten Temperatursensor 110 in einem Haupt- oder ersten Wertebereich gemessene erste Temperaturen und durch den zweiten Temperatursensor 210 in einem Subwertebereich gemessene Temperaturen darstellt. Ferner von Vorteil kann es sein, dass der erste Wertebereich sich von dem Subwertebereich unterscheidet und sich nicht mit diesem überlappt.
  • Falls die digitale Darstellung des ersten Temperatursignals innerhalb des ersten Wertebereichs liegt, während die digitale Darstellung des Subtemperatursignals nicht innerhalb des zweiten oder Subwertebereichs liegt, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass einer der Temperatursensoren 110, 210 nicht mehr zuverlässig funktioniert, und innerhalb des durch den Protokollerzeuger 310 ausgegebenen Protokollsignals kann eine Warnung ausgegeben werden. Sollten jedoch das erste verarbeitete Sensorsignal 152 und das zweite Sensorsignal 252 im Wesentlichen ident sein, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass der Sub-ADU 240 ein Problem hat, und kann eine entsprechende Warnung ausgegeben werden.
  • Hinsichtlich des diversen ersten Belastungssensors 120 und Subbelastungssensors 220 ist ein Beispiel für ein Antwortverhalten auf mechanische Belastung im rechten Teil von 3 dargestellt. Der erste Belastungssensor 120 zeigt ein positives Belastungsverhalten, während der Subbelastungssensor 220 ein negatives Belastungsverhalten zeigt. Für diverse Hilfssensoren kann es jedoch schwierig sein, eine digitale Darstellung des ersten Hilfssensorsignals in einem ersten Wertebereich bereitzustellen, der sich von einem zweiten Wertebereich für digitale Darstellungen des zweiten Hilfssensors unterscheidet und sich nicht mit diesem überlappt. Eine solche Situation ist im rechten Teil von 3 abgebildet, wobei die digitalen Darstellungen des Signals von dem ersten Belastungssensor 120 nicht in einen ersten Wertebereich fallen, der von einem zweiten Belastungswertebereich für digitale Darstellungen des Signals des zweiten Belastungssensors 220 verschieden ist und sich nicht mit diesem überlappt. Selbst bei sich überlappenden Bereichen für den digitalen Belastungssensor sollten die Signaldarstellungen der jeweiligen Werte rund um einen Kreuzungswert einigermaßen symmetrisch sein.
  • Wenn also nun das erste und das zweite Temperatursensorsignal nicht übereinstimmende digitale Temperaturwertdarstellungen ergeben, während die digitale Darstellung des ersten und des Subbelastungssensors 120, 220 innerhalb des erwarteten Bereichs liegen, dann ist dies ein Hinweis darauf, dass einer der Temperatursensoren 110, 210 nicht zuverlässig funktioniert und eine entsprechende Warnung ausgegeben werden kann.
  • Sollte jedoch die digitale Darstellung des ersten Belastungssignals und des Subbelastungssignals nicht innerhalb des erwarteten Verhaltens von 3 liegen, könnte dies ein Hinweis darauf sein, dass aufgrund irgendwelcher Einhausungsprobleme, wie z.B. teilweiser Schichtablösung des mit dem Sensorsystem 10 verbundenen Gehäuses, ein wesentlicher Belastungsgradient innerhalb des Sensorsystems 10 vorliegt und eine entsprechende Warnung ausgegeben werden kann.
  • Sollte stattdessen die digitale Darstellung des ersten Belastungssignals und des Subbelastungssignals nicht innerhalb des erwarteten Verhaltens von 3 liegen, während die digitalen Darstellungen des ersten Temperatursignals und des zweiten Temperatursignals innerhalb der erwarteten Wertbereiche liegen, könnte dies ein Hinweis darauf sein, dass einer der Temperatursensoren 110, 210 ein Problem hat, während der Sub-ADU 240 zuverlässig funktioniert.
  • Umgekehrt wären bei einem unzuverlässigen Sub-ADU 240 nicht übereinstimmende Werte sowohl für digitale Temperatursignaldarstellungen als auch für digitale Belastungssignaldarstellungen zu erwarten.
  • Der zweite Signalpfad 202 wie in 1 dargestellt kann ferner einen Demultiplexer 235 umfassen, der mit dem Sub-DSP 250 und dem Multiplexer 230 zu betätigen ist. Es versteht sich, dass der Demultiplexer 235 konfiguriert ist, digitale Darstellungen des Subsensorsignals 242, des ersten Temperatursensorsignals Temp_Haupt, des Haupt- oder ersten Belastungssignals Belastung_Haupt, der Vorspannung des Subsensors Hall_Versorgung, des Subtemperatursensorsignals Temp_Sub und des Subbelastungssensorsignals Belastung_Sub jeweils an das Sub-DSP 250 bereitzustellen. Daher können die Beziehungen zwischen den diversen Hilfssensorsignalen geprüft und/oder untersucht werden, wie in Bezug auf 3 erläutert wurde.
  • Die Temperaturkoeffizienten und/oder Offsets für den ersten Temperatursensor 110, den ersten Belastungssensor 120, die Subvorspannung 205, das Subtemperatursensorsignal Temp_Sub und den Subbelastungssensor 220 können praktischerweise jeweils in einem EPROM 300 gespeichert werden, um die Untersuchung von Hilfssensorsignalen wie oben besprochen innerhalb des Sub-DSP 250 zu erleichtern. Das Sub-DSP 250 kann ferner eine fachbekannte Tiefpassfilterfunktion umfassen. Gleiches gilt für den ersten DSP 250.
  • Während digitale Darstellungen von Hilfssensorsignalen beiden bereitgestellt werden können, dem ersten und dem Sub-DSP 150, 250, gilt anzumerken, dass eine digitale Darstellung des ersten Sensorsignals 142 dem ersten DSP 150, nicht aber dem Sub-DSP 250 bereitgestellt wird. Dies ist von Interesse, um selbst auf DSP-Ebene die Verarbeitung des ersten Sensorsignals unabhängig von und divers von der Verarbeitung des Subsensorsignals zu belassen. So wirkt sich keinerlei Problem im Zusammenhang mit dem ersten Signalpfad 101 auf den zweiten Signalpfad 202 aus.
  • Das erste DSP 150 kann eine Protokollverarbeitung gemäß einem ausgewählten Protokoll, z.B. dem PSI5-Protokolls, bereitstellen. Ferner kann das erste DSP 150 einen Fehlerschutz gemäß einem bekannten Fehlerschutzschema bereitstellen, z.B. CRC-Kodes. Alternativ dazu und ohne jegliche Einschränkung können andere geeignete lineare Blockkodes zum Verschlüsseln und/oder zum Fehlerschutz verwendet werden, wie z.B. der Manchester-Code.
  • Der erste DSP 150 kann einen Fehlerschutzcode für das erste Sensorsignal 142, genauer gesagt für die digitale Darstellung 144 des ersten Sensorsignals 142, berechnen. Es kann praktisch sein, jedweden linearen Blockkode für den Fehlerschutz einzusetzen, z.B. den Manchester-Kode, den Hadamard-Kode, den Reed-Solomon-Kode oder Golay-Kodes, um nur einige geeignete Beispiele zu erwähnen.
  • Fachbekannterweise kann die digitale Darstellung 144 des ersten Sensorsignals 142 als erster Rahmen 152 an den Protokollerzeuger 310 weitergeleitet werden.
  • Das zweite DSP 250 kann einen Fehlerschutzkode für das zweite Sensorsignal 242, genauer gesagt für die digitale Darstellung 244 des zweiten Sensorsignals 242, berechnen. Es kann praktisch sein, jedweden linearen Blockkode für den Fehlerschutz der zweiten digitalen Darstellung einzusetzen. Fachbekannterweise kann die zweite digitale Darstellung 244 des zweiten Sensorsignals 242 als zweiter Rahmen 152 an den Protokollerzeuger 310 weitergeleitet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung können der erste Rahmen und der zweite Rahmen unter Anwendung eines geeigneten Vorgangs zu einem zusammengefügten Rahmen zusammengefügt werden. Ein geeigneter Vorgang ist ein Vorgang, der die Trennbarkeit des ersten Rahmens und des zweiten Rahmens aufrechterhält. Die Trennbarkeit des ersten und des zweiten Rahmens kann als Vorgang verstanden werden, der die Diversität des ersten Sensorsignals 142 und des Subsensorsignals 242 sogar auf Protokollebene für den zusammengefügten Rahmen aufrechterhält.
  • Der geeignete Vorgang kann im Folgenden erläutert werden. Für einen CRC-Fehlerschutz kann der erste Rahmen von ausreichender Breite bereitgestellt werden, wobei eine erste Anzahl von Bits für eine Protokolldarstellung des verarbeiteten ersten Sensorsignals zusammen mit Fehlerschutzinformationen betreffend den Fehlerschutz für diese Protokolldarstellung darstellt. Die verbleibenden Bits innerhalb des Rahmens können jedoch auf Nullebene gehalten oder mit Nullen aufgefüllt werden.
  • Unter Verwendung des CRC-Fehlerschutzes kann der zweite Rahmen mit der gleichen ausreichenden Breite bereitgestellt werden, wobei die verbleibende Anzahl von Bits eine Protokolldarstellung des verarbeiteten zweiten Sensorsignals einschließlich von Fehlerkorrekturinformationen für diese Protokolldarstellung darstellt. Die erste Anzahl von Bits wird mit Nullen als Platzhalter oder Nullauffüllung gefüllt, was Platz für die Protokolldarstellung des verarbeiteten ersten Sensorsignals schafft.
  • Der geeignete Vorgang zum Zusammenfügen kann die aufgefüllten Nullstellen durch die Protokolldarstellung des verarbeiteten zweiten Sensorsignals ersetzen. Allerdings darf der geeignete Vorgang zum Zusammenfügen die Protokolldarstellung des verarbeiteten ersten Sensorsignals nicht ändern.
  • Unter Verwendung von CRC-Kodes wäre ein solcher geeigneter Vorgang ein X-ODER-Vorgang des ersten Rahmens und des zweiten Rahmens von ausreichender Länge wie oben beschrieben.
  • Fachleute werden verstehen, dass weitere geeignete Funktionen für lineare Blockkodes existieren können. Daher ist das Beispiel der X-ODER-Funktion als geeignete Funktion nicht als die Lehre der vorliegenden Offenbarung einschränkend ausgelegt werden.
  • Das Zusammenfügen von Rahmen kann praktischerweise durch den Protokollerzeuger 310 bereitgestellt werden.
  • Alternativ dazu kann das erste DSP 150 der geschützte erste Rahmen dem Sub-DSP 250 bereitstellen wie in 1 angezeigt, sodass die Zusammenfügung wie oben beschrieben durch das Sub-DSP 250 vorgenommen wird.
  • Es kann praktisch sein, dass das erste DSP einen Saatwert für den Fehlerschutz des ersten Rahmens berechnet, während das zweite DSP einen zweiten Saatwert für den Fehlerschutz des zweiten Rahmens berechnet.
  • Alternativ dazu kann das erste DSP den Saatwert für die CRC-Berechnung für das zweite DSP basierend auf einem verarbeiteten ersten Rahmen berechnen. Für eine solche Berechnung des Fehlerschutzes kann das Sub-DSP 250 einen gemeinsamen CRC basierend auf dem Saatwert berechnen, der aus dem ersten verarbeiteten Rahmen und dem zweiten verarbeiteten Rahmen stammt.
  • Mit einem zusammengefügten Rahmen wie beschrieben wird die Trennbarkeit der (Protokoll-)Darstellung des ersten Rahmens und der (Protokoll-)Darstellung des zweiten Rahmens selbst dann aufrechterhalten, wenn der zusammengefügte Rahmen über einen unzuverlässigen Kanal gesendet wird. Ungeachtet dessen, welche Entität den zusammengefügte Rahmen entlang des Kanals beeinträchtigt, die Trennbarkeit des (aufgefüllten) ersten Signalrahmens und des zweiten (aufgefüllten) Signalrahmens bleibt aufrecht.
  • Das Sensorsystem 10 kann ferner ein fachbekanntes Unterspannungs- und/oder Überspannungsdetektionselement 400 umfassen. Ebenso kann das Sensorsystem 10 einen fachbekannten Umkehrschutz umfassen. Des Weiteren kann mit dem Umkehrschutz 410 ein Subanalogregler 422 gekoppelt sein, der den analogen Elementen innerhalb des Subpfads 202 analoge Versorgungsspannungen bereitstellt. Ferner kann das Sensorsystem 10 einen Hauptanalogregler 421 umfassen, der konfiguriert ist, analogen Abschnitten des Hauptsignalpfads 101 und/oder des Oszillator 440 eine Analogspannungsversorgung bereitzustellen.
  • Der Subanalogregler 422, der Hauptanalogregler 421 und der Digitalregler 450 können Versorgungssignale, d.h. Spannungen, in ein Einschalt- und Versorgungsdiagnoseelement 430 speisen. Das Einschalt- und Versorgungsdiagnoseelement 430 kann von Interesse sein, um sicherzustellen, dass sämtliche Versorgungssysteme des Sensorsystems 10 richtig gestartet und/oder richtig betrieben werden.
  • Das Sensorsystem 10 kann ferner ein Synchronisationsimpulsdetektionselement 330 umfassen, das konfiguriert ist, einen Synchronisationsimpuls im Zusammenhang mit dem ausgewählten Stromprotokoll, z.B. dem PSI5-Protokoll, zu detektieren.
  • Es kann praktisch sein, ferner die digitale Darstellung des ersten Temperatursignals Temp_Haupt und/oder die digitale Darstellung des ersten Belastungssignals Belastung_Haupt dem ersten DSP 150 bereitzustellen.
  • 2 gibt einen Überblick über mögliche Implementierungen der Funktion innerhalb des ersten DSP 150 und des zweiten DSP 250, die beide innerhalb eines digitalen Kerns des Sensorsystems 10 bereitgestellt werden können. Zum leichteren Verständnis sind gleiche Entitäten mit identischen Bezugszeichen angegeben.
  • Die digitale Darstellung des ersten Signals 144 tritt in das erste DSP 150 in Form von HADU-Rohdaten ein. Das erste Temperatursignal T_Haupt des ersten Temperatursensors 110 kann zusammen mit dem Temperatursignal Temp_Sub des Subtemperatursensors 210 dazu verwendet werden, einen Temperaturvergleich und einen Übertemperaturschutz vorzunehmen. Sollten die gemessenen Temperaturen eine Obergrenze überschreiten, kann die Schnittstelle des Sensorsystems 10, die die Protokollrahmenausgabe bereitstellt, ausgeschaltet werden.
  • Es kann von Interesse sein, entsprechende Polynome für den Temperaturausgleich und/oder den Belastungsausgleich bereitzustellen, um eine Begrenzung brauchbarer Temperatur- und/oder Belastungswerte für das Sensorsystem 10 zu erreichen.
  • Das erste Temperatursignal T_Haupt kann ferner zum Durchführen eines Offsetvergleichs für das erste Sensorelement 100 verwendet werden. Basierend auf dem ersten Temperatursignal kann ein Temperaturausgleich für das erste Sensorelement 100 vorgenommen werden, der in Erwägung gezogen wird, wenn ein Empfindlichkeitsausgleich für das erste Sensorelement 100 erfolgt. Wie oben erwähnt, kann das erste Sensorelement 100 von anderer Empfindlichkeit sein als das zweite Sensorelement 200. Das erste Signal kann nach Offsetausgleich und Empfindlichkeitsausgleich einen ersten Kalibrierungsvorgang HADU PRECAL durchlaufen, worauf etwas Nullverschiebung und Verstärkungskorrektur folgen. Anschließend kann eine Tiefpassfilterung an dem verstärkungskorrigierten ersten Signal vorgenommen werden, worauf etwas Klemmen oder Abschneiden folgt, worauf etwas zweite Kalibrierung folgt, die dann für eine CRC-Berechnung für das abgeklemmte erste Signal verwendet wird.
  • Als weitere Maßnahme zur Erhöhung der funktionellen Sicherheit und/oder Zuverlässigkeit für das Sensorsystem 10 der vorliegenden Offenbarung kann, sobald durch den Temperaturvergleich ein maximaler Temperaturwert bestimmt wurde wie oben beschrieben, eine Warnung ausgegeben und können Sensorsignale entsorgt oder als ungültig markiert werden.
  • Sofern möglich, kann es von Interesse sein, dass der Hauptsignalpfad 101 weiterhin seine Messdaten sendet, während der Subsignalpfad 202 eine Fehlernachricht oder Warnung unter Verwendung des digitalen Protokolls (PSI5 oder SPC) weiterleiten kann, die dadurch an eine elektronische Steuereinheit ECU weitergeleitet wird.
  • Das Signal Belastung_Haupt von dem ersten Belastungssensor 120 kann zusammen mit dem Signal Belastung_Sub von dem Subbelastungssensor 220 verwendet werden, um einen Belastungsvergleich vorzunehmen und so zu detektieren, ob die gemessenen Belastungswerte ein vorgegebenes erlaubtes Maximum für den sicheren Betrieb überschreiten. Des Weiteren können die Signale Belastung_Haupt und Belastung_Sub zum Bestimmen jedweder Größe an Belastungsgradient innerhalb des Sensorsystems 10 verwendet werden, die auf mögliche Schichtablösungsvorgänge hindeuten können, oder als Vorläufer davon. Falls eine solche Überbelastung oder ein solcher Überbelastungsgradient auftritt, können entsprechende Maßnahmen gesetzt werden, etwa das Ausgeben einer Belastungswarnung oder das Ausschalten der Schnittstelle.
  • Desgleichen können der erste Temperatursensor 110 und der zweite Temperatursensor 210 getrennt voneinander auf dem Sensorsystem positioniert sein, wie das für den ersten Belastungssensor 120 und den zweiten Belastungssensor 220 erläutert wurde, um zu ermöglichen, dass Temperaturgradienten und/oder Belastungsgradienten innerhalb des Sensorsystems 10 gemessen werden.
  • Wie im Falle des ersten Signalpfads 101 tritt die digitale Darstellung des zweiten Signals 244 in das Sub-DSP 250 in Form von HADU-Subrohdaten ein.
  • Das Subtemperatursignal T_Sub kann ferner dazu verwendet werden, einen Offsetausgleich für das zweite Sensorelement 200 vorzunehmen. Basierend auf dem Subtemperatursignal kann ein Temperaturausgleich für das zweite Sensorelement 100 vorgenommen werden, der auch in Erwägung gezogen werden kann, wenn ein Empfindlichkeitsausgleich für das Subsensorelement 200 durchgeführt wird.
  • Das Subsignal nach dem Offsetausgleich und dem Empfindlichkeitsausgleich kann einen ersten Kalibrierungsvorgang HADU PRECAL durchlaufen, worauf etwas Nullverschiebung und Verstärkungskorrektur folgen. Anschließend kann eine Tiefpassfilterung an dem verstärkungskorrigierten ersten Signal vorgenommen werden, worauf etwas Klemmen oder Abschneiden folgt, worauf schließlich etwas zweite Kalibrierung folgt, die dann für eine CRC-Berechnung für das geklemmte zweite Signal verwendet wird.
  • In Kombination mit einem Rahmenzähler kann ein gemeinsamer CRC erzeugt werden. Für die in 2 angezeigte Situation kann das Zusammenfügen von Rahmen durch den Rahmenerzeuger 310 durchgeführt werden.
  • Es gilt anzumerken, dass für das Sensorsystem 10 der vorliegenden Offenbarung zusätzlich oder alternativ zu der oben beschriebenen Rahmenzusammenfügung entschieden werden kann, die Schreiberlaubnis zwischen dem ersten DSP 150 und dem Sub-DSP 250 umzuschalten. Ein solches Schalten hält die Trennbarkeit der (Protokoll-)Darstellung des ersten Signalpfadsignals von der (Protokoll-)Darstellung des zweiten Signalpfadsignals aufrecht. In anderen Worten können Fehler, die in einem der Signalpfade auftreten, für jeden der Signalpfade einzeln sichtbar bleiben.
  • In einer solchen Umgebung können das Haupt-DSP 150 und das Sub-DSP 250 das digitale Protokoll unabhängig voneinander erzeugen und können die (Protokoll-)Darstellung des ersten Signalpfadsignals und die (Protokoll-)Darstellung des zweiten Signalpfadsignals unter Verwendung eines Zeitmultiplexingschemas gesendet werden. Das Zeitmultiplexing lässt sich ganz einfach durch Schreiben eines entsprechenden digitalen Ausgaberegisters erreichen. Es kann von Vorteil sein, zwei oder mehr Register von der maximalen Länge des Sensorausgabeprotokolls zu verwenden, z.B. implementiert innerhalb des (PSI5-)Protokollgenerators 310.
  • Des Weiteren kann ein Master-Slave-Schema für das erste DSP 150 und das zweite DSP 250 bereitgestellt werden. Das Master-Slave-Schema kann von Interesse sein, um Zusammenstöße oder Stauungen am EEPROM-Bus zu vermeiden, z.B. durch die Verwendung eines EEP-CTRL-Signals. Als noch weitere Option können Ausgleichsalgorithmen und die Erzeugung von Protokollrahmen und/oder zusammengefügten Protokollrahmens zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt werden, um eine diverse Abfolge von Verarbeitungsschritten für das erste DSP 150 und das Sub-DSP 250 zu verbessern. Als positive Nebenwirkung kann ferner erhöhte Immunität gegen EMC-Ereignisse erlangt werden.
  • Als weitere Maßnahme kann das Implementieren des ersten Signalpfades 101 und des zweiten Signalpfades 202 als Pfade mit unterschiedlichen Rauschcharakteristika erwogen werden. Die diverse Auslegung des ersten Signalpfads 101 und des zweiten Signalpfads 202 kann gewählt werden, um ein bekanntes Signal-Rausch-Niveau oder -Verhalten für den ersten und den zweiten Signalpfad zu bewirken. Hat sich dieses Rauschniveau- oder -verhalten mit der Zeit verändert, kann das ein Hinweis auf eine Veränderung des Sensorsystems in einem relevanten Parameter oder einer relevanten Eigenschaft sein.
  • Um ein solches Schema zu unterstützen, können bewusst bekannte Rauschquellen entlang des ersten und/oder des zweiten Signalpfades implementiert werden. Ferner kann das Protokoll eine Änderung des ADU-Bereichs feststellen, die sich auf die Rauschcharakteristika des jeweiligen Signalpfads auswirkt. Eine Überwachung einer Rauschverteilung eines Signalpfads gibt einen starken Hinweis darauf, wann sich Eigenschaften des Signalpfades verändern, und kann sogar darauf hinweisen, welche Komponente entlang des jeweiligen Signalpfads die Veränderung der Rauschverteilung verursacht hat.
  • 4 zeigt eine typische integrierte Schaltung, die das Sensorsystem 10 beherbergen kann, nämlich einen Siliziumnacktchip, der monolithisch integrierte Schaltungen enthält, und ein Gehäuse, das den Nacktchip vor der Umgebung schützt und eine elektrisch Verbindung der Nacktchipschaltung mit dem Außensystem durch fachbekannte Haftverbindungen und Pole bereitstellt. Die folgenden Absätze vermitteln manche Aspekte der Art und Weise, wie Einhausung und mechanische Belastung sich auf die Zuverlässigkeit einer integrierten Schaltung im Allgemeinen und das Sensorsystem 10 der vorliegenden Offenbarung im Besonderen auswirken können.
  • 4 ist eine Nachbildung aus „CMOS VLSI Design. A circuits and systems perspective" von N. H. E. Weste und D. M. Harris, Addison Wesley Longman (2010).
  • Die 5A bis 5C zeigen verschiedene Arten von Gehäusen, die für integrierte Schaltungen auf dem Gebiet der Erfindung verwendet werden. Die vorliegende Offenbarung und das vorliegende Sensorsystem 10 sind jedoch nicht auf diese Arten von Gehäusen beschränkt.
  • 5A zeigt ein Gehäuse einer integrierten Schaltung gemäß dem Quad Flat Package (QFP). 5B zeigt ein Gehäuse gemäß der Kugelgitteranordnung mit Kugeln aus Lötpunkten auf der Unterseite.
  • 5C zeigt ein Flip-Chip-on-Board-(FCoB-)Gehäuse. Fachleute werden problemlos anerkennen, dass eine Größe des Gehäuses für einen identen Nacktchip oder eine Schaltung auf dem Nacktchip im Wesentlichen von der Art des Gehäuses abhängt, das zum Bauen der integrierten Schaltung verwendet wurde. Das Gehäuse kann den Umständen und Anwendungen entsprechend gewählt werden.
  • 6 zeigt einen Nacktchip (Rohchip, die) mit einer Schaltung innerhalb eines Gehäuses. Das Gehäuse ist typischerweise aus einer Formverbindung ausgebildet, die den Nacktchip und die davon umfasste Schaltung verkapselt. Der Nacktchip kann an einen Leiterrahmen geklebt sein, der zum Befestigen des Nacktchips konfiguriert ist. Bondungsdrähte können Kontaktstellen auf einer Nacktchipoberfläche mit entsprechenden Polen der integrierten Schaltung verbinden. Die sich über die Formverbindung hinaus erstreckenden Pole können als Teil des Leiterrahmens produziert werden. Die äußere Gehäuseverkapselung ist durch eine sogenannte Formverbindung ausgebildet.
  • 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer integrierten Schaltung mit einem Nacktchip nach der Flip-Chip-Technologie. In 7 ist der die Schaltung umfassende Nacktchip wieder innerhalb eines durch eine den Nacktchip verkapselnde Formverbindung ausgebildeten Gehäuses angeordnet. Bei der Flip-Chip-Technologie weist der Nacktchip aus Lot hergestellte Kugeln auf, die an einer Oberfläche des Nacktchips ausgebildet sind. Diese Kugeln werden zum Ausbilden der leitenden Verbindung mit einem Leiterrahmen verwendet.
  • Eine möglicherweise gefährliche Art von Fehler ist eine Schichtablösung des Gehäuses. Die Schichtablösung ist durch die Ausbildung eines Spalts zwischen normalerweise direkt aneinander haftenden Teilen im Inneren des Gehäuses gekennzeichnet. Unterschiedliche Arten von Schichtablösung sind in 8 angegeben.
  • 8 zeigt verschiedene Arten von Schichtablösung, die möglicherweise eine gefährliche Art von Fehler verursachen. Bezugszeichen 1 zeigt einen auf der Seite der Haftverbindung ausgebildeten Spalt zwischen der Formverbindung und dem Leiterrahmen. Bezugszeichen 2 bezieht sich auf eine Spaltbildung zwischen der Formverbindung und der Nacktchipoberfläche. Bezugszeichen 3 zeigt eine Ausbildung eines Spalts zwischen der unteren Oberfläche des Nacktchips und dem Leiterrahmen. Bezugszeichen 4 bezieht sich auf einen zwischen der Formverbindung und dem Leiterrahmen auf der der Haftverbindung entgegengesetzten Seite ausgebildeten Spalt.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, einen Detektionsmechanismus für eine solche Schichtablösung bereitzustellen.
  • Als erste bevorzugte Implementierung kann ein widerstandsfähiges Belastungssensorelement in den Nacktchip integriert werden. Das Belastung erfassende Element kann eine Schichtablösungswirkung durch eine plötzliche Veränderung der innerhalb des Nacktchips vorliegenden mechanischen Belastungsbedingungen detektieren. Ohne Einschränkung kann das widerstandsfähige Element unter Verwendung der piezoresistiven Wirkung von Silizium implementiert werden, wie das in 9 schematisch dargestellt ist.
  • 9 zeigt Piezoresistivität gegenüber Druck an einer Siliziumprobe des n-Typs. Für die vorliegende Offenbarung ist der Teil der Kennlinie unterhalb des plötzlichen Anstiegs von Interesse. Der plötzliche Anstieg wird durch einen Phasenübergang in dem Kristall verursacht. Diese Figur ist eine Nachbildung aus K. Seeger, Semiconductor Physics, Springer Verlag.
  • Es ist auch möglich, eine Veränderung der Trägermobilität dotierten Siliziums, die von mechanischer Belastung abhängig ist, auszunutzen. Diese Belastungsabhängigkeit kann herangezogen werden, um eine Veränderung der mechanischen Belastung innerhalb von dotiertem Siliziummaterial, wie es in integrierten Schaltungen verwendet wird, zu messen und/oder zu überwachen. Die Abhängigkeit von der Trägermobilität kann in der Technologie mit gestrecktem Silizium zum Einsatz kommen, wie Fachleuten bekannt ist.
  • Es ist auch möglich, das widerstandsfähige, Belastung erfassende Element als Teil des Gehäusefertigungsvorgangs unter Verwendung piezoresistiver oder Halbleiterschichten auszubilden.
  • Um Veränderungen der mechanischen Belastung zu detektieren, die möglicherweise Schichtablösung wie in 8 beschrieben betreffen, kann z.B. Schichtablösung durch Messung von mechanischer Belastung identifiziert werden, wobei ein Schichtablösungsvorgang aufgrund plötzlicher Veränderungen oder Sprünge der jeweils innerhalb des Nacktchips und/oder des Gehäuses gemessenen mechanischen Belastung identifizierbar wird.
  • Alternativ dazu kann ein Prinzip der piezoresistiven Messung angewandt werden, um Veränderungen der mechanischen Belastung innerhalb des Nacktchips und/oder des Gehäuses zu detektieren.
  • Als weitere Option kann ein Belastungssensor aus gespanntem (strained) Silizium eingesetzt werden, wobei eine Veränderung der Mobilität von Ladungsträgern in Metalloxidhalbleitern oder bipolaren Schaltungsanordnungen wie Fachleuten bekannt verwendet werden kann.
  • Als noch eine weitere Option kann ein vom Gehäuse umfasstes widerstandsfähiges, Belastung erfassendes Element eingesetzt werden, d.h. das widerstandsfähige, Belastung erfassende Element wird während der Herstellung der integrierten Schaltung und/oder des Gehäuses der integrierten Schaltung in dem Gehäuse angeordnet.
  • Ferner können Verfahren zum Detektieren von Rissen oder Mikrorissen innerhalb des Nacktchips und/oder der Schaltung angepasst werden.
  • Ferner können alternativ oder zusätzlich dazu zwei individuelle Belastungssensoren eingesetzt werden, um zuverlässig abzuschätzen, ob eine Veränderung der mechanischen Belastung vorlag und ob der Chip beschädigt wurde oder nicht.
  • Unter eher widrigen Umständen kann es von Interesse sein, Korrosionsdetektion einzusetzen. Dies ist von Interesse, da Korrosion ein Vorläufer für Schichtablösungsvorgänge unter widrigen Umständen, wie z.B. Nässe, Feuchtigkeit, Belastung durch Säuren, Salz und dergleichen, sein kann.
  • Noch ein weiteres bevorzugtes Verfahren zur Detektion von Veränderungen der mechanischen Belastung besteht im Einsatz eines Gehäuses, das eine kapazitive Sondenstruktur CS umfasst, wie in 10 dargestellt ist.
  • 10 zeigt eine (nicht dargestellte) integrierte Schaltung auf einem Nacktchip, wobei die Schaltung wie zuvor mit dem Leiterrahmen gekoppelt ist. Ergänzend zu den vorangegangenen Beispielen ist der Nacktchip auch mit einer kapazitiven Sondenstruktur gekoppelt. Die kapazitive Sondenstruktur CS ist in 10 als Entität dargestellt, die nicht direkt mit dem Nacktchip gekoppelt ist, jedoch kann je nach Umständen die kapazitive Sondenstruktur durchaus einstückig mit dem Nacktchip ausgebildet sein.
  • Das Gehäuse mit der kapazitiven Sondenstruktur CS ist ausgelegt, einen Bereich zwischen dem Leiterrahmen LF und der kapazitiven Sondenstruktur CS zu beaufsichtigen. Es ist von Interesse für den Bereich, solche zu Schichtablösung neigende Regionen der integrierten Schaltung wie in Bezug auf 8 besprochen abzudecken, z.B. die durch Bezugszeichen 1 in 8 gekennzeichnete Region.
  • Die Sondenstruktur CS kann ganz einfach mit dem Nacktchip haftschlüssig verbunden werden, wobei eine elektrische Verbindung zwischen den beiden ausgebildet wird. Die Sondenstruktur ist vorteilhafterweise aber nicht mit dem Äußeren des Gehäuses verbunden.
  • Eine Kapazitätsmessungsschaltung (z.B. unter Verwendung von Oszillatoren – nicht dargestellt) kann auf dem Nacktchip ausgebildet werden. Die Kapazitätsmessungsschaltung kann zu bestimmten Zeitpunkten aktiviert werden, um das Ausbleiben von Spalten (Schichtablösung) sicherzustellen, indem die Kapazität zwischen CS und dem Leiterrahmen LF gemessen wird. Der Messwert kann zur Detektion der Schichtablösung mit erwarteten Kapazitätswerten verglichen werden. Die Aktivierung der Messschaltung nur zu bestimmten Zeitpunkten kann von Interesse sein, um den Energieverbrauch der Schaltung zu reduzieren und auch elektromagnetische Störungen zu reduzieren, die auf das Hin- und Herschalten innerhalb der Messschaltung zurückgehen, wie z.B. auf ein Abwechseln der Kapazitätsplatten.
  • Die beschriebene kapazitive Messung kann ferner zur Detektion von Korrosionswirkungen eingesetzt werden, wobei der Leiterrahmen zerstört oder nicht leitfähig gemacht wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die kapazitive Messstruktur SE auf dem Nacktchip vollständig integriert werden, z.B. unter Verwendung der höchsten Metallisierungsschicht (wie durch Bezugszeichen 2 in 8 angegeben).
  • Die kapazitive Messung ist vorgesehen, um eine Schichtablösung zwischen der Nacktchipoberfläche und der Formverbindung zu detektieren. Die Nacktchipoberfläche kann (teilweise) durch eine kammartige Struktur mit zwei oder mehr Elektroden abgedeckt sein. Ein Messen der Kapazität zwischen den Elektroden kann eine Schichtablösung gemäß Bezugszeichen 2 in 8 sehr zuverlässig anzeigen. Eine Ausbildung eines (entweder mit Gas oder mit Flüssigkeit gefüllten) Spalts ist bei einer Kapazitätsänderung ebenfalls sichtbar.
  • Die oben beschriebenen Schaltungen und Strukturen sind ausgelegt, einen möglicherweise gefährlichen Fehler zu detektieren. Falls der Fehler detektiert wird, können die Schaltungen entweder eine Fehlernachricht über eine Schnittstelle der Komponente auslösen oder hindern die Komponente daran, Daten als Hinweis auf den Fehler auszusenden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • „CMOS VLSI Design. A circuits and systems perspective“ von N. H. E. Weste und D. M. Harris, Addison Wesley Longman (2010) [0090]

Claims (15)

  1. Sensorsystem, das Folgendes umfasst: ein erstes Sensorelement, das mit einem ersten Signalpfad gekoppelt ist, der ein erstes Sensorsignal weiterleitet, ein zweites Sensorelement, das mit einem zweiten Signalpfad gekoppelt ist, der ein zweites Sensorsignal weiterleitet, das für eine gleiche physikalische Größe steht wie das erste Sensorsignal, wobei der erste Signalpfad zumindest ein Signalpfadelement umfasst, das Diversität zwischen dem ersten Signalpfad und dem zweiten Signalpfad bereitstellt.
  2. Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei ein erster Analog-Digital-Umsetzer innerhalb des ersten Signalpfads divers zu einem zweiten Analog-Digital-Umsetzer innerhalb des zweiten Signalpfads implementiert ist.
  3. Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein erstes Signalverarbeitungselement innerhalb des ersten Signalpfads eingerichtet ist, eine Protokolldarstellung des ersten Sensorsignals bereitzustellen; und wobei ein zweites Signalverarbeitungselement innerhalb des zweiten Signalpfads eingerichtet ist, eine Protokolldarstellung des zweiten Sensorsignals bereitzustellen, wobei die Protokolldarstellung des ersten Sensorsignals unabhängig von der Protokolldarstellung des zweiten Sensorsignals ist.
  4. Sensorsystem nach Anspruch 3, wobei das zweite Signalverarbeitungselement ferner eingerichtet ist, die Protokolldarstellung des zweiten Sensorsignals bereitzustellen, die ferner eine Protokolldarstellung von einem ersten Temperatursignal, einem zweiten Temperatursignal, einem ersten Belastungssignal und/oder einem zweiten Belastungssignal umfasst, wobei die Protokolldarstellung des ersten Sensorsignals unabhängig von der Protokolldarstellung des zweiten Sensorsignals ist.
  5. Sensorsystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei das erste Signalverarbeitungselement eingerichtet ist, eine erste Fehlerkorrektur für die Protokolldarstellung des ersten Sensorsignals bereitzustellen, und wobei das zweite Signalverarbeitungselement konfiguriert ist, eine zweite Fehlerkorrektur für die Protokolldarstellung des zweiten Sensorsignals bereitzustellen.
  6. Sensorsystem nach Anspruch 5, wobei die erste Fehlerkorrektur für die Protokolldarstellung des ersten Sensorsignals unabhängig von der zweiten Fehlerkorrektur für die Protokolldarstellung des zweiten Sensorsignals ist.
  7. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 3–6, wobei ein Zusammenführelement bereitgestellt und eingerichtet ist, die Protokolldarstellung des ersten Sensorsignals und die Protokolldarstellung des zweiten Sensorsignals zu einer zusammengeführten Protokolldarstellung zusammenzuführen, wobei die Unabhängigkeit des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals innerhalb der zusammengeführten Protokolldarstellung jeweils beibehalten wird.
  8. Sensorsystem nach Anspruch 7, wobei das Zusammenführelement für ein Zeitmultiplexen der Protokolldarstellung des ersten Sensorsignals und der Protokolldarstellung des zweiten Sensorsignals eingerichtet ist.
  9. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1–8, wobei das Sensorsystem Folgendes umfasst: einen ersten Temperatursensor und einen zweiten Temperatursensor, wobei der zweite Temperatursensor in seiner Antwort auf Temperaturveränderungen divers zu dem ersten Temperatursensor ist.
  10. Sensorsystem nach Anspruch 9, wobei das Sensorsystem Folgendes umfasst: einen ersten Belastungssensor und einen zweiten Belastungssensor, wobei der zweite Belastungssensor in seiner Antwort auf mechanische Belastung divers zu dem ersten Belastungssensor ist.
  11. Sensorsystem nach Anspruch 6, wobei der erste Temperatursensor, der zweite Temperatursensor, der erste Belastungssensor und der zweite Belastungssensor mit dem zweiten Signalpfad gekoppelt sind.
  12. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 9–11, wobei der erste Temperatursensor eine positive Temperaturabhängigkeit aufweist, während der zweite Temperatursensor eine negative Temperaturabhängigkeit aufweist.
  13. Sensorsystem nach Anspruch 12, wobei eine erste Temperaturabhängigkeit für einen gegebenen Temperaturbereich verursacht, dass eine Protokolldarstellung eines ersten Temperaturbereichs sich von einer Protokolldarstellung einer zweiten Temperaturabhängigkeit für den gegebenen Temperaturbereich unterscheidet.
  14. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1–13, wobei das Sensorsystem Folgendes umfasst: einen ersten Belastungssensor und einen zweiten Belastungssensor, wobei der zweite Belastungssensor in seiner Antwort auf mechanische Belastung divers zu dem ersten Belastungssensor ist.
  15. Sensorsystem nach Anspruch 14, wobei der erste Belastungssensor eine erste Antwortcharakteristik aufweist, während der zweite Belastungssensor eine zweite Antwortcharakteristik aufweist, wobei die zweite Antwortcharakteristik die erste Antwortcharakteristik über einen gegebenen Belastungsbereich zumindest einmal kreuzt.
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