DE102020207355A1

DE102020207355A1 - Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102020207355A1
Application number: DE102020207355.4A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya OHMI
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2020-12-31
Anticipated expiration: 2040-06-16
Also published as: US20220301960A1; US20220301962A1; JP2021004788A; US11652013B2; US20220301961A1; CN112146685A; US11615995B2; US11626338B2; DE102020207355B4; US20200411401A1; US11373917B2

Abstract

Eine Sensorvorrichtung weist auf: ein erstes Sensorelement (501); ein zweites Sensorelement (502); und einen Verarbeitungschip (400), der ein Halbleitersubstrat (401), einen ersten Prozessor (402), der ein erstes Erfassungssignal empfängt und das erste Erfassungssignal verarbeitet, einen zweiten Prozessor (403), der das zweite Erfassungssignal empfängt und das zweite Erfassungssignal verarbeitet, und einen Isolierabschnitt (404), der den ersten Prozessor und den zweiten Prozessor elektrisch isoliert, aufweist. Der erste Prozessor weist eine erste Diagnoseeinheit (409) auf, die eine Eigendiagnose über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers vornimmt. Der zweite Prozessor weist eine zweite Diagnoseeinheit (411) auf, die eine Eigendiagnose über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers vornimmt. Der Verarbeitungschip gibt eine erste Ausgabe des ersten Prozessors und eine zweite Ausgabe des zweiten Prozessors identifizierbar aus.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Sensorvorrichtung.
Im Allgemeinen weist eine Sensorvorrichtung ein Sensorelement zum Erfassen einer physikalischen Größe und einen Prozessor zum Verarbeiten eines Ausgangs des Sensorelements auf. In der obigen Konfiguration kann, wenn das Sensorelement oder der Prozessor ausfällt, der Ausgang der Sensorvorrichtung nicht erhalten werden. Daher wird beispielsweise in Patentdokument 1 eine Dualsystem-Sensorvorrichtung mit einer ersten Sensoreinheit und einer zweiten Sensoreinheit vorgeschlagen.
Die erste Sensoreinheit beinhaltet ein erstes Sensorelement und einen ersten Prozessor. Die erste Sensoreinheit ist als ein Chip (Einchip) konfiguriert. In gleicher Weise beinhaltet die zweite Sensoreinheit ein zweites Sensorelement und einen zweiten Prozessor. Die zweite Sensoreinheit ist als ein Chip (Einchip) konfiguriert. Mit anderen Worten, die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit weisen die gleiche Konfiguration auf. Die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit sind zusammen verkapselt bzw. verpackt.
Die Dualsystem-Sensorvorrichtung ist, wie vorstehend beschrieben, so konfiguriert, dass auch wenn eine Abnormität in einer der Sensoreinheiten auftritt, ein normaler Wert von der anderen Sensoreinheit ausgegeben werden kann.
Patentdokument 1: JP 2017 - 191 093 A
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik verfügt jedoch nicht jede Sensoreinheit über eine Eigendiagnosefunktion zum Diagnostizieren des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Fehlers. Jede Sensoreinheit ist elektrisch unabhängig. Aus diesem Grund ist es beim Auftreten einer Abnormität in einer der Sensoreinheiten unklar, welche der Sensoreinheiten einen normalen Wert ausgibt. Dementsprechend kann es schwierig sein, einen Betrieb unter Verwendung eines normalen Sensorausgangs an einem Ausgabeziel der Sensorvorrichtung kontinuierlich auszuführen.
Daher wäre es denkbar, jede Sensoreinheit mit einer Eigendiagnosefunktion auszustatten. Folglich kann bei Auftreten einer Abnormität das Ausgabeziel der Sensorvorrichtung über den Ausfall benachrichtigt werden. Da jedoch mehrere hochfunktionale Chips erforderlich sind, erhöhen sich die Kosten für die Sensorvorrichtung.
Andererseits wäre es denkbar, zwei Prozessoren zu einem Chip zu formen. In diesem Fall werden zwei Prozessoren auf einem Halbleitersubstrat gebildet. Da die jeweiligen Prozessoren jedoch durch das Halbleitersubstrat elektrisch miteinander verbunden sind, besteht die Möglichkeit, dass die jeweiligen Systeme gleichzeitig ausfallen oder aufgrund von Rauschen gleichzeitig Fehlfunktionen auftreten können. Um eine solche Möglichkeit zu vermeiden, ist es allgemein bekannt geworden, Redundanz durch Kombinieren mehrerer Chips mit Eigendiagnosefunktion sicherzustellen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Redundanz ohne Erhöhung der Kosten zu gewährleisten und einen kontinuierlichen Betrieb eines Ausgabeziels eines Sensorausgangs auch bei Auftreten einer Abnormität zu ermöglichen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist eine Sensorvorrichtung ein erstes Sensorelement, das eine physikalische Größe eines Erfassungsziels erfasst und ein erstes Erfassungssignal ausgibt, und ein zweites Sensorelement, das die physikalische Größe des Erfassungsziels erfasst und ein zweites Erfassungssignal ausgibt, auf.
Die Sensorvorrichtung weist ferner einen Verarbeitungschip auf. Der Verarbeitungschip beinhaltet ein Halbleitersubstrat, einen ersten Prozessor, einen zweiten Prozessor und einen Isolierabschnitt.
Der erste Prozessor ist im Halbleitersubstrat gebildet, empfängt das erste Erfassungssignal vom ersten Sensorelement und verarbeitet das erste Erfassungssignal. Der zweite Prozessor ist im Halbleitersubstrat gebildet, empfängt das zweite Erfassungssignal vom zweiten Sensorelement und verarbeitet das zweite Erfassungssignal. Der Isolierabschnitt ist im Halbleitersubstrat anhand eines Halbleiterprozesses gebildet und isoliert den ersten Prozessor und den zweiten Prozessor elektrisch voneinander.
Der erste Prozessor beinhaltet eine erste Diagnoseeinheit. Die erste Diagnoseeinheit diagnostiziert selbstständig, ob ein Fehler im ersten Sensorelement oder im ersten Prozessor vorliegt oder nicht. Der zweite Prozessor beinhaltet eine zweite Diagnoseeinheit. Die zweite Diagnoseeinheit diagnostiziert selbstständig, ob ein Fehler im zweiten Sensorelement oder im zweiten Prozessor vorliegt oder nicht.
Der Verarbeitungschip gibt identifizierbar eine erste Ausgabe des ersten Prozessors basierend auf einem Diagnoseergebnis der ersten Diagnoseeinheit und eine zweite Ausgabe des zweiten Prozessors basierend auf einem Diagnoseergebnis der zweiten Diagnoseeinheit nach außen aus. Da die Ausgabe (hierin auch als Ausgang bezeichnet) Kenninformation beinhaltet, ist die Ausgabe außen (d.h. außerhalb des Chips) identifizierbar.
Gemäß der obigen Konfiguration sind, in einem Verarbeitungschip, der erste Prozessor und der zweite Prozessor durch den Isolierabschnitt elektrisch voneinander isoliert. Aus diesem Grund kann, da zwei Verarbeitungschips nicht erforderlich sind, die Redundanz der Sensorvorrichtung ohne Erhöhung der Kosten gewährleistet werden.
Der Verarbeitungschip gibt die erste Ausgabe des ersten Prozessors und die zweite Ausgabe des zweiten Prozessors so aus, dass sie voneinander unterscheidbar sind. Aus diesem Grund kann unterschieden werden, ob das Ausgabeziel die erste Ausgabe des ersten Prozessors oder die zweite Ausgabe des zweiten Prozessors ist. Daher handelt es sich bei dem Ausgabeziel nicht um eine Ausgabe, bei der eine Abnormität aufgetreten ist, und es kann selektiv eine normale Ausgabe angewandt werden. Folglich kann auch bei Auftreten einer Abnormität der kontinuierliche Betrieb des Ausgabeziels des Sensorausgangs erfolgen.
Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine Außenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine transparente Draufsicht der in 1 gezeigten Sensorvorrichtung;
3 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in 2;
4 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Schaltungsanordnung der Sensorvorrichtung;
5 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie V-V in 4;
6 eine Draufsicht zur Veranschaulichung einer Modifikation eines Verarbeitungschips gemäß der ersten Ausführungsform;
7 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Modifikation der Sensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
8 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Modifikation der Sensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
9 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Modifikation der Sensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
10 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Schaltungsanordnung einer Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
11 eine schematische Abbildung der Sensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
12 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Schaltungsanordnung einer Sensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
13 eine schematische Abbildung der Sensorvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform; und
14 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Schaltungsanordnung einer Sensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.

Nachstehend sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen sind gleiche oder äquivalente Teile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend ist eine erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Eine Sensorvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform erfasst eine physikalische Größe eines Erfassungsziels. Das Erfassungsziel ist z.B. ein Zahnrad, das in eine Kurbelwinkelbestimmungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors oder eines Getriebes in einem Fahrzeug eingebaut ist. Mit anderen Worten, die Sensorvorrichtung erfasst eine Drehung des Zahnrades als ein Erfassungsziel.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Sensorvorrichtung 1 als Formkörper konfiguriert, in dem ein Teil eines Energieversorgungsanschlusses 200, ein Teil eines Masseanschlusses 201, ein Teil eines ersten Ausgangsanschlusses 202 und ein Teil eines zweiten Ausgangsanschlusses 203 von einem Formharzabschnitt 100 freigelegt sind.
Der Energieversorgungsanschluss 200 ist Anschluss, an den eine Energieversorgung (V) angelegt wird. Der Masseanschluss 201 ist ein Anschluss, der auf Masse (G) gelegt wird. Der erste Ausgangsanschluss 202 und der zweite Ausgangsanschluss 203 sind Anschlüsse, an denen Signale der Sensorvorrichtung 1 ausgegeben werden. Obgleich nicht gezeigt, ist ein Kondensator zur Rauschunterdrückung zwischen den Energieversorgungsanschluss 200 und den ersten Ausgangsanschluss 202, zwischen den ersten Ausgangsanschluss 202 und den zweiten Ausgangsanschluss 203 und zwischen den zweiten Ausgangsanschluss 203 und den Masseanschluss 201 geschaltet. Mit anderen Worten, in der Sensorvorrichtung 1 sind drei Kondensatoren vorgesehen.
Obgleich nicht gezeigt, ist ein zylindrischer Kappenabschnitt mit Boden in den Formharzabschnitt 100 auf einer Seite gegenüber dem Energieversorgungsanschluss 200 und dergleichen eingefügt. Infolgedessen sind die Sensorvorrichtung 1 und der Kappenabschnitt zusammen integriert. Ein Hauptabschnitt der Sensorvorrichtung 1 befindet sich in einem hohlen Abschnitt des Kappenabschnitts.
Die Sensorvorrichtung 1 und der Kappenabschnitt sind in einem Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse weist einen Spitzenabschnitt auf der Zahnradseite, einen Flanschabschnitt, der an einem peripheren Mechanismus befestigt ist, und einen Verbinderabschnitt, mit dem ein Kabelstrang verbunden wird, auf. Die Sensorvorrichtung 1 und der Kappenabschnitt befinden sich am Spitzenabschnitt des Gehäuses. Das Gehäuse wird über den Flanschabschnitt derart an dem peripheren Mechanismus befestigt, dass der Spitzenabschnitt des Gehäuses einen vorbestimmten Spalt in Bezug auf eine Erfassungsoberfläche des Zahnrades aufweist. Daher bewegt sich das Zahnrad in Bezug auf die Sensorvorrichtung 1.
Wie in einer schematischen Draufsicht von 2 und einer schematischen Querschnittsansicht von 3 gezeigt, beinhaltet die Sensorvorrichtung 1, zusätzlich zu dem Formharzabschnitt 100 und den Anschlüssen 200 bis 203, die vorstehend beschrieben sind, einen Leiterrahmen 300, einen Verarbeitungschip 400 und einen Sensorchip 500.
Der Leiterrahmen 300 ist eine plattenförmige Metallkomponente mit einer Frontfläche 301 und einer Rückfläche 302. Die Frontfläche 301 des Leiterrahmens 300 ist parallel zu einer Spaltrichtung in Bezug auf das Zahnrad angeordnet.
Der Verarbeitungschip 400 und der Sensorchip 500 sind mit einem Klebstoff oder dergleichen auf der Frontfläche 301 des Leiterrahmens 300 befestigt. Insbesondere ist der Sensorchip 500 auf der Frontfläche 301 eines ersten Endes 303 des Leiterrahmens 300 befestigt. Das erste Ende 303 des Leiterrahmens 300 ist zum Zahnrad ausgerichtet. Der Verarbeitungschip 400 ist zwischen dem ersten Ende 303 der Frontfläche 301 des Leiterrahmens 300 und einem zweiten Ende 304 gegenüber dem ersten Ende 303 befestigt.
Der Verarbeitungschip 400 beinhaltet eine Schaltung zum Verarbeiten eines Signals des Sensorchips 500. Der Sensorchip 500 beinhaltet ein magnetoresistives Element, dessen Widerstandswert sich ändert, wenn der Sensorchip 500 durch ein Magnetfeld von außen beeinflusst wird. Das magnetoresistive Element ist z.B. ein AMR-(anisotropes mognetoresistives), ein GMR- (Riesenmagnetowiderstand) oder ein TMR-(Tunnelmagnetowiderstand) Element. Der Verarbeitungschip 400 und der Sensorchip 500 sind über mehrere Drähte 600 elektrisch miteinander verbunden.
Jeder der Anschlüsse 200 bis 203 ist neben dem zweiten Ende 304 des Leiterrahmens 300 angeordnet, um von dem Leiterrahmen 300 getrennt zu sein. Die Anschlüsse 200 bis 203 und der Verarbeitungschip 400 sind über mehrere Drähte 601 elektrisch miteinander verbunden. Der Formharzabschnitt 100 versiegelt den Sensorchip, den Verarbeitungschip 400, den Leiterrahmen 300 und jeweils einen Teil der Anschlüsse 200 bis 203 auf der Seite des zweiten Endes 304 des Leiterrahmens 300 sowie die Drähte 600 und 601.
Nachstehend sind die Schaltungsanordnungen des Sensorchips 500 und des Verarbeitungschip 400 beschrieben. Wie in 4 gezeigt, weist der Sensorchip 500 ein erstes Sensorelement 501 und ein zweites Sensorelement 502 auf. Das erste Sensorelement 501 erfasst eine physikalische Größe des Erfassungsziels und gibt ein erstes Erfassungssignal aus. Das zweite Sensorelement 502 erfasst eine physikalische Größe des Erfassungsziels und gibt ein zweites Erfassungssignal aus. Jedes der Sensorelemente 501 und 502 weist die gleiche Konfiguration auf und gibt das gleiche Erfassungssignal aus. Der Begriff „Sensorelement“ ist in den Zeichnungen auch als „SEN“ bezeichnet. Der Begriff „Einheit“ kann in den Zeichnungen auch weggelassen sein. Der Begriff „erstes“ ist in den Zeichnungen auch als „1.“ bezeichnet. Der Begriff „zweites“ ist in den Zeichnungen auch als „2.“ bezeichnet.
Jedes der Sensorelemente 501 und 502 wendet ein magnetisches Erfassungsverfahren unter Verwendung des magnetoresistiven Elements an. Aus diesem Grund detektiert jedes der Sensorelemente 501 und 502 eine magnetische Änderung, die vom Außenumfangsabschnitt des Zahnrades empfangen wird, wenn sich die Drehposition des Zahnrades aufgrund der Drehung des Zahnrades ändert. Insbesondere gibt jedes der Sensorelemente 501 und 502 ein Signal entsprechend der Position der Unebenheit in Übereinstimmung mit der Drehung des Zahnrades aus. Jedes der Sensorelemente 501 und 502 ist mit einem vorbestimmten Spalt in Bezug auf den Außenumfangsabschnitt des Zahnrades in Spaltrichtung angeordnet. Die Spaltrichtung ist eine radiale Richtung des Zahnrades.
Ein magnetoresistives Element zum Erfassen eines magnetischen Vektors hat den Vorteil, dass ein durch eine Spaltabweichung verursachter Genauigkeitsfehler aufgehoben werden kann. Darüber hinaus gibt es den Vorteil, dass der Einfluss einer im Sensorchip 500 erzeugten Spannung reduziert oder aufgehoben werden kann. Daher kann eine hochpräzise Erfassung erfolgen.
Der Verarbeitungschip 400 ist eine elektronische Komponente, die von den Sensorelementen 501 und 502 eingegebene Erfassungssignale verarbeitet. Der Verarbeitungschip 400 ist als ASIC (Application-specific integrated circuit bzw. anwendungsspezifische integrierte Schaltung) konfiguriert. Der Verarbeitungschip 400 beinhaltet ein Halbleitersubstrat 401, einen ersten Prozessor 402, einen zweiten Prozessor 403 und einen Isolierabschnitt 404.
Wie in 5 gezeigt, weist das Halbleitersubstrat 401 eine erste leitfähige Schicht 405, eine Isolierschicht 406 und eine zweite leitfähige Schicht 407 auf. Die Isolierschicht 406 ist auf der ersten leitfähigen Schicht 405 gebildet. Die zweite leitfähige Schicht 407 ist auf der Isolierschicht 406 gebildet. Mit anderen Worten, das Halbleitersubstrat 401 ist ein Schichtsubstrat, bei dem die erste leitfähige Schicht 405, die Isolierschicht 406 und die zweite leitfähige Schicht 407 aufeinander geschichtet sind.
Die erste leitfähige Schicht 405 und die zweite leitfähige Schicht 407 sind beispielsweise aus einkristallinem Si aufgebaut. Die Isolierschicht 406 ist beispielsweise aus SiO₂ aufgebaut. Mit anderen Worten, das Halbleitersubstrat 401 ist aus einem SOI-Substrat gebildet. Der erste Prozessor 402 und der zweite Prozessor 403 sind anhand eines Halbleiterprozesses in der zweiten leitfähigen Schicht 407 gebildet.
In diesem Beispiel ist der Halbleiterprozess ein Herstellungsverfahren zum Bilden einer Halbleiterstruktur oder eines Schaltungselements durch wiederholte Feinbearbeitung auf einem SOI-Wafer. Ein Montageprozess, bei dem mehrere Halbleiterchips auf einer einzigen Platine montiert werden, ist nicht der Halbleiterprozess.
Der in 4 gezeigte erste Prozessor 402 empfängt ein erstes Erfassungssignal vom ersten Sensorelement 501 und führt eine Signalverarbeitung aus. Der erste Prozessor 402 weist eine erste Schaltungseinheit 408 und eine erste Diagnoseeinheit 409 auf. Die erste Schaltungseinheit 408 empfängt das erste Erfassungssignal vom ersten Sensorelement 501 und erfasst eine Drehposition des Zahnrades auf der Grundlage des ersten Erfassungssignals.
Die erste Diagnoseeinheit 409 diagnostiziert selbst das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers im ersten Sensorelement 501 oder im ersten Prozessor 402. Wenn keine Abnormität erfasst wird, erlaubt die erste Diagnoseeinheit 409 der ersten Schaltungseinheit 408 die Ausgabe des ersten Erfassungssignals. Wenn eine Abnormität erfasst wird, unterbindet die erste Diagnoseeinheit 409 die Ausgabe des ersten Erfassungssignals. Die erste Diagnoseeinheit 409 ändert den Ausgang der ersten Schaltungseinheit 408 in ein erstes Abnormitätssignal.
Der zweite Prozessor 403 weist eine zweite Schaltungseinheit 410 und eine zweite Diagnoseeinheit 411 auf. Die zweite Schaltungseinheit 410 empfängt das zweite Erfassungssignal vom zweiten Sensorelement 502 und erfasst die Drehposition des Zahnrades auf der Grundlage des zweiten Erfassungssignals.
Die zweite Diagnoseeinheit 411 diagnostiziert selbst das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers im zweiten Sensorelement 502 oder im zweiten Prozessor 403. Wenn keine Abnormität erfasst wird, erlaubt die zweite Diagnoseeinheit 411 der zweiten Schaltungseinheit 410 die Ausgabe des zweiten Erfassungssignals. Wenn eine Abnormität erfasst wird, unterbindet die zweite Diagnoseeinheit 411 die Ausgabe des zweiten Erfassungssignals. Die zweite Diagnoseeinheit 411 ändert den Ausgang der zweiten Schaltungseinheit 410 in ein zweites Abnormitätssignal.
Die Prozessoren 402 und 403 weisen die gleiche Konfiguration auf. Daher bilden das erste Sensorelement 501 und der erste Prozessor 402 ein erstes System. Das zweite Sensorelement 502 und der zweite Prozessor 403 bilden ein zweites System. Mit anderen Worten, die Sensorelemente 501 und 502 und die Prozessoren 402 und 403 bilden ein Doppelsystem.
Der Sensorchip 500 und der Verarbeitungschip 400 arbeiten basierend auf einer Energieversorgung von einer externen Vorrichtung und der Masse. In der vorliegenden Ausführungsform sind eine gemeinsame Energiequelle und eine gemeinsame Masse für die Sensorelemente 501 und 502 sowie die Prozessoren 402 und 403 vorgesehen. Aus diesem Grund weist der Verarbeitungschip 400 eine Energieversorgungsverdrahtung 412 und eine Masseverdrahtung 413 auf. Die Energieversorgungsverdrahtung 412 ist eine Verdrahtung zum Versorgen des ersten Prozessors 402 und des zweiten Prozessors 403 mit Energie, der dem Energieversorgungsanschluss 200 zugeführt wird. Die Masseverdrahtung 413 stellt die Masse am Masseanschluss 201 für den ersten Prozessor 402 und den zweiten Prozessor 403 bereit.
Die Energieversorgungsverdrahtung 412 und die Masseverdrahtung 413 sind über der zweiten leitfähigen Schicht 407 ausgebildet. Eine der verzweigten Energieversorgungsverdrahtungen 412 ist mit dem ersten Prozessor 402 verbunden, und die andere der verzweigten Energieversorgungsverdrahtungen 412 ist mit dem zweiten Prozessor 403 verbunden. Selbiges gilt für die Masseverdrahtung 413. Obgleich nicht in den Zeichnungen gezeigt, sind die Energieversorgungsverdrahtung 412 und die Masseverdrahtung 413 elektrisch mit den mehreren Verdrahtungen 600 verbunden, um so elektrisch mit den Sensorelementen 501 und 502 verbunden zu sein.
Der Isolierabschnitt 404 ist konfiguriert ist, um den ersten Prozessor 402 und den zweiten Prozessor 403 elektrisch voneinander zu isolieren. Wie in den 4 und 5 gezeigt, wird der Isolierabschnitt 404 anhand eines Halbleiterprozesses im Halbleitersubstrat 401 gebildet.
Insbesondere beinhaltet der Isolierabschnitt 404 Gräben 414 und Isolatoren 415. Die Gräben 414 sind in der zweiten leitfähigen Schicht 407 vorgesehen, um den ersten Prozessor 402 und den zweiten Prozessor 403 in verschiedene Bereiche zu unterteilen und die Isolierschicht 406 zu erreichen. Mit anderen Worten, die Gräben 414 umgeben einen Bereich der zweiten leitfähigen Schicht 407 einschließlich des ersten Prozessors 402 und umgeben einen Bereich der zweiten leitfähigen Schicht 407 einschließlich des zweiten Prozessors 403.
Die Isolatoren 415 sind in den Gräben 414 vergrabene Elemente. Die Isolatoren 415 sind beispielsweise BPSG. Infolgedessen sind, in der zweiten leitfähigen Schicht 407, der Bereich, in dem der erste Prozessor 402 gebildet ist, und der Bereich, in dem der zweite Prozessor 403 gebildet ist, elektrisch voneinander isoliert.
Der Isolierabschnitt 404 wird wie folgt anhand eines Halbleiterprozesses gebildet. Zunächst wird eine SiO₂-Schicht auf der Oberfläche der zweiten leitfähigen Schicht 407 abgeschieden und werden Masken mit Öffnungen entsprechend den Gräben 414 gebildet. Die zweite leitfähige Schicht 407 wird unter Verwendung der Maske geätzt, um dadurch die Gräben 414 zu schaffen, die bis zur Isolierschicht 406 reichen. Anschließend werden Seitenwände der Gräben 414 oxidiert, und BPSG wird in den Gräben 414 als die Isolatoren 415 vergraben. Danach wird BPSG aufgeschmolzen, und eine Oberfläche der zweiten leitfähigen Schicht 407 wird chemisch mechanisch poliert. Die Schaltung von jedem der Prozessoren 402 und 403 wird nach dem Grabenisolierprozess gebildet.
In der zweiten leitfähigen Schicht 407 des Halbleitersubstrats 401 werden Bereiche verschieden von den Prozessoren 402 und 403 durch die Gräben 414 unterteilt. In jeder Kammer wird eine Schaltungseinheit mit einer vorbestimmten Funktion gebildet.
Im obigen Verarbeitungschip 400 wird ein Ausgang (01) des ersten Prozessors 402, der auf dem Diagnoseergebnis der ersten Diagnoseeinheit 409 basiert, über den ersten Ausgangsanschluss 202 nach außen gegeben. Ein Ausgang (02) des zweiten Prozessors 403, der auf dem Diagnoseergebnis der zweiten Diagnoseeinheit 411 basiert, wird über den zweiten Ausgangsanschluss 203 nach außen gegeben. Mit anderen Worten, der Verarbeitungschip 400 gibt die Ausgänge (Ausgangssignale) der jeweiligen Prozessoren 402 und 403 identifizierbar nach außen. Die Sensorvorrichtung 1 ist wie oben beschrieben konfiguriert.
Wie oben beschrieben, sind in der vorliegenden Ausführungsform die jeweiligen Prozessoren 402 und 403 durch den Isolierabschnitt 404 in einem Verarbeitungschip 400 elektrisch voneinander isoliert. Aus diesem Grund kann es unnötig sein, die Prozessoren 402 und 403 als dedizierte Chips vorzubereiten. Mit anderen Worten, zwei Verarbeitungschips 400 sind unnötig. Daher kann die Redundanz der Sensorvorrichtung 1 ohne Erhöhung der Kosten gewährleistet werden.
In diesem Beispiel besteht normalerweise, wenn zwei Chips zu einem Chip geformt werden, die Notwendigkeit, das Schaltungsdesign gemäß einer erforderlichen Spezifikation zu ändern. Aus diesem Grund muss jedes Mal ein Chip hergestellt werden, der einer speziellen Spezifikation entspricht. Mit anderen Worten, bei der herkömmlichen Ein-Chip-Konfiguration geht die Vielseitigkeit des Chips verloren. Da jedoch in der vorliegenden Ausführungsform jede Funktion durch die Verwendung der Gräben 414 elektrisch voneinander isoliert ist, braucht die spezielle Spezifikation beim Schaltungsdesign nicht berücksichtigt zu werden. Aus diesem Grund kann die Vielseitigkeit des Verarbeitungschips 400 erhöht werden.
Der Verarbeitungschip 400 gibt den Ausgang des ersten Prozessors 402 und den Ausgang des zweiten Prozessors 403 über die jeweiligen Ausgangsanschlüsse 202 und 203 aus. Aus diesem Grund kann unterschieden werden, ob das Ausgabeziel der Sensorvorrichtung 1 der Ausgang des ersten Prozessors 402 oder der Ausgang des zweiten Prozessors 403 ist. Mit anderen Worten, da das Ausgabeziel zwischen dem normalen Erfassungssignal und dem Abnormitätssignal unterscheiden kann, kann die Verarbeitung unter Verwendung des Erfassungssignals durch Auswahl des normalen Ausgangs fortgesetzt werden. Daher kann, auch wenn die Abnormität in der Sensorvorrichtung 1 auftritt, der kontinuierliche Betrieb des Ausgabeziels des Sensorausgangs ermöglicht werden.
In der Sensorvorrichtung 1 ist der Sensorchip 500 am ersten Ende 303 des Leiterrahmens 300 angeordnet. Aus diesem Grund kann jedes der Sensorelemente 501 und 502 in der Nähe des Erfassungsziels angeordnet werden. Da jedes der Sensorelemente 501 und 502 eine Änderung im Magnetfeld in der Ebenenrichtung entlang der Spaltrichtung erfasst, ist es ferner von Vorteil, eine Konfiguration zu verwenden, bei der der Sensorchip 500 auf der Frontfläche 301 des Leiterrahmens 300 montiert ist.
Gemäß einer Modifikation weist der Verarbeitungschip 400, wie in 6 gezeigt, einen ersten Kammerabschnitt 416, einen zweiten Kammerabschnitt 417 und Speichereinheiten 418 und 419 auf.
Der erste Kammerabschnitt 416 ist ein Bereich der zweiten leitfähigen Schicht 407, der durch den Isolierabschnitt 404 vom ersten Prozessor 402 und vom zweiten Prozessor 403 elektrisch isoliert ist. Der zweite Kammerabschnitt 417 ist ein Bereich der zweiten leitfähigen Schicht 407, der durch den Isolierabschnitt 404 von dem ersten Prozessor 402, dem zweiten Prozessor 403 und dem ersten Kammerabschnitt 416 elektrisch isoliert ist.
Die Speichereinheiten 418 und 419 sind Speicher zum Speichern von Daten. Die Speichereinheit 418 ist im ersten Kammerabschnitt 416 gebildet. Die Speichereinheit 419 ist im zweiten Kammerabschnitt 417 gebildet. Die Speichereinheiten 418 und 419 erfüllen die gleiche Funktion der Datenspeicherung sowohl im ersten Kammerabschnitt 416 als auch im zweiten Kammerabschnitt 417. Zum Beispiel speichert die Speichereinheit 418 des ersten Kammerabschnitts 416 Daten in Bezug auf den ersten Prozessor 402. Die Speichereinheit 419 des zweiten Kammerabschnitts 417 speichert Daten in Bezug auf den zweiten Prozessor 403.
Andererseits unterscheiden sich die Speichereinheiten 418 und 419 im Layout zwischen dem ersten Kammerabschnitt 416 und dem zweiten Kammerabschnitt 417. Unterschiedliches Layout bedeutet beispielsweise, dass die Richtung der Gate-Elektrode im ersten Kammerabschnitt 416 von derjenigen im zweiten Kammerabschnitt 417 verschieden ist, oder dass die Platzierung der Schaltungsanordnung zwischen dem ersten Kammerabschnitt 416 und dem zweiten Kammerabschnitt 417 unterschiedlich ist, oder dergleichen.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Verarbeitungschip 400, wie in 6 gezeigt, die Ausgabeeinheiten 420 und 421 in Bereichen aufweisen, die durch den Isolierabschnitt 404 unterteilt sind. Die Ausgabeeinheiten 420 und 421 sind Schaltungseinheiten zum Ausgeben der Erfassungssignale nach außen. Die Ausgabeeinheit 420 gibt das erste Erfassungssignal beispielsweise per SENT-Kommunikation aus. Die Ausgabeeinheit 421 gibt das zweite Erfassungssignal per PWM-Kommunikation aus. Die Ausgabeeinheiten 420 und 421 weisen die gleiche Funktion der Ausgabe eines Erfassungssignals nach außen auf, weisen jedoch völlig unterschiedliche Schaltungsanordnungen auf.
Wie oben beschrieben, kann eine Schaltungseinheit mit gleicher Funktion, aber unterschiedlichem Layout in dem durch den Isolierabschnitt 404 unterteilten Bereich bereitgestellt werden. Dadurch kann die Redundanz der Schaltungseinheiten wie der Speichereinheiten 418 und 419 und der Ausgabeeinheiten 420 und 421 verbessert werden.
Die Speichereinheiten 418 und 419 sowie die Ausgabeeinheiten 420 und 421 können den „Funktionseinheiten“ der vorliegenden Offenbarung entsprechen.
Gemäß einer Modifikation kann, wie in 7 gezeigt, der Energieversorgungsanschluss 200 einen ersten Draht 204 und einen zweiten Draht 205 aufweisen. Mit anderen Worten, zwei Drähte 204 und 205 sind mit einem Energieversorgungsanschluss 200 verbunden. Der erste Draht 204 ist elektrisch mit dem ersten Prozessor 402 verbunden. Der zweite Draht 205 ist elektrisch mit dem zweiten Prozessor 403 verbunden.
In gleicher Weise kann der Masseanschluss 201 einen dritten Draht 206 und einen vierten Draht 207 aufweisen. Mit anderen Worten, zwei Drähte 206 und 207 sind mit einem Masseanschluss 201 verbunden. Der dritte Draht 206 ist elektrisch mit dem ersten Prozessor 402 verbunden. Der vierte Draht 207 ist elektrisch mit dem zweiten Prozessor 403 verbunden.
Dadurch kann eine gemeinsame Energieversorgung von einem Energieversorgungsanschluss 200 über den ersten Draht 204 und den zweiten Draht 205 für den ersten Prozessor 402 und den zweiten Prozessor 403 bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann eine gemeinsame Masse von einem Masseanschluss 201 über den dritten Draht 206 und den vierten Draht 207 für den ersten Prozessor 402 und den zweiten Prozessor 403 bereitgestellt werden.
Gemäß einer Modifikation kann jedes der Sensorelemente 501 und 502 auf einem separaten Chip ausgebildet sein. Wie in 8 gezeigt, ist das erste Sensorelement 501 auf der Frontfläche 301 des ersten Endes 303 des Leiterrahmens 300 montiert. Demgegenüber ist das zweite Sensorelement 502 auf der Rückfläche 302 des ersten Endes 303 des Leiterrahmens 300 montiert. Das zweite Sensorelement 502 ist über einen Draht 602, der auf der Seite der Rückfläche 302 des Leiterrahmens 300 vorgesehen ist, und einen Draht 603, der auf der Seite der Frontfläche 301 des Leiterrahmens 300 vorgesehen ist, elektrisch mit dem zweiten Prozessor 403 verbunden.
Gemäß einer Modifikation kann, wie in 9 gezeigt, ein weiterer Verarbeitungschip 422 auf der Rückfläche 302 des Leiterrahmens 300 vorgesehen sein. Das zweite Sensorelement 502 ist beispielsweise elektrisch mit dem weiteren Verarbeitungschip 422 verbunden.
(Zweite Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform sind hauptsächlich Abschnitte verschieden von denjenigen der ersten Ausführungsform beschrieben. Wie in 10 gezeigt, weist der Verarbeitungschip 400 eine Schalteinheit 423 auf. Die Schalteinheit 423 schaltet zwischen einem Ausgang des ersten Prozessors 402, der auf einem Diagnoseergebnis der ersten Diagnoseeinheit 409 basiert, und einem Ausgang des zweiten Prozessors 403, der auf einem Diagnoseergebnis der zweiten Diagnoseeinheit 411 basiert, und gibt den geschalteten Ausgang nach außen aus.
Dies hat zur Folge, dass die Ausgänge der jeweiligen Prozessoren 402 und 403 nicht immer (ständig) ausgegeben werden, sondern einer der Ausgänge der jeweiligen Prozessoren 402 und 403 von der Schalteinheit 423 nach außen gegeben wird. Mit anderen Worten, ein Ausgang (0) wird von der Sensorvorrichtung 1 ausgegeben. Folglich weist die Sensorvorrichtung 1, wie in 11 gezeigt, zusätzlich zu dem Energieversorgungsanschluss 200 und dem Masseanschluss 201 einen Ausgangsanschluss 208 auf. Mit anderen Worten, obwohl die Sensorvorrichtung 1 eine Doppelsystem-Schaltungsanordnung aufweist, kann die Anzahl von Anschlüssen der Sensorvorrichtung 1 durch die Einbeziehung der Schalteinheit 423 minimiert werden.
In diesem Fall sind nur zwei Kondensatoren 305 zur Rauschunterdrückung erforderlich. Der eine Kondensator 305 ist zwischen dem Masseanschluss 201 und dem Ausgangsanschluss 208 vorgesehen. Der andere Kondensator 305 ist zwischen einem Ausgangsanschluss 3 und dem Energieversorgungsanschluss 200 vorgesehen.
Die Schalteinheit 423 gibt abwechselnd die Ausgänge der jeweiligen Prozessoren 402 und 403 nach außen, wenn in den jeweiligen Systemen kein Fehler aufgetreten ist. Wenn in einem der Systeme ein Fehler aufgetreten ist, setzt die Schalteinheit 423 die Ausgabe des Systems fort, in dem kein Fehler aufgetreten ist. Infolgedessen kann das Ausgabeziel den Betrieb mit einem normalen Wert fortsetzen.
Gemäß einer Modifikation kann die Schalteinheit 423 in einem Bereich gebildet sein, der durch den Isolierabschnitt 404 in die zweite leitfähige Schicht 407 unterteilt ist. In diesem Fall ist die Schalteinheit 423 über eine Verdrahtung, die oberhalb der zweiten leitfähigen Schicht 407 vorgesehen ist, elektrisch mit den jeweiligen Prozessoren 402 und 403 verbunden.
(Dritte Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform sind hauptsächlich Abschnitte verschieden von denjenigen der ersten Ausführungsform beschrieben. Wie in 12 gezeigt, sind in der vorliegenden Ausführungsform die Energieversorgung und die Masse für jeden der Prozessoren 402 und 403 vorgesehen. Aus diesem Grund weist die Sensorvorrichtung 1, wie in 13 gezeigt, einen Energieversorgungsanschluss 209 (V1), einen Masseanschluss 210 (G1) und den ersten Ausgangsanschluss 202 (O1), die für den ersten Prozessor 402 bestimmt sind, auf. Die Sensorvorrichtung 1 weist einen Energieversorgungsanschluss 211 (V2), einen Masseanschluss 212 (G2) und den zweiten Ausgangsanschluss 203 (O2), die für den zweiten Prozessor 403 bestimmt sind, auf.
In der vorliegenden Ausführungsform sind vier Kondensatoren 305 zur Rauschunterdrückung vorgesehen. Die Kondensatoren 305 sind zwischen die jeweiligen Anschlüsse 202, 209 und 210 geschaltet. In gleicher Weise sind die Kondensatoren 305 zwischen die jeweiligen Anschlüsse 203, 211 und 212 geschaltet.
Gemäß der obigen Konfiguration kann, auch wenn die Abnormität in der Energieversorgung oder der Masse eines der Systeme auftritt, der Sensorausgang kontinuierlich von dem anderen System ausgegeben werden.
Gemäß einer Modifikation kann die Sensorvorrichtung 1 die in 10 gezeigte Schalteinheit 423 aufweisen. Obgleich die Energieversorgungsanschlüsse 209 und 211 und die Masseanschlüsse 210 und 212 in jedem System voneinander getrennt sind, können die Ausgangsanschlüsse zu einem kombiniert sein.
(Vierte Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform sind Abschnitte beschrieben, die sich von den jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen unterscheiden. Wie in 14 gezeigt, weist die erste Schaltungseinheit 408 des ersten Prozessors 402 eine Signalverstärkungseinheit 424, eine erste Erzeugungseinheit 425, eine zweite Erzeugungseinheit 426, eine dritten Erzeugungseinheit 427 und eine erste Bestimmungseinheit 428 auf. Der Begriff „dritte“ ist in den Zeichnungen auch als „3.“ bezeichnet.
Die Signalverstärkungseinheit 424 ist eine Schaltungseinheit, die ein erstes Erfassungssignal von einem ersten Sensorelement 501 empfängt und das Signal verstärkt. Die Signalverstärkungseinheit 424 gibt das verarbeitete erste Erfassungssignal an jede der Erzeugungseinheiten 425 bis 427 aus.
Die erste Erzeugungseinheit 425 ist eine Schaltungseinheit, die das erste Erfassungssignal von der Signalverstärkungseinheit 424 empfängt und ein erstes Ausgangssignal erzeugt. Die zweite Erzeugungseinheit 426 ist eine Schaltungseinheit, die das erste Erfassungssignal von der Signalverstärkungseinheit 424 empfängt und ein zweites Ausgangssignal erzeugt, das mit dem ersten Ausgangssignal identisch ist. Die dritte Erzeugungseinheit 427 ist eine Schaltungseinheit, die das erste Erfassungssignal von der Signalverstärkungseinheit 424 empfängt und ein drittes Ausgangssignal erzeugt, das mit dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal identisch ist. Jede der Erzeugungseinheiten 425 bis 427 weist die gleiche Konfiguration auf. Mit anderen Worten, die Ausgangsschaltungseinheit der ersten Schaltungseinheit 408 ist ein Dreifachsystem.
Jede der Erzeugungseinheiten 425 bis 427 erzeugt z.B. ein PWM-Signal als ein Ausgangssignal. Jede der Erzeugungseinheiten 425 bis 427 erzeugt dasselbe PWM-Signal, wenn in keiner der Erzeugungseinheiten ein Fehler auftritt.
Die erste Bestimmungseinheit 428 ist eine Schaltungseinheit, die das erste Ausgangssignal, das zweite Ausgangssignal und das dritte Ausgangssignal von den jeweiligen Erzeugungseinheiten 425 bis 427 empfängt und bestimmt, welches Ausgangssignal auszugeben ist. Die erste Bestimmungseinheit 428 trifft eine Mehrheitsentscheidung (majority vote) der Signalwerte der jeweiligen Ausgangssignale (mit anderen Worten, wählt eine Mehrheit eines Signalwertes von jedem der jeweiligen Signale aus) und bestimmt ein Ausgangssignal des Mehrheitssignalwertes als ein Signal, das nach außen zu geben ist.
Wenn z.B. das PWM-Signal der ersten Erzeugungseinheit 425 „1“ ist, das PWM-Signal der zweiten Erzeugungseinheit 426 „1“ ist und das PWM-Signal der dritten Erzeugungseinheit 427 „0“ ist, ist die Anzahl der Signalwerte von „1“ zwei und die Anzahl der Signalwerte von „0“ eins. In diesem Fall wird das Verhältnis von zwei zu eins erhalten, und das PWM-Signal mit dem Signalwert „1“ ist die Mehrheit. Daher gibt die erste Bestimmungseinheit 428 die Mehrheit bzw. Majorität des ersten Ausgangssignals oder des zweiten Ausgangssignals als das Sensorausgang (01) nach außen. Als Ergebnis kann der erste Prozessor 402 ein normales Ausgangssignal nach außen abgeben.
Die erste Diagnoseeinheit 409 beinhaltet ein erstes Diagnosesensorelement 429, eine Signalverstärkungseinheit 430, eine Spannungsüberwachungseinheit 431 und Vergleichsüberwachungseinheiten 432 und 433. Der Begriff „Überwachung“ ist in den Zeichnungen auch als „ÜBERWACH“ bezeichnet.
Das erste Diagnosesensorelement 429 ist ein Element für eine Diagnose des ersten Sensorelements 501. Das erste Diagnosesensorelement 429 ist im Verarbeitungschip 400 gebildet. Das erste Diagnosesensorelement 429 weist die gleiche Konfiguration wie das erste Sensorelement 501 auf. Das erste Diagnosesensorelement 429 gibt das gleiche erste Erfassungssignal wie das erste Sensorelement 501 aus.
Die Signalverstärkungseinheit 430 ist eine Schaltungseinheit, die ein erstes Erfassungssignal vom ersten Diagnosesensorelement 429 empfängt und das Signal verstärkt. Die Signalverstärkungseinheit 430 ist eine Schaltungseinheit zur Diagnose, die die gleiche Funktion wie die Signalverstärkungseinheit 424 aufweist.
Die Spannungsüberwachungseinheit 431 empfängt das erste Erfassungssignal, das vom ersten Sensorelement 501 ausgegeben wird, und das erste Erfassungssignal, das vom ersten Diagnosesensorelement 429 ausgegeben wird. Die Spannungsüberwachungseinheit 431 diagnostiziert das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers im ersten Sensorelement 501 durch Vergleichen von Spannungswerten, die Signalwerte der jeweiligen Erfassungssignale sind, miteinander.
Die Vergleichsüberwachungseinheit 432 diagnostiziert das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers in der Signalverstärkungseinheit 424 durch Vergleichen des ersten Erfassungssignals, das von der Signalverstärkungseinheit 424 ausgegeben wird, und des ersten Erfassungssignals, das von der Signalverstärkungseinheit 430 ausgegeben wird, miteinander.
Die Vergleichsüberwachungseinheit 433 empfängt das erste Ausgangssignal, das zweite Ausgangssignal und das dritte Ausgangssignal von den jeweiligen Erzeugungseinheiten 425 bis 427 und vergleicht die Ausgangssignale. Infolgedessen diagnostiziert die Vergleichsüberwachungseinheit 433 das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers bzw. Ausfalls in irgendeiner der Erzeugungseinheiten 425 bis 427.
Die erste Diagnoseeinheit 409 steuert die Ausgabe der ersten Bestimmungseinheit 428, wenn die Spannungsüberwachungseinheit 431 und die Vergleichsüberwachungseinheiten 432 und 433 einen Fehler diagnostizieren. Zum Beispiel ändert die erste Diagnoseeinheit 409 die Ausgabe der ersten Bestimmungseinheit 428 in ein erstes Abnormitätssignal.
Der zweite Prozessor 403 weist die gleiche Funktion wie der erste Prozessor 402 auf. Mit anderen Worten, die zweite Schaltungseinheit 410 beinhaltet eine Signalverstärkungseinheit 434, eine vierte Erzeugungseinheit 435, eine fünfte Erzeugungseinheit 436, eine sechste Erzeugungseinheit 437 und eine zweite Bestimmungseinheit 438. Der Begriff „vierte “ ist in den Zeichnungen auch als „4.“ bezeichnet. Der Begriff „fünfte “ ist in den Zeichnungen auch als „5.“ bezeichnet. Der Begriff „sechste“ ist in den Zeichnungen auch als „6.“ bezeichnet.
Die Signalverstärkungseinheit 434 ist eine Schaltungseinheit, die ein zweites Erfassungssignal vom zweiten Sensorelement 502 empfängt und das Signal verstärkt. Die Signalverstärkungseinheit 434 gibt das verarbeitete zweite Erfassungssignal an jede der Erzeugungseinheiten 435 bis 437 aus.
Die vierte Erzeugungseinheit 435 ist eine Schaltungseinheit, die das zweite Erfassungssignal von der Signalverstärkungseinheit 434 empfängt und ein viertes Ausgangssignal erzeugt. Die fünfte Erzeugungseinheit 436 ist eine Schaltungseinheit, die das zweite Erfassungssignal von der Signalverstärkungseinheit 434 empfängt und ein fünftes Ausgangssignal erzeugt, das mit dem vierten Ausgangssignal identisch ist. Die sechste Erzeugungseinheit 437 ist eine Schaltungseinheit, die das zweite Erfassungssignal von der Signalverstärkungseinheit 434 empfängt und ein sechstes Ausgangssignal erzeugt, das mit dem vierten Ausgangssignal und dem fünften Ausgangssignal identisch ist. Jede der Erzeugungseinheiten 435 bis 437 weist die gleiche Konfiguration auf. Mit anderen Worten, eine Ausgangsschaltungseinheit der zweiten Schaltungseinheit 410 ist ein Dreifachsystem. Jede der Erzeugungseinheiten 435 bis 437 erzeugt z.B. ein PWM-Signal als ein Ausgangssignal.
Die zweite Bestimmungseinheit 438 ist eine Schaltungseinheit, die das vierte Ausgangssignal, das fünfte Ausgangssignal und das sechste Ausgangssignal von den jeweiligen Erzeugungseinheiten 435 bis 437 empfängt und bestimmt, welches Ausgangssignal auszugeben ist. Die zweite Bestimmungseinheit 438 trifft eine Mehrheitsentscheidung (majority vote) der Signalwerte der jeweiligen Ausgangssignale und bestimmt ein Ausgangssignal des Mehrheitssignalwertes als ein Signal, das nach außen auszugeben ist. Die zweite Bestimmungseinheit 438 gibt das Ausgangssignal der Mehrheit bzw. Majorität als einen Sensorausgang (02) nach außen.
Die zweite Diagnoseeinheit 411 beinhaltet ein zweites Diagnosesensorelement 439, eine Signalverstärkungseinheit 440, eine Spannungsüberwachungseinheit 441 und Vergleichsüberwachungseinheiten 442 und 443.
Das zweite Diagnosesensorelement 439 ist ein Element für eine Diagnose des zweiten Sensorelements 502. Das zweite Diagnosesensorelement 439 ist im Verarbeitungschip 400 gebildet. Das zweite Diagnosesensorelement 439 ist ein Element mit der gleichen Konfiguration wie das zweite Sensorelement 502. Das zweite Diagnosesensorelement 439 gibt das gleiche zweite Erfassungssignal wie das zweite Sensorelement 502 aus.
Die Signalverstärkungseinheit 440 ist eine Schaltungseinheit, die das zweite Erfassungssignal vom zweiten Diagnosesensorelement 439 empfängt und das Signal verstärkt. Die Signalverstärkungseinheit 440 ist eine Schaltungseinheit, die zur Diagnose verwendet wird und die gleiche Funktion wie die Signalverstärkungseinheit 434 aufweist.
Die Spannungsüberwachungseinheit 441 empfängt das erste Erfassungssignal, das vom zweiten Sensorelement 502 ausgegeben wird, und das zweite Erfassungssignal, das vom zweiten Diagnosesensorelement 439 ausgegeben wird. Die Spannungsüberwachungseinheit 441 diagnostiziert das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers im zweiten Sensorelement 502 durch Vergleichen von Spannungswerten, die Signalwerte der jeweiligen Erfassungssignale sind, miteinander.
Die Vergleichsüberwachungseinheit 442 diagnostiziert das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers in der Signalverstärkungseinheit 434 durch Vergleichen des zweiten Erfassungssignals, das von der Signalverstärkungseinheit 440 ausgegeben wird, mit dem zweiten Erfassungssignal, das von der Signalverstärkungseinheit 434 ausgegeben wird.
Die Vergleichsüberwachungseinheit 443 empfängt das vierte Ausgangssignal, das fünfte Ausgangssignal und das sechste Ausgangssignal von den jeweiligen Erzeugungseinheiten 435 bis 437 und vergleicht die Ausgangssignale. Infolgedessen diagnostiziert die Vergleichsüberwachungseinheit 443 das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers bzw. Ausfalls in irgendeiner der Erzeugungseinheiten 435 bis 437.
Wenn die Spannungsüberwachungseinheit 441 und die Vergleichsüberwachungseinheiten 442 und 443 einen Fehler diagnostizieren, steuert die zweite Diagnoseeinheit 411 die Ausgabe der zweiten Bestimmungseinheit 438. Beispielsweise ändert die zweite Diagnoseeinheit 411 die Ausgabe der zweiten Bestimmungseinheit 438 in ein zweites Abnormitätssignal. Die Sensorvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist wie oben beschrieben konfiguriert.
In der oben beschriebenen Konfiguration sind die Ausgangsschaltungseinheiten der ersten Schaltungseinheit 408 und der zweiten Schaltungseinheit 410 als Dreifachsystem konfiguriert. Demgegenüber ist es, wenn z.B. die erste Schaltungseinheit 408 nur die erste Erzeugungseinheit 425 aufweist, unklar, ob ein normales Ausgangssignal von der ersten Erzeugungseinheit 425 ausgegeben wird, bis die Diagnose von der ersten Diagnoseeinheit 409 bestätigt wird. Ferner ist es, wenn die erste Schaltungseinheit 408 über die erste Erzeugungseinheit 425 und die zweite Erzeugungseinheit 426 verfügt, bei einem Ausfall der ersten Erzeugungseinheit 425 oder der zweiten Erzeugungseinheit 426 nicht bekannt, von welcher der ersten Erzeugungseinheit 425 und der zweiten Erzeugungseinheit 426 ein normales Ausgangssignal ausgegeben wird.
Wenn die erste Schaltungseinheit 408 jedoch drei Erzeugungseinheiten 425 bis 427 aufweist, kann ein als normal geschätztes Ausgangssignal aus den drei Ausgangssignalen extrahiert werden, wie bei der oben beschriebenen Mehrheitsentscheidung. Daher kann die Redundanz auch im ersten Prozessor 402 gewährleistet werden. Die gleichen Effekte können mit der zweiten Schaltungseinheit 410 erzielt werden. Daher kann Redundanz auch im zweiten Prozessor 403 gewährleistet werden.
Die Vergleichsüberwachungseinheit 433 der ersten Diagnoseeinheit 409 kann einer „ersten Vergleichsüberwachungseinheit“ der vorliegenden Offenbarung entsprechen. Die Vergleichsüberwachungseinheit 443 der zweiten Diagnoseeinheit 411 kann einer „zweiten Vergleichsüberwachungseinheit“ der vorliegenden Offenbarung entsprechen.
Gemäß einer Modifikation können das erste Diagnosesensorelement 429 und das zweite Diagnosesensorelement 439 im Sensorchip 500 und nicht im Verarbeitungschip 400 ausgebildet sein.
Gemäß einer Modifikation ist jede der Erzeugungseinheiten 425 bis 427 und jede der Erzeugungseinheiten 435 bis 437 nicht auf ein Dreifachsystem beschränkt. Diese Erzeugungseinheiten können zum Beispiel als Vierfach- oder Fünffachsystem konfiguriert sein. Die mehreren Erzeugungseinheiten fallen selten gleichzeitig aus. Daher wird eine Mehrheitsentscheidung getroffen, wenn die Erzeugungseinheit konfiguriert ist, um mindestens über ein Dreifachsystem zu verfügen.
Gemäß einer Modifikation ist das von jeder der Erzeugungseinheiten 425 bis 427 und 435 bis 437 erzeugte Signal nicht auf das PWM-Signal beschränkt. Zum Beispiel kann ein Signal für eine SENT-Kommunikation oder ein einfaches Spannungssignal für das obige Signal verwendet werden.
(Weitere Ausführungsformen)
Die Konfigurationen der Sensorvorrichtung 1 in jeder der obigen Ausführungsformen sind nur Beispiele, und die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben gezeigten Konfigurationen beschränkt, sondern es können andere Konfigurationen verwendet werden, die die vorliegende Offenbarung umsetzen können. Zum Beispiel ist die Struktur für die elektrische Isolierung durch den Isolierabschnitt 404 nicht auf die in den 4, 10 und 12 gezeigten Beispiele beschränkt. Die Prozessoren 402 und 403 können beispielsweise nicht an den Positionen unterteilt sein, die durch den Isolierabschnitt 404 getrennt werden. Die Prozessoren 402 und 403 können an nebeneinander liegenden Positionen angeordnet sein, die durch den Isolierabschnitt 404 getrennt werden.
Das Halbleitersubstrat 401 ist nicht auf ein SOI-Substrat beschränkt. Das Halbleitersubstrat 401 kann beispielsweise ein zweischichtiges Laminiersubstrat sein, bei dem die zweite leitfähige Schicht 407 geschichtet auf der Isolierschicht 406 angeordnet ist. Da der Isolierabschnitt 404 durch einen Halbleiterprozess gebildet werden kann, kann das Halbleitersubstrat 401 so konfiguriert sein, dass mehrere Gräben in einem Siliziumsubstrat vorgesehen sind, eine Isolierschicht auf einer Wandoberfläche jedes Grabens gebildet ist und eine Siliziumschicht in einer Nut der Isolierschicht vergraben ist. Da die Prozessoren 402 und 403 elektrisch voneinander getrennt werden können, kann der erste Prozessor 402 in der ersten leitfähigen Schicht 405 gebildet sein und kann der zweite Prozessor 403 in der zweiten leitfähigen Schicht 407 gebildet sein. In diesem Fall dient die Isolierschicht 406 als der Isolierabschnitt 404.
Das Erfassungsziel ist nicht auf ein Zahnrad beschränkt. Das Erfassungsziel kann ein magnetisierter Rotor sein, bei dem ein erster Magnetpol und ein zweiter Magnetpol abwechselnd auf einem Außenumfangsabschnitt eines rotierenden Körpers vorgesehen sind. Ferner ist das Erfassungsziel nicht auf den rotierenden Körper beschränkt. Folglich ist die erfasste physikalische Größe nicht auf Magnetismus beschränkt. Die physikalische Größe ist beispielsweise Druck, Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit, Licht, Temperatur, Feuchtigkeit, Strom, Verzerrung oder dergleichen.
Die in jeder der obigen Ausführungsformen gezeigte Sensorvorrichtung 1 wird an einem Fahrzeug montiert. Daher ist die vorliegende Offenbarung auf ein autonomes Steuern eines Systems in Bezug auf Fahren, Abbiegen oder Anhalten, wie z.B. eine Schaltung, eine Lenkung, eine Bremse und dergleichen, anwendbar. Selbstverständlich ist die Sensorvorrichtung 1 nicht auf den Fall der Montage an einem Fahrzeug beschränkt.
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 Patentliteratur

JP 2017 [0005]
JP 191093 A [0005]

Claims

Sensorvorrichtung mit: - einem ersten Sensorelement (501), das konfiguriert ist, um - eine physikalische Größe eines Erfassungsziels zu erfassen, und - ein erstes Erfassungssignal auszugeben; - einem zweiten Sensorelement (502), das konfiguriert ist, um - die physikalische Größe des Erfassungsobjekts zu erfassen, und - ein zweites Erfassungssignal auszugeben; und - einem Verarbeitungschip (400), der aufweist: - ein Halbleitersubstrat (401), - einen ersten Prozessor (402), der - in dem Halbleitersubstrat gebildet ist, - konfiguriert ist, um das erste Erfassungssignal vom ersten Sensorelement zu empfangen, und - konfiguriert ist, um das erste Erfassungssignal zu verarbeiten, - einen zweiten Prozessor (403), der - in dem Halbleitersubstrat gebildet ist, - konfiguriert ist, um das zweite Erfassungssignal vom zweiten Sensorelement zu empfangen, und - konfiguriert ist, um das zweite Erfassungssignal zu verarbeiten, und - einen Isolierabschnitt (404), der - anhand eines Halbleiterprozesses in dem Halbleitersubstrat gebildet ist, und - konfiguriert ist, um den ersten Prozessor und den zweiten Prozessor elektrisch voneinander zu isolieren, wobei - der erste Prozessor eine erste Diagnoseeinheit (409) aufweist, die konfiguriert ist, um eine Eigendiagnose über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers in dem ersten Sensorelement oder dem ersten Prozessor vorzunehmen; - der zweite Prozessor eine zweite Diagnoseeinheit (411) aufweist, die konfiguriert ist, um eine Eigendiagnose über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers in dem zweiten Sensorelement oder dem zweiten Prozessor vorzunehmen; und - der Verarbeitungschip konfiguriert ist, um eine erste Ausgabe des ersten Prozessors basierend auf einem Diagnoseergebnis der ersten Diagnoseeinheit und eine zweite Ausgabe des zweiten Prozessors basierend auf einem Diagnoseergebnis der zweiten Diagnoseeinheit identifizierbar nach außen zu geben.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei - das Halbleitersubstrat ein Laminiersubstrat ist, das eine erste leitfähige Schicht (405), eine auf der ersten leitfähigen Schicht ausgebildete Isolierschicht (406) und eine auf der Isolierschicht ausgebildete zweite leitfähige Schicht (407) aufweist; - die zweite leitfähige Schicht den ersten Prozessor aufweist, und der zweite Prozessor laminiert ist; und - der Isolierabschnitt einen Graben (414), der in der zweiten leitfähigen Schicht vorgesehen ist, um den ersten Prozessor und den zweiten Prozessor in verschiedene Bereiche zu unterteilen und die Isolierschicht zu erreichen, und einen in dem Graben vergrabenen Isolator (415) aufweist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verarbeitungschip ferner aufweist: - einen ersten Kammerabschnitt (416), der in dem Halbleitersubstrat gebildet und von dem ersten und dem zweiten Prozessor durch den Isolierabschnitt elektrisch isoliert ist; - einen zweiten Kammerabschnitt (417), der in dem Halbleitersubstrat gebildet und von dem ersten Prozessor, dem zweiten Prozessor und dem ersten Kammerabschnitt durch den Isolierabschnitt elektrisch isoliert ist; und - eine Funktionseinheit (418 bis 421), die - sowohl im ersten als auch im zweiten Kammerabschnitt gebildet ist, - konfiguriert ist, um die identische Funktion sowohl im ersten als auch im zweiten Kammerabschnitt auszuführen, und - sich im Layout zwischen dem ersten und dem zweiten Kammerabschnitt unterscheidet.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verarbeitungschip eine Schalteinheit (423) aufweist, die konfiguriert ist, um - die erste Ausgabe des ersten Prozessors basierend auf dem Diagnoseergebnis der ersten Diagnoseeinheit oder die zweite Ausgabe des zweiten Prozessors basierend auf dem Diagnoseergebnis der zweiten Diagnoseeinheit zu wählen, und - eine gewählte Ausgabe nach außen zu geben.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei - der erste Prozessor aufweist: - eine erste Erzeugungseinheit (425), die konfiguriert ist, um ein erstes Ausgangssignal auf der Grundlage des ersten Erfassungssignals zu erzeugen, - eine zweite Erzeugungseinheit (426), die konfiguriert ist, um auf der Grundlage des ersten Erfassungssignals ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, das mit dem ersten Ausgangssignal identisch ist, - eine dritte Erzeugungseinheit (427), die konfiguriert ist, um ein drittes Ausgangssignal, das mit dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal identisch ist, auf der Grundlage des ersten Erfassungssignals zu erzeugen, und - eine erste Bestimmungseinheit (428), die konfiguriert ist, um - das erste Ausgangssignal, das zweite Ausgangssignal und das dritte Ausgangssignal zu empfangen, - eine Mehrheit eines Signalwertes von jedem des ersten Ausgangssignals, des zweiten Ausgangssignals und des dritten Ausgangssignals zu wählen, und - ein Ausgangssignal des Signalwertes entsprechend der Mehrheit als ein Signal zu bestimmen, das nach außen zu geben ist, - die erste Diagnoseeinheit eine erste Vergleichsüberwachungseinheit (433) aufweist, die konfiguriert ist, um - das erste Ausgangssignal, das zweite Ausgangssignal und das dritte Ausgangssignal zu empfangen, und - das erste Ausgangssignal, das zweite Ausgangssignal und das dritte Ausgangssignal zu vergleichen, um einen Fehler in mindestens einer von der ersten Erzeugungseinheit, der zweiten Erzeugungseinheit und der dritten Erzeugungseinheit zu diagnostizieren, - der zweite Prozessor aufweist: - eine vierte Erzeugungseinheit (435), die konfiguriert ist, um ein viertes Ausgangssignal auf der Grundlage des zweiten Erfassungssignals zu erzeugen, - eine fünfte Erzeugungseinheit (436), die konfiguriert ist, um auf der Grundlage des zweiten Erfassungssignals ein fünftes Ausgangssignal zu erzeugen, das mit dem vierten Ausgangssignal identisch ist, - eine sechste Erzeugungseinheit (437), die konfiguriert ist, um ein sechstes Ausgangssignal, das mit dem vierten und dem fünften Ausgangssignal identisch ist, auf der Grundlage des zweiten Erfassungssignals zu erzeugen, und - eine zweite Bestimmungseinheit (438), die konfiguriert ist, um - das vierte Ausgangssignal, das fünfte Ausgangssignal und das sechste Ausgangssignal zu empfangen, und - eine Mehrheit eines Signalwertes von jedem des vierten Ausgangssignals, des fünften Ausgangssignals und des sechsten Ausgangssignals zu wählen, und ein Ausgangssignal des Signalwertes entsprechend der Mehrheit als ein Signal zu bestimmen, das nach außen zu geben; und - die zweite Diagnoseeinheit eine zweite Vergleichsüberwachungseinheit (443) aufweist, die konfiguriert ist, um - das vierte Ausgangssignal, das fünfte Ausgangssignal und das sechste Ausgangssignal zu empfangen, und - das vierte Ausgangssignal, das fünfte Ausgangssignal und das sechste Ausgangssignal zu vergleichen, um einen Fehler in mindestens einer von der vierten Erzeugungseinheit, der fünften Erzeugungseinheit und der sechsten Erzeugungseinheit zu diagnostizieren.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei - eine gemeinsame Energieversorgung für den ersten Prozessor und den zweiten Prozessor bereitgestellt ist; und - eine gemeinsame Masse für den ersten Prozessor und den zweiten Prozessor bereitgestellt ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, ferner aufweisend: - einen Energieversorgungsanschluss (200), an dem Energie bereitgestellt wird; und - einen Masseanschluss (201), der auf Masse gelegt ist, wobei - der Verarbeitungschip aufweist: - eine Energieversorgungsverdrahtung (412), über die die am Energieversorgungsanschluss bereitgestellte Energie dem ersten Prozessor und dem zweiten Prozessor zugeführt wird, und - eine Masseverdrahtung (413), über die die am Masseanschluss bereitgestellte Masse dem ersten Prozessor und dem zweiten Prozessor zugeführt wird.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, ferner aufweisend: - einen Energieversorgungsanschluss (200), an dem Energie bereitgestellt wird; und - einen Masseanschluss (201), der auf Masse gelegt ist, wobei - der Energieversorgungsanschluss - einen ersten Draht (204), der elektrisch mit dem ersten Prozessor verbunden ist, und einen zweiten Draht (205), der elektrisch mit dem zweiten Prozessor verbunden ist, aufweist, und - konfiguriert ist, um die Energie gemeinsam dem ersten Prozessor und dem zweiten Prozessor über den ersten Draht und den zweiten Draht zuzuführen; und - der Masseanschluss - einen dritten Draht (206), der elektrisch mit dem ersten Prozessor verbunden ist, und einen vierten Draht (207), der elektrisch mit dem zweiten Prozessor verbunden ist, aufweist, und - konfiguriert ist, um die Masse gemeinsam dem ersten Prozessor und dem zweiten Prozessor über den dritten Draht und den vierten Draht zuzuführen.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: - den Energieversorgungsanschluss (200), an dem die Energie bereitgestellt wird; - den Masseanschluss (201), an dem die Masse bereitgestellt wird; - einen Leiterrahmen (300); und - einen Formharzabschnitt (100), wobei - das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement an einem ersten Ende (303) des Leiterrahmens montiert sind; - der Verarbeitungschip zwischen dem ersten Ende des Leiterrahmens und einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende (304) montiert ist; - der Energieversorgungsanschluss und der Masseanschluss neben dem zweiten Ende des Leiterrahmens angeordnet sind; und - der Formharzabschnitt das erste Sensorelement, das zweite Sensorelement, den Verarbeitungschip, den Leiterrahmen, einen Teil des Energieversorgungsanschlusses auf einer Seite nahe dem zweiten Ende des Leiterrahmens und einen Teil des Masseanschlusses auf einer Seite nahe dem zweiten Ende des Leiterrahmens versiegelt.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei - der Leiterrahmen eine Frontfläche (301) und eine Rückfläche (302) aufweist; - das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement auf der Frontfläche des ersten Endes des Leiterrahmens montiert sind; und - der Verarbeitungschip zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Frontfläche des Leiterrahmens montiert ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei - der Leiterrahmen eine Frontfläche (301) und eine Rückfläche (302) aufweist; - das erste Sensorelement auf der Frontfläche des ersten Endes des Leiterrahmens montiert ist; - das zweite Sensorelement auf der Rückfläche des ersten Endes des Leiterrahmens montiert ist; und - der Verarbeitungschip zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Frontfläche des Leiterrahmens montiert ist.