DE102018102998A1

DE102018102998A1 - Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen

Info

Publication number: DE102018102998A1
Application number: DE102018102998.5A
Authority: DE
Inventors: Victor POPESCU-STROE; Constantin CRISU; Uwe Fakesch; Erhard Landgraf; Berhard Winkler; Matthias Boehm; Stefan Jahn; Emanuel Stoicescu; Janis WEIDENAUER
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2019-08-14
Also published as: CN110132316B; US20190250059A1; US11506560B2; CN110132316A

Abstract

Beispiele stellen eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen in einer Anordnung von Sensorzellen in einem Bereich A bereit, umfassend einen Satz (110) von mindestens zwei Messeinheiten (10. 12). Eine Messeinheit umfasst mindestens zwei Sensorzellen (10a, 10b, 12a, 12b), wobei mindestens eine Sensorzelle von mindestens einer Messeinheit eine sensitive Sensorzelle (S1, S2) umfasst, die in Bezug auf eine Messgröße sensitiv ist. Die Sensorzellen werden miteinander vermischt. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Mittel zum (120) Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung und ein Mittel zum (130) Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle durch Vergleichen von Ausgangssignalen verschiedener Messeinheiten.

Description

Gebiet
Beispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung, ein Verfahren und einen maschinenlesbaren Speicher oder ein Computerprogramm zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen in einer Anordnung von Sensorzellen.
Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf an der Oberfläche mikro-bearbeitete Sensoren im Allgemeinen, und insbesondere auch auf verbesserte Diagnose und verbessertes Auslesen bei kapazitiven Drucksensoren von Seiten-Airbags.
Fahrzeugsicherheitsanwendungen erfordern möglicherweise eine sehr niedrige Fehlerquote und sehr gute Ausfalldetektion. Somit ergibt sich die Notwendigkeit nach verbesserter Diagnose aufgrund erhöhter funktionaler Sicherheitsanforderungen. Dies schafft die Notwendigkeit, eine genaue Sensor-Diagnose zu entwickeln, die fähig ist, eine Verletzung der Sicherheitsspezifikationen aufgrund von Einzelfehlern zu detektieren. Zusätzlich wird eine verbesserte Diagnose zur Überprüfung der Produktion von Bauelementen benötigt, die nur einsetzende Defekte in der Fertigungsstraße aufweisen, die sich jedoch während der Lebensdauer des Bauelements wahrscheinlich zu Ausfällen entwickeln.
MEMS (Mikro-elektromechanisches System) -Bauelemente können einsetzende physische Defekte aufweisen, die auf diesem Gebiet kritisch werden und zu einem Ausfall der Sensorfunktion führen. Es ist entscheidend, dass sie bei der Herstellung überprüft werden und, wenn tatsächlich ein Ausfall auf diesem Gebiet auftritt, muss er detektiert werden, bevor die Sensorfunktion beeinträchtigt wird.
Deshalb befasst sich die vorliegende Offenbarung mit zwei Schlüsselthemen oberster Ebene: Überprüfung bei der Produktion und Detektion auf dem Gebiet, die eine gemeinsame Grundursache teilen. Die vorgeschlagenen Lösungen adressieren die gemeinsame Grundursache, Beschränkungen der Eigendiagnose-Fähigkeiten, verringern die Ausfallquote der Bauelemente, die in den praktischen Einsatz gelangen, und verbessern die Detektierbarkeit auf dem Gebiet, wenn solche Ausfälle dennoch auftreten.
Zusammenfassung
Beispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung, ein Verfahren und einen maschinenlesbaren Speicher oder ein Computerprogramm zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen in einer Anordnung von Sensorzellen.
Beispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen in einer Anordnung von Sensorzellen in einem Bereich A, wobei die Vorrichtung einen Satz von mindestens zwei Messeinheiten umfasst; Mittel zum Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung; und Mittel zum Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle durch Vergleichen von Ausgangssignalen von verschiedenen Messeinheiten. Eine Messeinheit umfasst mindestens zwei Sensorzellen. Mindestens eine Sensorzelle von mindestens einer Messeinheit umfasst eine sensitive Sensorzelle, die im Hinblick auf eine Messgröße sensitiv ist. Die Sensorzellen sind miteinander vermischt. Solch eine Anordnung kann die Auswahl von verschiedenen Einheitenkombinationen für Diagnosemessungen und/oder Messungen physikalischer Größen ermöglichen.
Bei einigen Beispielen kann die Anordnung von Sensorzellen mindestens einen ersten Zelltyp, welcher eine Referenzsensorzelle ist, und mindestens einen zweiten Zelltyp, welcher eine sensitive Sensorzelle ist, umfassen. Die Referenzzelle hat eine unterschiedliche Sensitivität in Bezug auf eine Messgröße als die sensitive Zelle. Durch Verwendung von Referenzzellen in Verbindung mit sensitiven Zellen können Plausibilitätsprüfungen ermöglicht werden.
Bei einigen Beispielen umfasst der Satz von Messeinheiten Messbrücken. Die Messbrücken können Halbbrücken- oder Vollbrücken-Sensorzelltyp-Konfigurationen umfassen. Die Sensorzellen der Halbbrücken-Konfigurationen können aus der Gruppe bestehend aus einer Referenzzelle und einer sensitiven Zelle, zwei sensitiven Zellen, und zwei Referenzzellen ausgewählt sein. Die Sensorzellen der Vollbrücken-Konfigurationen können eine Kombination der Sensorzellen der zwei Halbbrücken-Konfigurationen umfassen. Die Verwendung einer Vielzahl von Sensorzelltyp-Konfigurationen ermöglicht den Vergleich verschiedener relevanter Messungen, wie beispielsweise ein normales oder diagnostisches Auslesen.
Bei einigen Beispielen kann das Mittel zum Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung ausgebildet sein, um mindestens ein Segment auszuwählen. Ein Segment kann einen Teilsatz von dem Satz von Messbrücken der gleichen Sensorzelltyp-Konfiguration umfassen. Das Mittel zum Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle kann ausgebildet sein, um die Sensorzellen unter Verwendung von mindestens einem Segment zu messen. Auf diese Weise können Teilsätze von Zellen miteinander verglichen oder unerwünschte (oder defekte) Zellen von dem Vergleich ausgeschlossen werden.
Bei einigen Beispielen kann das Mittel zum Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ausgebildet sein, Messungen zu vergleichen, die unter Verwendung von multiplen Segmenten erhalten werden. Während der herkömmliche Ansatz nur den Vergleich von zwei Sensorzellen zulässt, ermöglicht die Verwendung von multiplen Segmenten den Vergleich von zahlreichen Gruppierungen von Zellen unter Verwendung der gleichen Sensorzellanordnung.
Bei einigen Beispielen kann ein erstes Segment eine Translation, Rotation, Reflexion oder eine Kombination derselben eines zweiten Segments an einem Schwerpunkt der Konfiguration sein.
Bei einigen Beispielen kann die Reflexion eine Punkt-, Linien- oder Spiegel-Reflexion sein. Beispiele können eine hohe Anzahl von Kombinationen verschiedener geometrischer Segmente erlauben.
Bei einigen Beispielen kann das Mittel zum Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner ein Vergleichen von Ausgangssignalen von einem oder mehreren Segmenten umfassen, um Informationen zu bestimmen, die sich auf eine natürliche Drift (auch: Abdrift oder Abdriftung) der Sensorzellen von dem einen oder den mehreren Segmenten beziehen. Das Bestimmen der natürlichen Drift eines Segments kann beim Identifizieren der Detektion von einsetzenden Defekten helfen.
Bei einigen Beispielen kann das Mittel zum Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner ein Bestimmen von Informationen umfassen, die sich auf eine Drift von mindestens einer Sensorzelle der Anordnung von Sensorzellen beziehen. Das Bestimmen der natürlichen Drift von spezifischen Sensorzellen hilft beim Identifizieren der Detektion von einsetzenden Defekten.
Bei einigen Beispielen kann das Mittel zum Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner ein Vergleichen der Informationen, die sich auf die Drift beziehen, mit einer geschätzten Driftinformation, und ein Schätzen der geschätzten Driftinformation basierend auf einer diagnostischen Driftmessung umfassen. Einsetzende Defekte können detektiert werden, wenn der Vergleich der geschätzten Driftinformation mit der tatsächlichen Driftinformation abweicht.
Bei einigen Beispielen kann die diagnostische Driftmessung eine kalibrierte und/oder eine temperaturkompensierte Messung sein, was die Messungen zuverlässiger und/oder unabhängig von Umgebungs- oder anderen Einflüssen macht.
Bei einigen Beispielen kann das Mittel zum Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner ein Bestimmen einer Vielzahl von intakten Sensorzellen und ein Kombinieren von Ausgangssignalen der Vielzahl der intakten Sensorzellen umfassen, um ein kombiniertes Sensorausgangssignal zu erhalten. Somit können defekte Zellen ignoriert werden, wodurch Messungen nur von intakten Zellen erlaubt werden.
Bei einigen Beispielen kann das Mittel zum Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung ferner, nachdem die Vielzahl von intakten Sensorzellen bestimmt wurde, ein Abwählen einer Sensorzelle aus der Vielzahl von intakten Sensorzellen oder ein Abwählen einer Messeinheit, die die Sensorzelle enthält, aus dem Satz von Messeinheiten umfassen, falls ein Vergleichen des Ausgangssignals der Sensorzelle anzeigt, dass die Sensorzelle defekt ist. Somit ist es möglich, wenn eine Zelle defekt wird, nachdem die ursprüngliche Auswahl erfolgt ist, besagte defekte Zelle abzuwählen und nur die verbleibenden intakten Zellen zu messen.
Bei einigen Beispielen kann das Mittel zum Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung ferner ein Auswählen von Ersatzsensorzellen umfassen, um jegliche abgewählten Sensorzellen zu ersetzen. Somit kann eine defekte Zelle ersetzt werden, um die Konsistenz in den Sensorzelltyp-Konfigurationen der Messeinheiten beizubehalten.
Bei einigen Beispielen kann das Mittel zum Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung ferner ein Auswählen von Ersatz-Messeinheiten, um jegliche abgewählten Messeinheiten zu ersetzen, umfassen. Somit kann eine Messeinheit, die eine defekte Zelle enthält, ersetzt werden, um die Konsistenz in den gewählten Segmenten beizubehalten.
Einige Beispiele können ferner ein Metallgitter in den Räumen zwischen den Sensorzellen umfassen. Das Metallgitter kann Ladungen ableiten, wodurch verhindert oder reduziert wird, dass ESD (elektrostatische Entladung) oder andere elektrische Entladungen die Sensorzellen beeinträchtigen.
Bei einigen Beispielen kann die Distanz zwischen den Schwerpunkten der mindestens zwei vermischten Sensorzellen kleiner als 0,25 * Quadratwurzel von A sein. Indem die Distanz zwischen den Sensorelementen klein gehalten wird, können Umgebungs- oder andere externe Einflüsse über verschiedene Sensorzellen homogenisiert werden.
Bei einigen Beispielen kann ein Zwischenraum zwischen den mindestens zwei Sensorzellen kleiner als die größte Abmessung der Sensorzellen sein, um zu ermöglichen, dass die Sensorzellen dicht gepackt auf einem Substrat und/oder unabhängig von externen Einflüssen über dem Chip sind.
Bei einigen Beispielen kann ein Zwischenraum zwischen den mindestens zwei Sensorzellen weniger als 50 Mikrometer sein.
Beispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen in einer Anordnung von Sensorzellen in einem Bereich A, umfassend einen Satz von mindestens zwei Messeinheiten, wobei eine Messeinheit mindestens zwei Sensorzellen umfasst, wobei mindestens eine Sensorzelle eine sensitive Sensorzelle umfasst, die in Bezug auf eine Messgröße sensitiv ist, wobei die Sensorzellen miteinander vermischt sind. Das Verfahren umfasst ein Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung und ein Bestimmen einer Messgröße oder ein Bestimmen einer intakten Sensorzelle durch Vergleichen von Ausgangssignalen verschiedener Messeinheiten.
Beispiele beziehen sich auf ein Computerprogramm, das einen Programmcode aufweist, um das oben erwähnte Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Prozessor, einem Computer oder einer programmierbaren Hardware ausgeführt wird.
Figurenliste
Nachfolgend werden einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen

1 eine Vorrichtung zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen zeigt;
2 eine herkömmliche Anordnung von Sensorzellen zeigt;
3 die Entwicklung einer natürlichen Drift und einsetzender Ausfälle während eines Belastungstests zeigt;
4 einen verallgemeinernden Ansatz zeigt, Sensorzellen zu vermischen;
5A eine Halbbrücken-Konfiguration für einen normalen Auslesemodus zeigt;
5B eine Halbbrücken-Konfiguration für einen Diagnosemodus einer sensitiven Sensorzelle zeigt;
5C eine Halbbrücken-Konfiguration für einen Diagnosemodus einer Referenzelle zeigt;
6A eine Vollbrücken-Konfiguration für einen normalen Auslesemodus zeigt;
6B eine Vollbrücken-Konfiguration für einen Diagnosemodus zeigt;
7 ein herkömmliches Layout von sensitiven Zellen und Referenzzellen zeigt;
8 ein Beispiel eines Vermischens in einer rechteckigen Anordnung zeigt;
9 ein Beispiel eines Vermischens in einer sechseckigen Anordnung zeigt;
10 eine beliebige Anordnung eines Vermischens zeigt;
11 eine alternierende Anordnung von sensitiven Zellen und Referenzzellen zeigt;
12 ein Prinzipschema zum Implementieren einer Segmentauswahl zeigt;
13 ein generalisiertes Layout einer Segmentauswahl zeigt;
14 eine tatsächliche Implementierung eines Vermischens und einer Segmentierung zeigt;
15 eine beliebige Anordnung zur Segmentierung zeigt;
16 eine Korrelation zwischen dem normalen und diagnostischen Auslesen mit Skalierung zeigt; und
17 ein Verfahren zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Während sich weitere Beispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, sind dementsprechend einige bestimmte Beispiele derselben in den Figuren gezeigt und werden nachfolgend ausführlich beschrieben. Allerdings beschränkt diese detaillierte Beschreibung weitere Beispiele nicht auf die beschriebenen bestimmten Formen. Weitere Beispiele können alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in den Rahmen der Offenbarung fallen. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente, die bei einem Vergleich miteinander identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente, verbunden oder gekoppelt sein können. Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B. Eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen ist „zumindest eines von A und B“. Das Gleiche gilt für Kombinationen von mehr als 2 Elementen.
Die Terminologie, die hier zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, soll nicht begrenzend für weitere Beispiele sein. Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch Pluralelemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente und/oder Komponenten derselben präzisieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben ausschließen.
Sofern nicht anderweitig definiert, werden alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) hier in ihrer üblichen Bedeutung des Gebiets verwendet, zu dem Beispiele gehören.
1 zeigt eine Vorrichtung zum Vergleichen der Ausgangssignale von Sensorzellen. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Satz 110 von mindestens zwei Messeinheiten 10, 12,...1N. Jede Messeinheit umfasst mindestens zwei Sensorzellen 10a, 10b,...10n; 12a, 12b,...12n. Mindestens eine Sensorzelle von mindestens einer Messeinheit umfasst eine sensitive Sensorzelle. Eine Messeinheit kann jede Kombination oder Verbindung von Sensorzellen sein, wie beispielsweise eine Vollbrücke von 4 Elementen, eine Halbbrücke von 2 Elementen, oder zwei oder mehr Sensorzellen, die nicht elektrisch miteinander verbunden sind, sondern deren Messungen synchron vorgenommen werden. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass jede Konfiguration von Sensorzellen, die eine Messung bereitstellen kann, als Messeinheit verwendet werden kann; die oben erwähnte Liste ist nicht als vollständig zu betrachten.
Es können mindestens zwei Typen und mindestens zwei (oder mehr) Gruppierungen von Sensorzellen auftreten. Sensorzellen, die gegenüber der Messgröße (wie zum Beispiel Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Piezoresistivität, oder andere Erfassungsprinzipien) sensitiv sind, sollen als „sensitive Sensorzellen“ oder „sensitive Zellen“ bezeichnet und mit dem Buchstaben S beschriftet werden. Referenzsensorzellen, die gegenüber der Messgröße unempfindlich (insensitiv) (oder wesentlich weniger sensitiv) sind, sollen als „Referenzsensorzellen“ oder „Referenzzellen“ bezeichnet und mit dem Buchstaben R beschriftet werden. Somit können sensitive Zellen oder Gruppierungen von sensitiven Zellen als S1, S2, etc. und Referenzzellen oder Gruppierungen von Referenzzellen als R1, R2, etc. bezeichnet werden.
Die Sensorzellen sind miteinander vermischt. Nach hiesigem Gebrauch bedeutet vermischt, dass die Anordnung von Sensorzellen eine Mischung verschiedener Sensorzellen oder Gruppierungen von Sensorzellen im Gegensatz zu dem herkömmlichen Ansatz umfasst. Individuelle Sensorzellen eines ersten Typs und/oder einer ersten Gruppe können neben individuellen Sensoren anderer Typen und/oder anderer Gruppen liegen, anstatt Sensorzellen des gleichen Typs und/oder der gleichen Gruppe zusammen zu platzieren. Man vergleiche zum Beispiel die herkömmliche Anordnung von unabhängigen Sätzen des gleichen Sensorzelltyps/der gleichen Sensorzellgruppe, wie in 7 gezeigt wird, mit der vermischten Anordnung, bei der Sensorzellen von verschiedenen Gruppen und/oder Typen innerhalb des gleichen Satzes positioniert werden, wie in 8 und 9 gezeigt wird. Das Vermischen wird in Bezug auf 4 und 7-11 näher erläutert.
Die Vorrichtung 100 umfasst ein Mittel zum 120 Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung. Das Mittel zum 120 Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung kann direkt oder indirekt mit den Sensorzellen (oder jeder Sensorzelle) der Anordnung von Sensorzellen gekoppelt sein. Das Mittel zum Auswählen von Ausgangssignalen kann jedes Bauelement umfassen, das imstande ist, die gewünschten Signale von einer oder mehreren Sensorzellen auszuwählen, wie beispielsweise ein Multiplexer, Datenselektor, Matrixschalter (matrix switch), Transistorset, oder jeder Schalter oder jede Schaltung (oder ihre Äquivalente), die imstande ist, eine, einige, oder alle der Sensorzellen der Anordnung, wie gewünscht und ausführlicher in der gesamten Offenbarung erklärt ist, auszuwählen.
Die Vorrichtung 100 umfasst auch ein Mittel zum 130 Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle durch Vergleichen von Ausgangssignalen verschiedener Messeinheiten. Das Mittel zum 130 Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle kann direkt oder indirekt mit dem Mittel zum 120 Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen gekoppelt sein. Das Mittel zum Bestimmen einer Messgröße oder intakten Sensorzelle kann ein Prozessor, feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA, Field programmable gate array), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, Application Specific Integrated Circuit), oder jeder Satz aus programmierbaren Logikblöcken oder Äquivalente sein, die fähig sind, die ausgewählten Ausgangssignale zu vergleichen. Anders ausgedrückt kann das Mittel zu 120 eine, einige oder alle Sensorzellen in variierenden Konfigurationen auswählen und das Mittel zu 130 kann dann die Signale der ausgewählten Sensorzelle(n) vergleichen und verarbeiten.
Dies kann wiederholt werden, um eine Anzahl von intakten Sensorzellen zu finden. Somit kann das Mittel zum 130 Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner eine Vielzahl von intakten Sensorzellen bestimmen und dann Ausgangssignale der Vielzahl der intakten Sensorzellen kombinieren, um ein kombiniertes Sensorausgangssignal 140 zu erhalten.
Minimal wird ein einzelnes Erfassungs-MEMS-Bauelement oder Sensorbauelement verwendet, um die gewünschte physikalische Größe zu erfassen. Eine Diagnose wird ermöglicht durch Bereitstellen von zwei identischen Sensorstrukturen anstelle einer einzelnen. Diese zwei identischen Sensoren können beide verwendet werden, um die physikalische Größe zu erfassen (hierin bezeichnet als „normales Auslesen“). Für die Sensor-Diagnose kann der Unterschied in der Ausgabe der zwei identischen Strukturen ausgewertet werden (hierin bezeichnet als „diagnostisches Auslesen“).
2 stellt eine herkömmliche Diagnose unter Verwendung von zwei identischen Sensoren dar. Wenn ein Defekt auf nur einer dieser identischen Strukturen auftritt, der eine Änderung nur in deren Ausgabe verursacht, dann steigt die Differenz zwischen der Ausgabe des ersten und des zweiten Sensors an, und der Defekt kann detektiert werden. Die rohe unkalibrierte Differenz zwischen den Sensoren wird überwacht, um Einzelpunktausfälle (d.h. in nur einem der MEMS-Bauelemente) zu detektieren.
Eine solche Differenz zwischen den zwei Sensoren dürfte jedoch tatsächlich durch Verfahrens- und Layout-Variationen über den MEMS-Bereich begründet sein. Da diese Sensoren typischerweise eine große Siliziumfläche besetzen, können Umgebungs- und physikalische Faktoren die zwei identischen Sensoren auf unterschiedliche Weise beeinflussen, was eine Fehlübereinstimmung (eine Differenz) zwischen ihren Auslesungen verursacht oder erzeugt. Solche Fehlübereinstimmungen können groß sein und eine Variation im Hinblick auf die gemessene physikalische Größe, und/oder Temperatur oder andere physikalische Größen aufweisen. Darüber hinaus variieren diese Fehlübereinstimmungen während der Lebensdauer des Sensors. Wenn beispielsweise eine Fehlübereinstimmung sensitiv auf mechanische Belastung ist und die mechanischen Belastungsbedingungen sich im Laufe der Zeit ändern, dann wird auch die Fehlübereinstimmung zeitabhängig sein.
Dies erhöht auf dem Gebiet die Schwierigkeit beim Bestimmen, ob die Sicherheitsspezifikation des Sensors verletzt wurde, da die oben beschriebenen Effekte die Korrelation zwischen der Ausgabe des diagnostischen Auslesens und des normalen Sensorauslesens wesentlich herabsetzen. Ohne diese degradierenden Faktoren würde die Korrelation die Vorhersage einer Fehlerzunahme beim normalen Auslesen basierend auf einer Änderung beim diagnostischen Auslesen ermöglichen.
Es gibt zwei primäre Gründe für diese Schwierigkeit: (1) eine Variation beim diagnostischem Auslesen korrespondiert nicht vorhersehbar mit einer Variation beim normalen Auslesen (Konvertierungsfaktor hat eine große Ausbreitung); und (2) eine große Spanne für Diagnosetestgrenzen muss hinzugefügt werden, um solchen Effekten Rechnung zu tragen.
Die Detektion von einsetzenden Defekten bei der Überprüfung in der Fertigungsstraße sollte außerdem ein besonderes Anliegen sein. Da diese Defekte nicht voll ausgebildet sind, werden sie durch die Fehlübereinstimmung zwischen den zwei Sensoren verdeckt.
Die Einschränkung der Diagnosefähigkeit stammt von den „natürlichen“ Driften der Bauelemente. Diese stellen Driften dar, die bis zu einem gewissen Grad alle Bauelemente betreffen. Sie beruhen nicht auf lokalen Defekten bei dem Bauelement und, was noch wichtiger ist, entsprechen nicht notwendigerweise dem Nichtvermögen des Bauelements, die Anforderungen zu erfüllen (da solche Driften alle Bauelemente betreffen und bei der Qualifizierung überwacht werden).
Die Ausfallquote auf dem Gebiet wird durch einen Prüftest bei der Produktion kontrolliert. Bei diesem Test wird die Drift des Bauelements während einer gegebenen Prüfbelastung überwacht. Es kommt darauf an, einsetzende Defekte zu detektieren, da sich ein Defekt fortschreitend während der Lebensdauer entwickelt. Es ist beabsichtigt, sogar diejenigen Defekte zu detektieren, die nicht weit genug fortgeschritten sind, um ernsthafte Probleme zu 0 Stunden zu verursachen (z. B. in der Fertigungsstraße), die aber Ausfälle auf dem Gebiet verursachen können.
3 stellt die Drift-Ausbreitung des diagnostischen Auslesens für einen Bestand von Bauelementen dar, die einer Prüfbelastung ausgesetzt werden (z. B. hohe Temperatur). Jedes Bauelement wird natürlicherweise von seinem anfänglichen Auslesen abweichen (driften), sobald Belastung erzeugt wird. Während der Diagnose des Sensors, wird die Detektion von einsetzenden Ausfällen durch diese natürlichen Driften verdeckt. Diese liegen an Layout-/Verarbeitungs-Fehlübereinstimmungen, die sich durch Lebensdauer-Belastung verstärken.
Wie aus 3 ersichtlich ist verdecken diese natürlichen Driften oder Abhängigkeiten den kleinen Effekt eines einsetzenden Defekts, wodurch die Detektierbarkeit reduziert ist. Wenn das diagnostische Auslesen von Temperatur und der erfassten Größe abhängig ist, dann ist die Detektierbarkeit reduziert. Ähnlich kann die Sensitivität gegenüber Änderungen der mechanischen Belastungsbedingungen (Kriechen) auch die Prüfeffektivität reduzieren.
Eine mögliche Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Ansatz kann durch Verwendung einer vermischten Anordnung von Sensorzellen anstatt von nur zwei großen erreicht werden. Die Sensorzellen können auf der Grundlage von zwei allgemeinen Eigenschaften angeordnet werden: elektrische oder physikalische Anordnung.
4 zeigt ein verallgemeinertes Konzept des Vermischens. Anstatt der Verwendung von zwei großen Sensoren, wird ein Satz von kleineren Sensoren verwendet, die miteinander verbunden sind und zusammen gesteuert werden. Die Konnektivität wird auf solche Weise aufgebaut, dass die Sensoren in zwei Gruppen von Sensoren (Gruppe 1 und 2) aufgeteilt werden, wobei jede Gruppe einem der zwei Sensoren entspricht, die bei dem herkömmlichen Ansatz verwendet werden, wie in 2 dargestellt ist. Die einzelnen Sensoren der zwei Sensorgruppen werden miteinander vermischt, mit einem gemeinsamen Schwerpunkt-Layout. Dabei ist zu beachten, dass jegliche Anzahl von Sensorgruppierungen verwendet werden kann, obwohl 4 nur zwei Sensorgruppierungen darstellt. Wie später beschrieben wird, können multiple Messkonfigurationen unter Verwendung von zwei Gruppen von sensitiven Sensorzellen und zwei Gruppen von Referenz- (d.h. insensitiven) Sensorzellen ermöglicht werden.
Unter Verwendung dieses Ansatzes werden etliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen Anordnung bereitgestellt:

a) Die Verwendung eines Satzes von kleineren Sensoren erlaubt ein besseres Layout, um Fehlübereinstimmungen zwischen den Strukturen zu verringern, was die Abhängigkeit des diagnostischen Auslesens (das Fehlübereinstimmung misst) auf die erfasste, physikalische Größe und auf die Temperatur reduziert. Dies erlaubt eine bessere „Sichtbarkeit“ von Abweichungen aufgrund von Sensordefekten.
b) Eine mechanische Belastungs-Sensitivität der zwei Sensorgruppen wird besser korreliert aufgrund kleinerer geometrischer Abstände zwischen korrespondierenden Elementen in den zwei Gruppen. Dies führt zu einer reduzierten Drift des diagnostischen Auslesens während der Prüfbelastung (und im praktischen Einsatz, während der Lebensdauer), was eine bessere „Sichtbarkeit“ von Driften ermöglicht, die aufgrund eines fortschreitenden Defekts auftreten.
c) Dieses neue Layout erlaubt, dass das MEMS mit einem dichten Metallgitter in den Räumen zwischen den MEMS-Elementen ausgestattet wird. Wie später beschrieben wird, erlaubt dies einen Schutz vor externer elektrischer Kopplung, wie beispielsweise mit Leistung versorgten ESD-Impulsen.

Einige elektrische Anordnungen für die Messeinheiten sind in den 5 und 6 gezeigt. 5 zeigt drei mögliche Messmodi unter Verwendung einer Vielzahl von sensitiven Zellen und Referenzzellen in Halbbrücken-Konfigurationen. 6 zeigt zwei mögliche Messmodi in Vollbrücken-Konfiguration, bestehend aus einer Kombination der verschiedenartigen Halbbrücken-Konfigurationen. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass obwohl eine Anzahl von möglichen elektrischen Konfigurationen in Bezug auf 5 und 6 gezeigt ist, diese Liste nicht als vollständig zu betrachten ist und zahlreiche andere Variationen (einschließlich Nicht-Brücken-Konfigurationen) verwendet werden können.
5A zeigt eine sensitive Sensorzelle und eine Referenzsensorzelle in einer Halbbrücken-Konfiguration. Da die Referenzzelle insensitiv (oder wesentlich weniger sensitiv) gegenüber der Messgröße ist, gibt die Konfiguration von 5A eine Messgröße zurück (das heißt, die Differenz zwischen dem gemessenen Wert der sensitiven Sensorzelle und der Referenzzelle, die einen Referenzwert zurückgibt). Wie zuvor beschrieben wird, soll dieser Modus als der „normale Auslesemodus“ 500a bezeichnet werden.
5B zeigt die gleiche Anordnung wie 5A, mit der Ausnahme, dass beide Sensoren sensitive Sensorzellen sind. Dieser Modus gibt die Differenz der zwei sensitiven Zellen zurück; somit ist dieser Modus ein Diagnosemodus. Um der Klarheit willen nennen wir dies den „sensitiven Diagnosemodus“ 500b.
5C zeigt die gleiche Anordnung wie 5A und 5B, mit der Ausnahme, dass beide Sensoren Referenzsensorzellen sind. Dieser Modus gibt die Differenz der zwei Referenzzellen zurück; wie vorangehend erklärt wurde, ist dieser Modus auch ein Diagnosemodus. Zur Unterscheidung von der Konfiguration von 5B nennen wir dies den „Referenz-Diagnosemodus“ 500c.
5 zeigt eine Vielzahl von Konfigurationen unter Verwendung von kapazitiven Sensoren, aber die beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen nicht nur auf kapazitive Sensoren beschränkt sein. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass elektrische Widerstände, Transistoren und piezoelektrische Sensoren, neben anderen Sensoren und Erfassungsprinzipien, in ähnlichen Konfigurationen anstelle von Kondensatoren verwendet werden können. Somit sind Halbbrücken-resistive, piezoelektrische oder Transistor-basierte Konfigurationen beim „normalen Auslesen“ oder „Diagnosemodus“ auch möglich.
Die in 6 gezeigten Vollbrücken-Konfigurationen sind analog zu den Halbbrücken-Konfigurationen von 5. 6A zeigt den „normalen Auslesemodus“ 600a und 6B zeigt den „Diagnosemodus“ 600b. Wie vom Fachmann leicht verstanden werden wird, arbeiten diese Modi analog zu denen, wie sie in Verbindung mit den Halbbrücken-Konfigurationen von 5 beschrieben werden. 6 zeigt eine Vielzahl von Konfigurationen unter Verwendung von kapazitiven Sensoren, ähnlich wie bei 5 sollen diese Ausführungsbeispiele aber nicht nur auf kapazitive Sensoren beschränkt sein. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass Widerstände, Transistoren und piezoelektrische Sensoren, neben anderen Sensoren und Erfassungsprinzipien, in ähnlichen Konfigurationen anstelle von Kondensatoren verwendet werden können. Somit sind Vollbrücken-resistive, piezoelektrische oder Transistor-basierte Konfigurationen beim „normalen Auslesen“ oder im „Diagnosemodus“ auch möglich.
Der Satz von Messeinheiten 10, 12 der Vorrichtung 100 kann Halbbrücken- (500a, 500b, 500c) oder Vollbrücken- (600a, 600b) Sensorzelltyp-Konfigurationen umfassen. Die Sensorzellen der Halbbrücken-Konfigurationen sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Referenzzelle und einer sensitiven Zelle (500a), zwei sensitiven Zellen (500b), und zwei Referenzzellen (500c), während die Sensorzellen der Vollbrücken-Konfigurationen eine Kombination der Sensorzellen der zwei Halbbrücken-Konfigurationen umfassen.
7 zeigt einen herkömmlichen Ansatz zu der physikalischen Anordnung von Sensorzellen, um Erfassungs- und Diagnosemodi zu implementieren. Ein großer Satz von jedem Sensortyp (sensitive Zellen gruppiert als S1, sensitive Zellen gruppiert als S2, Referenzzellen gruppiert als R1, und Referenzzellen gruppiert als R2) wird parallel verdrahtet, wie in 7 gezeigt ist (und analog zu 2, aber mit vier Gruppen von Sensorelementen). Bei dem herkömmlichen Ansatz wird der Abstand 701 zwischen Elementen derselben Gruppierung minimiert, und somit sind die Umgebungs- und andere Faktoren, die jeden gegebenen Satz beeinflussen, homogen. Zum Beispiel würden Umgebungsfaktoren, die zwei benachbarte R1-Zellen beeinflussen, sehr ähnlich sein. Der Abstand 702 zwischen unterschiedlichen Gruppierungen ist jedoch nicht klein und die Umgebungsfaktoren, die eine S1-Zelle beeinflussen, könnten wesentlich unterschiedlich sein als die Faktoren, die eine S2-Zelle beeinflussen, die an anderer Stelle auf dem Chip angeordnet ist. Somit können unterschiedliche Gruppen von Sensoren inhomogene Faktoren erfahren, die ihre Auslesungen beeinflussen. Wegen dieser Anordnung ist es notwendig, Sensorelemente zu wählen, die weit voneinander entfernt liegen, um alle zuvor beschriebenen Messmodi auszuführen.
Um die Fehlübereinstimmung zwischen den Auslesungen der oben beschriebenen, verschiedenartigen Sensoren und Messeinheit-Konfigurationen zu minimieren, sollte der Abstand zwischen den Sensorelementen klein sein. „Klein“ bedeutet hier eine Distanz verglichen mit den Abmessungen des vollen Sensorsatzes, um homogene Verarbeitungsbedingungen und Umgebungsfaktoren sicherzustellen, derart, dass eine mit Leistung versorgte elektrostatische Entladung (ESD) oder Gehäuse-/Tester-Belastung auf die Sensorelemente die Sensorzellen auf die gleiche oder sehr ähnliche Weise beeinflussen. Beispielsweise kann „klein“ bedeuten, dass der Abstand zwischen individuellen Sensorelementen weniger als 50 Mikrometer (oder 25 Mikrometer oder 10 Mikrometer) ist oder dass der Zwischenraum zwischen zwei Sensorzellen kleiner als die größte Abmessung (oder kleinste Abmessung) der Sensorzellen ist. „Klein“ kann auch bedeuten, dass die Distanz zwischen den Schwerpunkten der mindestens zwei vermischten Sensorzellen X * Quadratwurzel A ist, wobei A der Bereich des Satzes von Sensorzellen und X ein multiplikativer Faktor kleiner als oder gleich 0,25 ist. „Klein“ kann auch bedeuten, dass der Bereich des größten Elements in einer Messeinheit kleiner als A/16 (oder A/8 oder A/32) ist.
8 zeigt einen Ansatz zum Vermischen von Sensorzellen unter Verwendung einer vereinfachten rechteckigen Anordnung. Anstatt die Sensorzellen der vier Sensorelemente S1, S2, R1 und R2 in ihren eigenen individuellen Sätzen wie in 7 gezeigt anzuordnen, werden die Sensorelemente miteinander vermischt. Die Gesamtanzahl von Sensorelementen und der von ihnen abgedeckte Bereich bleibt der gleiche; die Distanz zwischen unterschiedlichen Zelltypen oder -gruppen ist jedoch minimiert, um den Einfluss von variierenden externen (d.h. Umgebungs-) Faktoren zu beseitigen.
Der Abstand 801 zwischen individuellen Sensorelementen ist ähnlich wie die Anordnung von 7. Im Gegensatz zu 7 ist jedoch der Abstand 802 zwischen Sensorelementen von unterschiedlichen Gruppierungen ebenso minimiert (vergleiche 802 mit 702). Obwohl ein Zwischenraum zwischen unterschiedlichen Sätzen von Sensorelementen bestehen kann, anders als die Anordnung von 7, besteht kein Erfordernis, Sensorelemente mit einem derart großen Zwischenraum zwischen denselben auszuwählen. Die vermischende Anordnung stellt eine Anzahl von Sensorelementen von jeder Gruppierung mit ausreichend dichtem Abstand 802 bereit, so dass es nicht erforderlich ist, Sensorelemente zu wählen, die weit voneinander entfernt sind (und somit unterschiedliche Umgebungsfaktoren erfahren), obwohl sie gewählt werden können.
Somit wird in der in 8 gezeigten, vereinfachten Anordnung eine quadratische, rechteckige, gleichmäßige Anordnung mit kleinem Abstand sowohl in Bezug auf die Schwerpunkte der individuellen Sensorelemente als auch mit kleinem Abstand in Bezug auf den Bereich des Sensorsatzes erreicht.
9 zeigt eine Anordnung von Sensorzellen, die in einem sechseckigen Muster angeordnet sind, im Gegensatz zu dem rechteckigen Muster von 8. Diese Anordnung ist analog zu der Anordnung von 8, und der Abstand 901 zwischen individuellen Sensorelementen ist ähnlich wie der Abstand 801 der rechteckigen Anordnung. Ähnlich ist auch der Abstand 902 zwischen Sensorelementen unterschiedlicher Gruppierungen in gleicher Weise wie der Abstand 802 der rechteckigen Anordnung minimiert. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass, obwohl eine rechteckige Anordnung (und rechteckige Sensorzellen) in Hinblick auf 8 gezeigt ist, und eine sechseckige Anordnung (und sechseckige Sensorzellen) in Hinblick auf 9 gezeigt ist, diese Formen nur zur Klarheit der Zeichnung gezeichnet werden. Die Sensorzellen können jede beliebige Form haben (kreisförmig, rechteckig, sechseckig, ungleichmäßig, etc.) und können in jedem beliebigen Muster (rechteckig, dreieckig, sechseckig) angeordnet sein. Weder die Form der Sensorzellen noch deren Anordnung sollen auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt sein.
10 zeigt eine verallgemeinernde Anordnung von einem Satz der Sensoranordnung von 8 und 9. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass jede beliebige Form, Symmetrie und jeder beliebige Abstand von Sensorelementen verwendet werden kann, solange der Abstand 1001 in Bezug auf die Schwerpunkte der Sensorelemente und auf den Bereich des Satzes von Sensorelementen klein ist. Beispielsweise kann jede Anordnung von zwei Gruppen von sensitiven Sensorzellen (S1 und S2) und zwei Gruppen von Referenzsensorzellen (R1 und R2) verwendet werden, solange der größte Schwerpunktabstand 1001 zwischen den Elementen kleiner als 0,25* Quadratwurzel A ist oder dass der Bereich des größten Elements kleiner als A/16 ist.
Ferner können die Sensorzellelemente eine vergleichbare Kapazität aufweisen. Beide sensitiven Zellgruppen S1 und S2 können die gleichen (oder unterschiedliche) Formen, die gleiche (oder unterschiedliche) kapazitive Größe und die gleiche (oder unterschiedliche) Sensitivität gegenüber der Messgröße haben. Ähnlich können beide Referenzzellgruppen R1 und R2 die gleichen (oder unterschiedliche) Formen, die gleiche (oder unterschiedliche) kapazitive Größe und die gleiche (oder unterschiedliche) Sensitivität gegenüber der Messgröße haben. Die sensitiven Zellgruppen S1 und S2 können die gleiche Form wie die Referenzzellgruppen R1 und R2 haben.
11 zeigt eine alternative Anordnung von vermischten Sensorzellen. Da die Referenzzellen R1 und R2 insensitiv (oder wesentlich weniger sensitiv) gegenüber der Messgröße sind, werden sie im Allgemeinen durch variierende Umgebungsfaktoren oder externe Belastung nicht beeinflusst. Daher kann eine Anordnung, bei der die sensitiven Sensorzellen S1 und S2 vermischt sind, die Auslese-Fehlübereinstimmung dieser Sensoren immer noch reduzieren (da sie durch Umgebungsfaktoren beeinflusst werden), während die Referenzzellen in einer herkömmlicheren Anordnung beibehalten werden. Dabei ist zu beachten, dass die Anforderungen an die Abstände, die in Verbindung mit 7-10 erörtert werden, in Hinblick auf die sensitiven Sensorzellen weiterhin beachtet werden sollten, da gerade der kleine Abstand eine Homogenität der Messgröße sicherstellt. Der Abstand 1101 zwischen sensitiven Sensorzellen S1 und S2 wird beibehalten, während der Abstand 1102 zwischen sensitiven Zellen und Referenzzellen irrelevant ist, da die Referenzzelle nicht durch Umgebungsfaktoren beeinflusst wird.
Bei den oben beschriebenen Implementierungen des nur Vermischens werden alle Elemente einer einzelnen Gruppe (S1, S2, R1 oder R2) miteinander verbunden und zusammen gelesen. Man kann die Ausgangssignale von jeder solcher Gruppierung von Sensorzellen oder Messeinheit-Konfigurationen auswählen und vergleichen, um die Messgröße zu erhalten oder die Auslesungen der verschiedenartigen Gruppierungen zu vergleichen (unter Verwendung des zuvor erwähnten normalen Auslesemodus oder Diagnosemodus).
Eine andere Verbesserung besteht darin, dass ein unabhängiges Auslesen jedes Sensorelements erlaubt wird. Diese Struktur des MEMS hat den Vorteil, dass ein Teilabschnitt davon auch eine komplette Sensorstruktur sein kann. Das bedeutet, wie in 12-15 gezeigt und unten ausführlich erklärt wird, dass das MEMS in mehrere Bereiche gegliedert sein kann, die unabhängig voneinander aktiviert oder deaktiviert werden können. Beispielsweise können grundlegende Brückenelemente, die parallel verdrahtet sind, um größere Segmente zu bilden (verwendet für intelligente Erfassung und Überprüfung), individuell angesprochen und gelesen werden. Eine Verdrahtung von Segmenten kann entweder fest verdrahtet oder konfigurierbar während des Testens oder im praktischen Einsatz sein. Durch Steuern der Spannungen, die jeden Bereich unabhängig beherrschen, kann eine Segmentierung implementiert werden.
Während des Prüftests kann jedes Element (oder kleine Gruppe von Elementen) separat gelesen werden. Dies erlaubt das Ausschließen von Bauelementen durch Prüfen, für welche die Drift eines einzelnen Sensorelements ein Sonderfall ist. Dieser Ansatz ist vorteilhaft, weil, wenn das betroffene Element gelesen wird, die durch den Defekt ausgegebene Auslesung gleich ist als wenn der gesamte Sensor gelesen wird. Andererseits wird das Auslesen, das durch die natürlichen Driften gegeben wird, kleiner sein, wenn ein einzelnes Element gelesen wird, im Vergleich zu dem gesamten Sensor. Somit ist es möglich, Defekte in individuellen Sensoren zu lokalisieren.
12 zeigt ein Prinzipschema zum Implementieren einer Segmentierung oder Segmentauswahl. Ein Modusselektor 1201 bestimmt, welcher Messmodus gewünscht ist (wie beispielsweise normaler Auslesemodus oder Diagnosemodus basierend auf Halb- oder Vollbrücken-Konfigurationen). Ein Segmentselektor 1202 aktiviert nur ein erwünschtes Segment (zum Beispiel durch Steuern der Spannungen, die jedem Bereich Befehle erteilen). Die Sensorzellen nur innerhalb des ausgewählten Segments 1203 werden durch den Segmentselektor 1202 aktiviert, wobei ihr Signal durch den Analog-digital-Wandler (ADC) 1205 und auf eine Signalverarbeitung 1206 geleitet wird. Auf diese Weise kann der Segmentselektor 1202 jegliche(s) Segment(e) aktivieren, die einem Teilsatz von Sensorzellen und/oder einem Teilsatz des Satzes von Messeinheiten entsprechen, welche dann getestet werden können, um ihr Auslesen zu bestimmen und/oder zu bestimmen, ob jegliche des besagten Teilsatzes von Zellen intakt oder fehlerhaft sind. Der Teilsatz des Satzes von Messeinheiten kann Einheiten der gleichen Sensorzelltyp-Konfiguration (d.h. Halb- oder Vollbrücke) umfassen. Die verbleibenden Segmente 1204 werden nicht ausgewählt.
13 zeigt ein verallgemeinerndes Konzept einer Segmentierung basierend auf den Prinzipien, die in 4 gezeigt werden. Anstatt die gesamte Gruppierung von Sensoren 1 und 2 auszuwählen, wählt der Segmentselektor 1202 von 11 nur einen Teilsatz dieser Gruppierungen 1301 aus. Der Teilsatz der gewählten Elemente kann die gleichen Sensorzell- oder Messeinheit- Typ-Konfigurationen beibehalten wie diejenigen bei der Implementierung des nur Vermischens, und analoge Messungen können durchgeführt werden. Im Gegensatz zu der Implementierung des nur Vermischens, die in 4-11 gezeigt wird, ermöglicht jedoch eine Segmentierung, dass die ausgewählten Zellen 1301 getestet werden (oder vom Testen ausgeschlossen werden 1302), welche dann gewöhnlich angesprochen oder gelesen werden können. Segmente können basierend auf einer Vielzahl von Anordnungen relativ zueinander gewählt werden, insbesondere solche mit bestimmten Symmetrien, wie beispielsweise: Punktsymmetrie, Achsensymmetrie, verschachtelt, rechteckig, sechseckig oder andere regelmäßige oder unregelmäßige Muster. Die Größe der Segmente kann ebenso variiert werden, was einen relativen Vergleich von Segmenten, vergleichende Diagnosefunktionen, Redundanzschemata oder adaptierte Kalibrierungen ermöglicht. Genau wie in der Konfiguration des nur Vermischens können die Komponenten der Segmente während des Testens oder im praktischen Einsatz schließlich fest verdrahtet oder konfigurierbar sein.
Das Mittel zum 120 Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung kann ausgebildet sein, um mindestens ein Segment 1203, 1301 auszuwählen. Ein Segment kann einen Teilsatz 1203, 1301 des Satzes von Messeinheiten (insgesamt 1203 und 1204 oder 1301 und 1302) der gleichen Sensorzelltyp-Konfiguration umfassen. Das Mittel zum 130 Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle kann ausgebildet sein, um die Sensorzellen unter Verwendung von mindestens einem Segment zu messen (1206). Somit kann statt der Verwendung des gesamten Satzes von Sensorzellen ein Teilsatz gewählt werden (d. h. ein einzelnes Segment) und nur die Zellen innerhalb dieses Segments können gemessen werden. Dies erlaubt die Entfernung von ungewollten Zellen aus der Messung und die Lokalisierung von Messgrößen.
Andererseits kann das Mittel zum 130 Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ausgebildet sein, Messungen zu vergleichen 1206, die unter Verwendung von multiplen Segmenten (d.h. Aktivieren von Segment 2 zusätzlich zu Segment 1, wie in 12 gezeigt wird) erhalten werden. Das Mittel zum 130 Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle kann ausgebildet sein, um die Ausgangssignale von einem oder mehreren Segmenten zu vergleichen, um Informationen zu bestimmen, die sich auf eine natürliche Drift der Sensorzellen von dem einen oder den mehreren Segmenten beziehen. Hingegen kann die Drift eines einzelnen Sensors von anderen in dem Segment verdeckt werden; durch ein Vergleichen des Segments mit einem anderen kann eine Bestimmung der Abweichung bei der Drift erreicht werden. Anders ausgedrückt kann das Mittel zum 130 Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner ein Mittel zum Vergleichen von Ausgangssignalen von einem oder mehreren Segmenten umfassen, um Informationen zu bestimmen, die sich auf eine natürliche Drift der Sensorzellen von dem einen oder den mehreren Segmenten beziehen.
Durch Lokalisieren der Messungen, kann das Mittel zum 130 Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner ein Mittel zum Bestimmen von Informationen umfassen, die sich auf eine Drift von mindestens einer Sensorzelle der Anordnung von Sensorzellen beziehen.
Sobald die Driftinformation einer Sensorzelle bestimmt ist, kann das Mittel zum 130 Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner ein Mittel zum Vergleichen der Informationen, die sich auf die Drift der Sensorzelle beziehen, mit einer geschätzten Driftinformation umfassen. Die geschätzte Driftinformation kann auf einer diagnostischen Driftmessung basieren. Ferner kann die diagnostische Driftmessung eine kalibrierte und/oder eine temperaturkompensierte Messung sein.
14 zeigt ein Layout-Konzept zur Implementierung der Segmentierung einschließlich Vermischen der Sensorzellen. Sensitive Zellen (S1 und S2) und Referenzzellen (R1 und R2) werden wie zuvor beschrieben vermischt und um den Abstand zwischen den Zellen zu minimieren. Unter Verwendung des Ansatzes des nur Vermischens können Messungen unter Verwendung der gesamten Gruppierung dieser Sensorzellen vorgenommen werden, zum Beispiel durch Bilden von verschiedenen Messeinheit-Konfigurationen, die aus allen Sensorzellen in dem Satz gebildet werden. Wenn eine bestimmte Zelle des Satzes defekt ist, kann dieser Defekt über die Anhäufung aller Sensorzellen der gleichen Gruppe verdeckt werden. In dieser Situation ist eine Segmentierung vorteilhaft.
Es können Teilsätze aktiviert werden, wie durch Segmente 1-4 bezeichnet (es sollte darauf hingewiesen werden, dass viele Segmentkonfigurationen möglich sind; das vereinfachte Szenario von 14 wird nur aus Gründen der Klarheit gezeigt). Jedes Segment kann dann in einen Teilsatz von Messeinheiten verteilt werden und Messungen können erhalten werden und in analoger Weise mit Messungen des gesamten Satzes verglichen werden, außer dies ist jeweils auf ein Segment beschränkt. Zusätzlich oder alternativ können mehrere Segmente gleichzeitig aktiviert werden und ihre Messungen können ebenso verglichen werden, was die Detektion von Defekten oder Driften innerhalb eines Segments basierend auf einem Vergleich mit einem anderen (nicht defekten) Segment ermöglicht. Die Segmentierung kann bei Bedarf geändert werden, so dass Messungen unter Verwendung von nur einem bestimmten Teilsatz von Zellen vorgenommen werden können; somit werden gewisse Zellen ausgeschlossen, um eine stärker lokalisierte Messung zu erhalten. Wenn eine bestimmte Zelle defekt ist, kann sie für Vergleichsmessungen eingeschlossen (oder davon ausgeschlossen) und speziell getestet werden.
15 zeigt eine beliebige Anordnung von Einheiten innerhalb eines einzelnen Segments analog zu dem Layout von 10, wobei jede Form eine Zelle von jeder Gruppe (S1, S2, R1 und R2) repräsentiert. Ein einzelnes Segment kann aus einer beliebigen Anordnung von Einheiten gebildet werden, basierend auf Translationen, Rotationen, Reflexionen oder irgendeiner Kombination derselben an einem Schwerpunkt der Konfiguration. Reflexionen können Punkt-, Linien- oder Spiegel-Reflexionen sein. 15 stellt 4 Einheiten dar: 1501, 1502 (Translation von 1501), 1503 (Linien-Reflexion von 1501) und 1504 (Translation und Linien-Reflexion von 1501). Es ist jedoch darauf zu achten, sicherzustellen, dass der Abstand der individuellen Elemente in Hinblick auf den Bereich des Satzes immer noch klein ist. Insbesondere sollte der Abstand der Schwerpunkte der Sensorzellen die zuvor beschriebenen Charakteristika beibehalten, wie beispielsweise sollte er kleiner als (0,25* Quadratwurzel A) sein. Ähnlich können mehrere Segmente gebildet und miteinander verglichen werden.
Unter Verwendung des zuvor erörterten normalen Auslesemodus und Diagnosemodus ist es möglich, einen schwerwiegenden Schaden des Sensors zu detektieren. Es kann ferner vorteilhaft sein, imstande zu sein, Abweichungen zu detektieren, die kleiner sind als der komplette Schaden. In diesem Sinn sollten die Diagnosemodi imstande sein, Driften beim normalen Auslesen (aufgrund von Defekten) zu detektieren, die groß genug sind, um die Spezifikation (innerhalb einer Toleranz) zu verletzen. Das bedeutet, dass eine voraussagbare Korrelation zwischen der Drift beim diagnostischen Auslesen und der Drift beim normalen Auslesen erwünscht ist.
Um eine solche Korrelation zwischen dem Diagnosemodus und dem normalen Auslesemodus zu verbessern, kann der Diagnosemodus kalibriert und im Hinblick auf Abweichungen bei Temperatur und erfasster Größe kompensiert werden und auf die gleiche Art wie das normale Auslesen skaliert werden (Sensorsensitivitätskalierung). Dieser Typ von Kalibrierung hat den Vorteil, dass die Drift beim diagnostischen Auslesen ein direkter Indikator des Betrags des gemessenen Fehlers sein wird, den der Sensor hat, wenn die physikalische Größe gemessen wird.
16 stellt die Korrelation zwischen Sensitivitätsskalierung und dem normalen Auslesemodus und Diagnosemodus dar. Wird die Sensitivität erhöht, so erhöht sich auch das Ausbreiten über alle Abtastwerte. Bei niedriger Sensitivität 1601 ist das Ausbreiten minimal, was es schwierig macht, Abweichungen zu detektieren. Wird die Sensitivität jedoch erhöht 1602, erhöht sich auch das Ausbreiten. Durch Kalibrieren erhöht die Korrelation von diagnostischem mit normalem Auslesen den Diagnosedeckungsgrad (Diagnostic Coverage), wodurch erlaubt wird, dass die Diagnose herkömmlichere Tests ersetzt (wie beispielsweise ein Umgebungsdrucktest auf Systemebene, im Falle von Drucksensoren, wie sie in Auto-Airbags verwendet werden).
Durch ein Implementieren von Vermischen und Segmentierung, wie vorangehend beschrieben wurde, ist es möglich, den normalen Auslesemodus und den Diagnosemodus einer Vielzahl von verschiedenen Sensorzellanordnungen zu messen, was es erlaubt, Defekte oder Abweichungen über akzeptable Toleranzen hinaus genauer zu detektieren. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren, wenn eine Fehlübereinstimmung detektiert wird, erlaubt einem eine Segmentierung, die Aufmerksamkeit noch weiter auf bestimmte Bereiche oder Sensorelemente zu richten, um einzelne oder lokalisierte Defekte sowohl in der Fertigungsstraße als auch im praktischen Einsatz zu detektieren.
Nachdem die Mehrzahl von intakten Sensorzellen bestimmt ist, können ihre Signale kombiniert und durch eine einzelne Quelle ausgegeben werden, um ein genaueres Auslesen zu erzeugen, das weniger durch Umgebungsfaktoren oder andere Belastung beeinträchtigt ist. Im Laufe der Zeit können diese Zellen erneut getestet werden (wie in Übereinstimmung mit den Sicherheitsspezifikationen oder anderen Anforderungen erwünscht), um sicherzustellen, dass keine zeitabhängigen Defekte oder Defekte im praktischen Einsatz entstehen.
Sollte eine fehlerhafte Zelle zu einem Zeitpunkt nach einem anfänglichen Testen (t>0) detektiert werden, ermöglicht die konfigurierbare Verdrahtungs- und Segmentierungsimplementierung, dass die defekte Zelle abgewählt wird. Dadurch wird die Anordnung der verbleibenden (intakten) Zellen weiterhin ein aussagekräftiges Auslesen bereitstellen und innerhalb der Sicherheitsspezifikationen bleiben, ohne durch das fehlerhafte Auslesen der defekten Zellen beeinträchtigt zu werden.
Somit kann, nachdem die Vielzahl von intakten Sensorzellen bestimmt wurde, das Mittel zum 120 Auswählen von Sensorzellen eine Sensorzelle aus der Vielzahl von intakten Sensorzellen abwählen. Zusätzlich oder alternativ kann das Mittel zum 120 Auswählen von Sensorzellen eine Messeinheit, die die Sensorzelle enthält, aus dem Satz von Messeinheiten abwählen, falls ein Vergleichen des Ausgangssignals der Sensorzelle anzeigt, dass die Sensorzelle defekt ist.
Sobald eine defekte Zelle detektiert ist, kann die Zelle oder die Messeinheit, von der sie ein Teil ist, abgewählt werden. Aufgrund der Konfigurierbarkeit der Segmentierung ist es möglich, eine Ersatzzelle (oder Ersatz-Messeinheit der gleichen Konfiguration) auszuwählen, so dass die Symmetrie der Auswahl aufrechterhalten wird. In dieser Situation sollte darauf geachtet werden, dass die vorangehend erwähnten Abstandsanforderungen eingehalten werden. Für den Fall, dass die einzige verfügbare Ersatzzelle die Anforderungen im Hinblick auf kleinen Abstand verletzt, kann sie dennoch gewählt werden, in dem Wissen, dass sie das Gesamtauslesen des gewählten Satzes beeinflussen kann. Solange eine ausreichende Zahl von intakten Zellen mit ausreichend dichtem Abstand verbleibt, ist der Einfluss der Ausreißerzelle auf das Gesamtauslesen minimal.
Somit kann das Mittel zum 120 Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung Ersatzsensorzellen auswählen, um jegliche abgewählten Sensorzellen zu ersetzen. Zusätzlich oder alternativ kann das Mittel zum 120 Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung Ersatz-Messeinheiten auswählen, um jegliche abgewählten Messeinheiten zu ersetzen.
17 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen (wie beispielsweise die Anordnung, die in Bezug auf die Vorrichtung von 1 gezeigt wird). Das Verfahren 1700 umfasst ein Auswählen von Ausgangssignalen 1701 von Sensorzellen der Anordnung und ein Bestimmen einer Messgröße 1702 oder ein Bestimmen einer intakten Sensorzelle 1703 durch Vergleichen von Ausgangssignalen verschiedener Messeinheiten. Die Auswahl der Ausgangssignale 1701 kann durch jegliches der Vielzahl der oben erwähnten Mittel erreicht werden: zum Beispiel kann der gesamte Satz von Sensorzellgruppierungen gewählt werden, ein bestimmtes Segment von Sensorzellen kann gewählt werden, oder mehrere unterschiedliche Segmente von Sensorzellen können gewählt werden. Sobald die Ausgangssignale der Sensorzellen ausgewählt wurden 1701, können sie dann gelesen werden, um eine Messgröße zu bestimmen 1702 (wie beispielsweise das normale oder diagnostische Auslesen). Alternativ können sie miteinander verglichen werden, um intakte Sensorzellen zu bestimmen 1703, wie beispielsweise durch Vergleichen der gesamten Gruppierung, eines Segments, oder einen Vergleich mehrerer Segmente.
Normalerweise koppelt sich während eines ESD-Tests der Sensorelemente eine CoronaEntladung parasitär mit den Sensoren, wodurch ein elektromagnetischer Impuls (EMP) und Partikelstrom verursacht wird, der Schwankungen der elektrischen Ladung bei dem MEMS verursacht, was zu einem gemessenen (Druck-) Signalfehler führt. Durch die Verwendung einer Anordnung von kleineren vermischten Zellen anstatt des herkömmlichen Ansatzes unter Verwendung von zwei großen Sensoren kann ein Metallgitter in den Abstand zwischen den Sensorzellelementen platziert werden, wodurch ESD-Restwirkungen reduziert oder aufgehoben werden. Zusätzlich löst ein Vermischen dieses Problem durch mehrere Mechanismen: die Koppelkapazitäten der Sensoren werden ausgeglichen; die geladenen Partikelflüsse von der Korona an die Oberfläche der Sensoren werden ausgeglichen; und die elektrischen Ladungen, die in den Sensoren durch die asymmetrische Prepolarisierungsladung (von vorherigen Entladungen) induziert werden, werden ebenfalls ausgeglichen.
Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren bereitstellen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen, oben beschriebenen Verfahren können durch programmierte Computer oder Prozessoren ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren. Die Anweisungen führen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren aus oder verursachen deren Ausführung. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren oder Steuereinheiten, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, oder (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGAs), die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, abdecken.
Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur Lehrzwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen. Alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie konkrete Beispiele derselben sollen deren Entsprechungen umfassen.
Ein als „Mittel für...“ bezeichneter Funktionsblock, der eine bestimmte Funktion ausführt, kann sich auf eine Schaltung beziehen, die zum Durchführen einer bestimmten Funktion ausgebildet ist. Somit kann ein „Mittel für etwas“ als ein „Mittel ausgebildet für oder geeignet für etwas“ implementiert sein, z. B. eine Vorrichtung oder eine Schaltung, die ausgebildet ist für oder geeignet ist für die jeweilige Aufgabe.
Funktionen verschiedener in den Figuren gezeigter Elemente einschließlich jeder als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Signals“, „Mittel zum Erzeugen eines Signals“, etc. bezeichneter Funktionsblöcke kann in Form dedizierter Hardware, z. B „eines Signalanbieters“, „einer Signalverarbeitungseinheit“, „eines Prozessors“, „einer Steuerung“ etc. sowie als Hardware fähig zum Ausführen von Software in Verbindung mit zugehöriger Software implementiert sein. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzelnen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen gemeinschaftlich verwendeten Prozessor oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt sein, von denen einige oder von denen alle gemeinschaftlich verwendet werden können. Allerdings ist der Begriff „Prozessor“ oder „Steuerung“ bei Weitem nicht auf ausschließlich zur Ausführung von Software fähige Hardware begrenzt, sondern kann Digitalsignalprozessor-Hardware (DSP-Hardware; DSP = Digital Signal Processor), Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbares Logik-Array (FPGA = Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM = Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM = Random Access Memory) und nichtflüchtige Speichervorrichtung (storage) umfassen. Sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifische, kann auch eingeschlossen sein.
Ein Blockdiagramm kann zum Beispiel ein detailliertes Schaltdiagramm darstellen, das die Grundsätze der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise können ein Flussdiagramm, ein Ablaufdiagramm, ein Zustandsübergangsdiagramm, ein Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse, Operationen oder Schritte repräsentieren, die zum Beispiel im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist. In der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch eine Vorrichtung implementiert werden, die ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z. B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einzelner Schritt, Funktion, Prozess oder Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.
Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte 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 umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner 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.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen
110: Satz von Messeinheiten
10, 12, 1N: Messeinheiten
10a, 10b, 10n: Sensorzellen
12a, 12b, 12n: Sensorzellen
120: Mittel zum Auswählen oder Abwählen von Sensorzellen
130: Mittel zum Bestimmen einer Messgröße oder Mittel zum Bestimmen von intakten Sensorzellen
140: Sensorausgangssignal
150: Metallgitter
500a: Halbbrücken-Konfiguration im normalen Auslesemodus
500b: Halbbrücken-Konfiguration im sensitiven Diagnosemodus
500c: Halbbrücken-Konfiguration im Referenz-Diagnosemodus
600a: Vollbrücken-Konfiguration im normalen Auslesemodus
600b: Vollbrücken-Konfiguration im Diagnosemodus
701: Abstand zwischen Sensorelementen der gleichen Gruppe
702: Abstand zwischen Sensorelementen unterschiedlicher Gruppen
801: Abstand zwischen Sensorelementen der gleichen Gruppe
802: Abstand zwischen Sensorelementen unterschiedlicher Gruppen
901: Abstand zwischen Sensorelementen der gleichen Gruppe
902: Abstand zwischen Sensorelementen unterschiedlicher Gruppen
1001: Abstand zwischen Sensorelementen unterschiedlicher Gruppen
1101: Abstand zwischen sensitiven Sensorelementen
1102: Abstand zwischen sensitiven Elementen und Referenzelementen
1201: Modusselektor
1202: Segmentselektor
1203: Aktiv ausgewähltes Segment
1204: Nicht ausgewählte Segmente
1205: ADC (Analog-digital-Wandler)
1206: Signalprozessor
1301: Aktiv ausgewähltes Segment
1302: Nicht ausgewählte Segmente
1501: Anfängliche Segmentauswahl
1502: Translation von Segment 1501
1503: Reflexion von Segment 1501
1504: Translation und Reflexion von Segment 1501
1601: Niedrig skalierte Ausbreitung
1602: Hoch skalierte Ausbreitung
1700: Verfahren
1701: Auswahl der Ausgangssignale
1702: Bestimmung einer Messgröße
1703: Bestimmung intakter Sensorzellen
A: Bereich der Anordnung von Sensorzellen
S1, S2: Sensitive Sensorzellen
R1, R2: Referenzsensorzellen

Claims

Eine Vorrichtung (100) zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen in einer Anordnung von Sensorzellen in einem Bereich A, umfassend: einen Satz (110) von mindestens zwei Messeinheiten (10, 12), wobei eine Messeinheit mindestens zwei Sensorzellen (10a, 10b, 12a, 12b) umfasst, wobei mindestens eine Sensorzelle von mindestens einer Messeinheit eine sensitive Sensorzelle (S1, S2) umfasst, die in Bezug auf eine Messgröße sensitiv ist, wobei die Sensorzellen miteinander vermischt sind; Mittel zum (120) Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung; und Mittel zum (130) Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle durch Vergleichen von Ausgangssignalen verschiedener Messeinheiten.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, die Anordnung von Sensorzellen umfassend mindestens einen ersten Zelltyp, welcher eine Referenzsensorzelle (R1, R2) ist, und mindestens einen zweiten Zelltyp, welcher eine sensitive Sensorzelle (S1, S2) ist, wobei die Referenzzelle eine unterschiedliche Sensitivität in Bezug auf eine Messgröße als die sensitive Zelle aufweist.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Satz von Messeinheiten Messbrücken umfasst, wobei die Messbrücken Halbbrücken- (500a, 500b, 500c) oder Vollbrücken- (600a, 600b) Sensorzelltyp-Konfigurationen umfassen, wobei die Sensorzellen der Halbbrücken-Konfigurationen aus der Gruppe ausgewählt sind bestehend aus einer Referenzzelle und einer sensitiven Zelle (500a), zwei sensitiven Zellen (500b), und zwei Referenzzellen (500c), und wobei die Sensorzellen der Vollbrücken-Konfigurationen eine Kombination der Sensorzellen von zwei Halbbrücken-Konfigurationen umfassen.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, wobei das Mittel zum (120) Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung ausgebildet ist, mindestens ein Segment (1203) auszuwählen, wobei ein Segment einen Teilsatz des Satzes von Messbrücken der gleichen Sensorzelltyp-Konfiguration umfasst; und wobei das Mittel zum (130) Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ausgebildet ist, die Sensorzellen unter Verwendung von mindestens einem Segment zu messen (1206).
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, wobei das Mittel zum (130) Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ausgebildet ist, Messungen zu vergleichen (1206), die unter Verwendung von multiplen Segmenten (1203, 1204) erhalten werden.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 5, wobei ein erstes Segment (1501, 1502) eine Translation, Rotation, Reflexion oder eine Kombination derselben eines zweiten Segments (1503, 1504) an einem Schwerpunkt der Konfiguration ist.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, wobei die Reflexion eine Punkt-, Linien- oder Spiegel-Reflexion ist.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 5-7, wobei das Mittel zum (130) Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner ein Vergleichen von Ausgangssignalen von einem oder mehreren Segmenten umfasst, um Informationen zu bestimmen, die sich auf eine natürliche Drift der Sensorzellen von dem einen oder den mehreren Segmenten beziehen.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, wobei das Mittel zum (130) Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner ein Bestimmen von Informationen umfasst, die sich auf eine Drift von mindestens einer Sensorzelle der Anordnung von Sensorzellen beziehen.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, wobei das Mittel zum (130) Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner ein Vergleichen der Informationen, die sich auf die Drift beziehen, mit einer geschätzten Driftinformation, und ein Schätzen der geschätzten Driftinformation basierend auf einer diagnostischen Driftmessung umfasst.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 10, wobei die diagnostische Driftmessung eine kalibrierte und/oder eine temperaturkompensierte Messung ist.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mittel zum (130) Bestimmen einer Messgröße oder zum Bestimmen einer intakten Sensorzelle ferner umfasst: Bestimmen einer Vielzahl von intakten Sensorzellen; und Kombinieren von Ausgangssignalen der Vielzahl der intakten Sensorzellen, um ein kombiniertes Sensorausgangssignal (140) zu erhalten.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 12, das Mittel zum (120) Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung ferner umfassend, nachdem die Vielzahl von intakten Sensorzellen bestimmt wurde, ein Abwählen einer Sensorzelle aus der Vielzahl von intakten Sensorzellen oder ein Abwählen einer Messeinheit, die die Sensorzelle enthält, aus dem Satz von Messeinheiten, falls ein Vergleichen des Ausgangssignals der Sensorzelle anzeigt, dass die Sensorzelle defekt ist.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 13, wobei das Mittel zum (120) Auswählen von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung ferner ein Auswählen von Ersatzsensorzellen, um jegliche abgewählten Sensorzellen zu ersetzen, oder ein Auswählen von Ersatzmesseinheiten, um jegliche abgewählten Messeinheiten zu ersetzen, umfasst.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Metallgitter (150) in den Räumen zwischen den Sensorzellen.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Distanz zwischen den Schwerpunkten der mindestens zwei vermischten Sensorzellen (10a, 10b) kleiner als 0,25 * Quadratwurzel von A ist.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei ein Zwischenraum zwischen den mindestens zwei Sensorzellen (10a, 10b) kleiner als die größte Abmessung der Sensorzellen ist.
Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei ein Zwischenraum zwischen den mindestens zwei Sensorzellen (10a, 10b) weniger als 50 Mikrometer ist.
Ein Verfahren (1700) zum Vergleichen der Ausgabe von Sensorzellen in einer Anordnung von Sensorzellen in einem Bereich A, umfassend einen Satz (110) von mindestens zwei Messeinheiten (10, 12), wobei eine Messeinheit mindestens zwei Sensorzellen (10a, 10b, 12a, 12b) umfasst, wobei mindestens eine Sensorzelle eine sensitive Sensorzelle (S1, S2) umfasst, die in Bezug auf eine Messgröße sensitiv ist, wobei die Sensorzellen miteinander vermischt werden, wobei das Verfahren umfasst: Auswählen (1701) von Ausgangssignalen von Sensorzellen der Anordnung; und Bestimmen (1702) einer Messgröße oder Bestimmen (1703) einer intakten Sensorzelle durch Vergleichen von Ausgangssignalen verschiedener Messeinheiten.
Ein Computerprogramm mit einem Programmcode, um das Verfahren gemäß Anspruch 19 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Prozessor, einem Computer, oder einer programmierbaren Hardware ausgeführt wird.