DE102020213559A1

DE102020213559A1 - Bestimmung einer Information über eine Verbindung einer Schaltungskomponente

Info

Publication number: DE102020213559A1
Application number: DE102020213559.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Huemer; Christoph Schertz; Ronny Andreas Schomacker
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2040-10-29
Also published as: DE102020213559B4; US11994890B2; US20220129025A1; CN114487764A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Information über eine Verbindung einer Schaltungskomponente, die mit einem Ausgang eines Reglers verbunden ist, um Schwingungen eines Ausgangssignals an dem Ausgang des Reglers zu reduzieren. Die Vorrichtung weist eine Verarbeitungseinheit auf, die ausgelegt ist, um basierend auf einer Mehrzahl von Messsignalen, die jeweils eine Information über das Ausgangssignal des Reglers aufweisen und aufgenommen wurden, während eine Lastkomponente eine elektrische Last am Ausgang des Reglers erzeugt, einen statistischen Wert zu erzeugen, der ein Maß für Schwankungen der Messsignale und somit des Ausgangssignals am Ausgang des Reglers ist. Ferner ist die Verarbeitungseinheit ausgelegt, um den statistischen Wert mit einem Grenzwert zu vergleichen und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs die Information über die Verbindung der Schaltungskomponente zu bestimmen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung einer Information über eine Verbindung einer Schaltungskomponente. Ferner befasst sich die vorliegende Offenbarung mit Vorrichtungen und Verfahren zur Detektion von fehlenden externen Kondensatoren geregelter Spannungsquellen.
Hintergrund der Offenbarung
Bei einer Vielzahl von Applikationen ist ein reibungsloser und fehlerfreier Betrieb nur bei einer korrekten Verbindung der einzelnen Schaltungsteile oder Schaltungskomponenten der Applikation gewährleistet.
Ein Beispiel hierfür bildet die Analog-Digital-Wandlung. Spannungsmessungen mittels eines Analog/Digitalwandlers können abhängig von einer stabilen Referenzspannung sein. In der Regel stammt diese Referenzspannung von dem Ausgang eines Spannungsreglers. Der Regler selbst kann mit einem Kondensator (mit einem externen oder integrierten Kondensator) gepuffert sein, um ein Schwingen des Reglers, bspw. wenn der Regler durch einen Stromverbraucher belastet wird, zum Beispiel durch den Beginn einer Analog-/ Digitalwandlung, zu vermeiden. Bei einer defekten Verbindung des Kondensators kann es bei Belastung des Reglers zu einer Veränderung der Referenzspannung kommen, sodass die Analog-/Digitalwandlung ein fehlerhaftes Ergebnis liefert. Dies kann insbesondere im Hinblick auf die Auswertung des Ergebnisses der Analog-/Digitalwandlung in sicherheitskritischen Anwendungen zu Problemen führen.
Ein Anwendungsbeispiel für eine Applikation bildet ein Produkt für eine Reifendrucküberwachung. Ein entsprechendes Produkt kann beispielsweise einen ASIC und zwei Kondensatoren aufweisen, wobei der ASIC in der finalen Applikation mit zwei Kondensatoren extern beschaltet ist. Bei derzeitigen Produkten wird eine Verifikation der korrekten Verbindung der beiden Kondensatoren beispielsweise durch eine Arbeitsprüfung auf Kundenseite mit einer externen, verdrahteten Messung auf der Produktplatine durchgeführt.
Über die Lebensdauer des Produkts kann das Produkt jedoch nicht mehr getestet werden, weil es innerhalb eines Reifens platziert ist.
Zusammenfassung der Offenbarung
Die Erfinder haben erkannt, dass bisherige Lösungen zur Überwachung von Schaltungskomponenten einige Nachteile aufweisen, z.B. im Hinblick auf die Kosten für Tests und die Möglichkeit einer Überwachung über die Lebensdauer der Komponente, insbesondere bei Applikationen, bei denen die Schaltungskomponente nur schwer oder gar nicht zugänglich ist. Daher besteht ein Bedarf an einem verbesserten Konzept, welches es ermöglicht, Informationen über eine Verbindung einer Schaltungskomponente zu gewinnen, beispielsweise insbesondere im Hinblick auf sicherheitskritische Anwendungen, bei denen eine Überwachung über die Lebensdauer vorteilhaft oder gar notwendig ist.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Information über eine Verbindung einer Schaltungskomponente, die mit einem Ausgang eines Reglers verbunden ist, um Schwingungen eines Ausgangssignals an dem Ausgang des Reglers zu reduzieren. Die Vorrichtung weist eine Verarbeitungseinheit auf, die ausgelegt ist, um basierend auf einer Mehrzahl von Messsignalen, die jeweils eine Information über das Ausgangssignal des Reglers aufweisen und aufgenommen wurden, während eine Lastkomponente eine elektrische Last am Ausgang des Reglers erzeugt, einen statistischen Wert zu erzeugen, der ein Maß für Schwankungen der Messsignale und somit des Ausgangssignals am Ausgang des Reglers ist. Darüber hinaus ist die Verarbeitungseinheit ausgelegt, um den statistischen Wert mit einem Grenzwert zu vergleichen und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs die Information über die Verbindung der Schaltungskomponente zu bestimmen.
Weitere Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen ein Verfahren zur Bestimmung einer Information über eine Verbindung einer Schaltungskomponente, die mit einem Ausgang eines Reglers verbunden ist, um Schwingungen eines Ausgangssignals an dem Ausgang des Reglers zu reduzieren. Das Verfahren weist ein Erzeugen einer elektrischen Last am Ausgang des Reglers auf und ein Erzeugen eines statistischen Werts, basierend auf einer Mehrzahl von Messsignalen, die jeweils eine Information über das Ausgangssignal des Reglers aufweisen und aufgenommen wurden, während die elektrische Last am Ausgang des Reglers erzeugt wird. Dabei ist der statistische Wert ein Maß für Schwankungen der Messsignale und somit des Ausgangssignals am Ausgang des Reglers. Ferner weist das Verfahren ein Vergleichen des statistischen Werts mit einem Grenzwert und ein Bestimmen der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente, basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs, auf.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung beruhen auf der Erkenntnis, dass eine Information über eine Verbindung einer Schaltungskomponente durch einen Vergleich eines statistischen Wertes, welcher auf einer Mehrzahl von Messsignalen basiert, mit einem Grenzwert bestimmt werden kann. Dabei ist die Schaltungskomponente mit einem Ausgang eines Reglers verbunden, um Schwingungen eines Ausgangssignals an dem Ausgang des Reglers zu reduzieren. Die Mehrzahl von Messsignalen weist eine Information über das Ausgangssignal des Reglers und, durch die Verbindung der Schaltungskomponente mit dem Ausgang des Reglers, auch über die Verbindung auf. Die Mehrzahl von Messsignalen wird dabei aufgenommen, während eine Lastkomponente eine elektrische Last am Ausgang des Reglers erzeugt. Durch das Verhalten des Ausgangssignals des Reglers kann somit auf die Verbindung der Schaltungskomponente zurückgeschlossen werden. Ist die Schaltungskomponente beispielsweise korrekt verbunden, so kann auch während der elektrischen Last beispielsweise ein Aufschwingen des Ausgangssignals des Reglers durch die Schaltungskomponente verhindert werden, wohingegen bei einer fehlerhaften Verbindung oder gar einer fehlenden Schaltungskomponente Schwingungen im Ausgangssignal des Reglers entstehen können. Das Verhalten des Ausgangssignals kann wiederum durch die Mehrzahl von Messsignalen zur Erzeugung des statistischen Wertes berücksichtigt werden, der dann wiederum ein Maß für die Schwankungen der Messsignale und somit des Ausgangssignals am Ausgang des Reglers ist. Durch einen beispielsweise a priori bestimmten Grenzwert kann auf den Zustand der Verbindung der Schaltungskomponente zurückgeschlossen werden.
Ein offenbarungsgemäßes Konzept kann dabei beispielsweise mit geringem Aufwand, zum Beispiel ohne zusätzliche Hardware, sondern nur durch Erweiterung der Funktionalität bestehender Schaltungselemente, in bestehende Systeme integriert werden. Es ist offenbarungsgemäß nicht zwingend notwendig, eine externe Vermessung der Schaltungskomponente durchzuführen, stattdessen kann mit beispielsweise bestehender Sensorik zum Erfassen des Reglerausgangs, aus der bereits vorhandenen Information, durch die Erzeugung des statistischen Wertes eine Information über die Verbindung der Schaltungskomponente bestimmt werden. Die zusätzliche Funktionalität der Berechnung des statistischen Wertes und des Vergleichs kann bspw. in einem bestehenden ASIC untergebracht werden. Eine solche Erweiterung eines bestehenden Systems kann damit kostengünstig und vor allem beispielsweise in sicherheitskritischen Anwendungen vorteilhaft sein. Durch das offenbarungsgemäße Konzept ist eine Überwachung über die Lebensdauer des Systems möglich, selbst wenn, wie beispielsweise im Fall eines Reifendrucksensors, dieses in der Anwendung selbst nicht mehr zugänglich ist, bspw. für eine externe Vermessung der Schaltungskomponenten. In einer Implementierung mit beispielsweise besonders geringem Aufwand kann die Lastkomponente ausgelegt sein, um die Mehrzahl von Messsignalen zu erfassen, wobei der Messevorgang selbst durch die Lastkomponente die elektrische Last am Ausgang des Reglers erzeugt.
Aus dem Vergleich des statistischen Wertes mit einem oder mehreren Grenzwerten kann beispielsweise durch einen mehrstufigen Vergleich eine differenzierte Information über eine Degradation der Verbindung der Schaltungskomponente erfasst werden. Durch a priori Tests kann zum Beispiel für Anwendungen in rauen Umfeldern aus dem oder den statistischen Grenzwerten eine Information über eine verbleibende Lebensdauer der Vorrichtung gewonnen werden.
Bei der Schaltungskomponente kann es sich um einen Pufferkondensator handeln, welcher mit dem Ausgang eines Spannungsreglers verbunden ist. In einem solchen Fall kann die Bestimmung einer Information über die Verbindung des Pufferkondensators den Nachweis einer guten ohmschen Verbindung zwischen den beiden Komponenten bilden. Bei der Lastkomponente kann es sich um einen Analog/Digitalwandler handeln, welcher durch die Messung der geregelten Spannung des Spannungsreglers zugleich die Last am Ausgang des Reglers erzeugt. Der statistische Wert kann dabei eine Standardabweichung oder Varianz sein, welche aus der Mehrzahl von Messsignalen der Analog/Digitalwandler-Messungen erzeugt wird. Aus der Auswertung der Standardabweichung oder Varianz kann dann wiederum der Nachweis einer guten ohmschen Verbindung erfolgen. Im Fall eines fehlenden Pufferkondensators, was beispielsweise in einer hochohmigen Verbindung resultiert, kann der zugehörige Regler des Pufferkondensators anfangen, während der Messung zu schwingen, wodurch der Regler instabil werden kann. Eine solche Schwingung bzw. Instabilität kann dann wiederum an der Standardabweichung oder Varianz erkannt werden, um einen Rückschluss auf die Verbindung des Pufferkondensators zu ermöglichen.
Figurenliste
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Hinsichtlich der dargestellten schematischen Figuren wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Funktionsblöcke sowohl als Elemente oder Merkmale der offenbarungsgemäßen Vorrichtung als auch als entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens zu verstehen sind, und auch entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens davon abgeleitet werden können. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines Beispiels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ein schematisches Blockschaltbild eines Beispiels einer Vorrichtung mit einer Schnittstelle gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3 ein schematisches Blockschaltbild eines Beispiels einer Schaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4a ein erstes Diagramm, das Standardabweichungen von Messsignalen bei einer Variation des ohmschen Widerstands der Verbindung der Schaltungskomponente darstellt;
4b ein zweites Diagramm, das Standardabweichungen von Messsignalen bei einer Variation des ohmschen Widerstands der Verbindung der Schaltungskomponente darstellt;
5 ein Diagramm, das eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der Varianz für einen Test auf Wafer-Level darstellt; und
6 ein Ablaufdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung der Beispiele gemäß den Figuren
Bevor nachfolgend Beispiele der vorliegenden Offenbarung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Beispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Beispiels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung. 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Bestimmung einer Information über eine Verbindung einer Schaltungskomponente 110. Die Schaltungskomponente 110 ist mit einem Ausgang eines Reglers 120 verbunden, um Schwingungen eines Ausgangssignals 121 an dem Ausgang des Reglers zu reduzieren. Ferner zeigt 1 eine Verarbeitungseinheit 130, welche eine Verbindung 131 mit dem Ausgangssignal 121 aufweist, und eine Lastkomponente 140, wobei die Lastkomponente mit dem Regler 120 gekoppelt ist.
Die Verarbeitungseinheit 130 ist ausgelegt, um basierend auf einer Mehrzahl von Messsignalen einen statistischen Wert zu erzeugen. Die Mehrzahl von Messsignalen weißt jeweils eine Information über das Ausgangssignal 121 des Reglers 120 auf. Der Verarbeitungseinheit 130 steht damit über die Mehrzahl von Messsignalen eine Information über das Ausgangssignal 121 des Reglers 120 zur Verfügung, was in 1 mit der Verbindung 131 angedeutet ist.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass mit der Verbindung 131 lediglich ein Informationsfluss einer Information über das Ausgangssignal 121 des Reglers 120 zu der Verarbeitungseinheit 130 gezeigt werden soll. Eine solche Verbindung kann beispielsweise insbesondere durch weitere Blöcke führen, oder weitere Zwischenelemente aufweisen.
Ferner wird die Mehrzahl von Messsignalen aufgenommen, während die Lastkomponente 140 eine elektrische Last am Ausgang des Reglers 120 erzeugt. Durch die Erzeugung der elektrischen Last kann beispielsweise im Fall einer defekten Verbindung der Schaltungskomponente 110 mit dem Ausgang des Reglers 120, eine Schwingungsneigung des Ausgangssignals des Reglers 120 verstärkt werden, sodass durch den statistischen Wert, den die Verarbeitungseinheit 130 basierend auf der Mehrzahl von Messsignalen erzeugt, die defekte Verbindung erkannt werden kann. Bei Beispielen kann die Verarbeitungseinheit ausgelegt sein, um den statistischen Wert basierend auf einer Mehrzahl von 10 oder mehr, 50 oder mehr, oder 100 oder mehr Messignalen, d.h. Messwerten, zu erzeugen, um einen zuverlässigen statistischen Wert zu erzeugen.
Um beispielsweise den Zustand der Verbindung zu erkennen, ist die Verarbeitungseinheit 130 ausgelegt, um den statistischen Wert mit einem Grenzwert zu vergleichen und auf Basis des Vergleichs die Information über die Verbindung der Schaltungskomponente 110 zu bestimmen. Ein solcher Grenzwert kann a priori aus Messreihen oder Vorversuchen bestimmt werden. Ferner kann der statistische Wert auch mit einer Mehrzahl von Grenzwerten verglichen werden, um eine differenziertere Information, beispielsweise über den Zustand der Verbindung der Schaltungskomponente 110 zu erzeugen. Beispielsweise in einem korrosiven Umfeld kann dadurch eine Degradation der Verbindung in einzelnen Schritten überwacht werden und so beispielsweise eine Wartung oder ein Austausch geplant werden.
Da die Schaltungskomponente 130 Schwingungen des Ausgangssignals 121 des Reglers 120 reduzieren soll, kann sie beispielsweise kapazitive bzw. integrierende Systemeigenschaften aufweisen oder auch ein Verzögerungsglied darstellen.
Die Bestimmung der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente 110 kann im Kontext einer Gesamtschaltung, in die die Vorrichtung bspw. integriert ist, eine zusätzliche Funktionalität zur Überwachung bilden. Beispielsweise in diesen Fällen kann es sich bei der Lastkomponente 140 um ein weiteres Schaltungselement handeln, welches beispielsweise für die Hauptfunktionalität, oder weitere Funktionalität der Gesamtschaltung ausgelegt ist. Im Falle eines Sensors, kann die Lastkomponente 140 zum Beispiel ausgelegt sein, um mit Hilfe des Ausgangssignals 121 des Reglers 120 einen sensorischen Messwert zur Verfügung zu stellen oder aufzubereiten. Daher kann es sich bei der elektrischen Last, um eine Last handeln, welche durch den beispielsweise laufenden sensorischen Betrieb der Gesamtschaltung verursacht ist und nicht zwingend um eine zusätzliche Belastungskomponente. Daher ist ein offenbarungsgemäßes Konzept beispielsweise besonders vorteilhaft in bestehende Systeme integrierbar, zum Beispiel durch die synergetische Nutzung vorhandener Lasten an den Ausgängen von Reglern, beispielsweise lediglich mit der Integration einer zusätzlichen Verarbeitungseinheit 130 oder der Integration der Funktionalität der Verarbeitungseinheit 130 in eine bestehende Schaltungskomponente, beispielsweise einen ASIC.
Bei der Mehrzahl von Messsignalen kann es sich ferner um analoge oder digitale Signale handeln. Beispielsweise für den Fall einer analogen Verarbeitung der Signale kann es sich bei der Verbindung 131 in 1 um eine direkte, zum Beispiel verdrahtete, Verbindung zwischen dem Ausgang des Reglers 120 und der Verarbeitungseinheit 130 handeln. Alternativ kann, beispielsweise für den Fall einer digitalen Verarbeitung der Mehrzahl von Messsignalen, die Verbindung 131 indirekt, beispielsweise gekoppelt über einen Analog/Digitalwandler existieren. Insbesondere kann die Verbindung 131, durch die Lastkomponente 140 hindurch, zur Verarbeitungseinheit 130, beispielsweise im Hinblick auf eine in der Lastkomponente 140 angeordnete Digitalisierungskomponente, realisiert sein.
Bei weiteren Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Verarbeitungseinheit ausgelegt ist, um die Mehrzahl von Messsignalen zu empfangen, nachdem die durch die Lastkomponente erzeugte Last geändert wurde.
Durch ein Empfangen der Mehrzahl von Messsignalen nach einer Änderung der erzeugten Last, kann eine Information über das Dämpfungsverhalten des Ausgangssignals des Reglers vorteilhaft bestimmt werden. Beim Fehlen der Schaltungskomponente, oder bei einer defekten Verbindung, kann eine Laständerung eine Schwingungsneigung des Ausgangssignals verstärken und somit zu einer besseren Messgenauigkeit bezüglich der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente führen. Dadurch können beispielsweise auch geringe Abweichungen von einem Idealzustand der Verbindung erfasst werden. Bei Beispielen kann jeweils eine Laständerung durchgeführt werden, bevor ein Messsignal erfasst wird, so dass jedes Messsignal nach einer separaten Laständerung erfasst wird. Das Messignal kann jeweils nach einer bestimmten Zeit nach der Laständerung erfasst werden. Bei alternativen Beispielen können mehrere oder alle Messsignale zu unterschiedlichen Zeiten nach der gleichen Laständerung aufgenommen werden.
Bei weiteren Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Lastkomponente einen Analog/Digitalwandler auf.
Eine Verwendung eines Analog-/ Digitalwandlers kann besondere Vorteile im Hinblick auf den Integrationsaufwand und Kosten aufweisen. Insbesondere kann ein Analog/Digitalwandler, dessen Referenzeingang mit dem Reglerausgang verbunden ist, zum einen zur Erfassung der Mehrzahl von Messsignalen verwendet werden, als auch zur Erzeugung der elektrischen Last am Ausgang des Reglers, beispielsweise durch die Belastung des Reglerausgangs durch die Messung zur Erfassung der Messsignale selbst. Dadurch kann die Funktionalität zur Bestimmung der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente mit geringem Hardwareaufwand umgesetzt werden. Die Verwendung eines Analog/Digitalwandlers ermöglicht ferner die Erzeugung einer dynamischen Last am Ausgang des Reglers, so dass die Sensitivität der Bestimmung der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente verbessert werden kann. Dies kann durch Verstärkung einer Schwingungsneigung des Ausgangssignals erfolgen, bspw. durch mehrfaches Ein- und Ausschalten des Analog/Digitalwandlers, um dabei mehrfach eine Messung zu starten und zu stoppen und somit eine variierende Last zu erzeugen.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Verarbeitungseinheit ausgelegt, um Ausgangssignale des Analog/Digitalwandlers als die Mehrzahl von Messsignalen zu empfangen.
Durch die Auswertung der Ausgangssignale des Analog/Digitalwandlers, kann beispielsweise im Vergleich zu einer analogen Signalverarbeitung eine kostengünstige, digitale und einfach integrierbare Verarbeitung zur Bestimmung der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente ermöglicht werden.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen eine Schnittstelle auf, die dazu ausgelegt ist, die Information über die Verbindung der Schaltungskomponente auszugeben.
Bei der Schnittstelle kann es sich bspw. um eine Schnittstelle zur drahtlosen Informationsübertragung handeln, sodass auch bei einem integrierten und beispielsweise nur schwer zugänglichen System über die Lebensdauer Information über die Verbindung der Schaltungskomponente des Systems bereitgestellt werden kann. Durch die Schnittstelle kann somit beispielsweise eine Möglichkeit geschaffen werden, die Informationen über die Verbindung außerhalb des Systems weiterzuverarbeiten. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Vergleich bzw. eine Auswertung des statistischen Wertes oder auch dessen Berechnung durch eine Übertragung der Mehrzahl von Messignalen über eine Schnittstelle in ein weiteres, externes System ausgelagert werden.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der statistische Wert ein Maß für eine mittlere Abweichung der Messsignale von einem Mittelwert derselben.
Eine derartige Berechnung des statistischen Wertes kann beispielsweise mit geringem Rechenaufwand und ohne hohe Anforderungen an die verfügbare Hardware umgesetzt werden. Zugleich kann ein solches Maß eine aussagekräftige Information über die Verbindung der Schaltungskomponente ermöglichen. Bei dem statistischen Wert kann es sich dabei beispielsweise um ein zentrales Moment oder ein empirisches zentrales Moment handeln.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der statistische Wert eine Standardabweichung oder eine Varianz der Mehrzahl von Messsignalen oder des Ausgangssignals des Analog/Digitalwandlers. Bei einer Mehrzahl von N Messsignalen x_i kann die Varianz σ² berechnet werden mit $σ^{2} = \frac{1}{N} \sum_{i = 1}^{N} {(x_{i} - μ)}^{2},$
wobei µ der Mittelwert gemäß $μ = \frac{1}{N} \sum_{i = 1}^{N} x_{i}$
ist. Die Standardabweichung σ kann als Wurzel der Varianz berechnet werden. Ferner kann auch aus einer Stichprobe mit n < N Messungen der Mehrzahl von Messignalen oder des Ausgangssignals des Analog/Digitalwandlers eine empirische Varianz s² und damit eine empirischen Standardabweichung berechnet werden, bspw. gemäß $s^{2} = \frac{1}{n - 1} \sum_{i = 1}^{N} {(x_{i} - \bar{x})}^{2},$
wobei x den empirischen Mittelwert beschreibt gemäß $\bar{x} = \frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} x_{i},$
Durch die Auswertung der Standardabweichung oder der Varianz kann eine statistisch beispielsweise einfach interpretierbare Möglichkeit gegeben sein, um Schwankungen der Messsignale und somit des Ausgangssignals am Ausgang des Reglers einzuordnen, und über einen anschließenden Vergleich mit einem Grenzwert eine Information über die Verbindung der Schaltungskomponente zu bestimmen.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Verarbeitungseinheit ausgelegt, um eine binäre Information über die Verbindung der Schaltungskomponente zu bestimmen.
Bei der binären Informationen kann es sich beispielsweise um eine Bestätigung, dass die Schaltungskomponente verbunden ist oder eine Warnung, dass die Schaltungskomponente nicht verbunden ist, handeln. Beispielsweise kann ein Ausgabestatus, z.B. für einen Anwender oder Kunden „detektiert“, oder „nicht detektiert“ sein, basierend auf einem vordefinierten pass/fail-Kriterium. Diese Art der Information ist insbesondere im Hinblick auf einen Vergleich mit einem Grenzwert sehr einfach zu bestimmen, zum Beispiel durch die Abbildung eines Über- oder Unterschreitens des Grenzwerts. Eine zweiwertige Auswertung kann darüber hinaus den Rechenaufwand verringern, und ein einfach zu interpretierendes Ergebnis für einen Anwender erzeugen.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen eine Schaltungsvorrichtung auf, die die zuvor beschriebenen Vorrichtung, den Regler, die Lastkomponente und die Schaltungskomponente aufweist.
Eine solche Schaltungsvorrichtung kann beispielsweise ganzheitlich in einer Applikation integriert werden. Die Schaltungsvorrichtung kann dazu beispielsweise als komplettes Modul kostengünstig hergestellt werden, sodass es mit der Möglichkeit der offenbarungsgemäßen Überwachung der Schaltungskomponente auch in sicherheitskritischen Anwendungen eingebaut werden kann, beispielsweise ohne die Notwendigkeit von externen Messeingriffen.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Schaltungskomponente eine kapazitive Eigenschaft auf.
Kapazitive Schaltungskomponenten, wie beispielsweise Kondensatoren, eignen sich bspw. insbesondere zur Stabilisierung von Spannungsquellen oder Spannungsreglern. Die Überwachung der Verbindung einer solchen Schaltungskomponente kann daher von großer Bedeutung für den Betrieb einer solchen Quelle oder eines solchen Reglers sein.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Schaltungskomponente ein Kondensator.
Kondensatoren bilden bspw. kostengünstige und weit verbreitete Bauelemente, die in einer Vielzahl von Anwendungen integriert sind. Die Möglichkeit, ein offenbarungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung einer Information über die Verbindung des Kondensators anzuwenden, kann daher in einer Vielzahl von Applikationen Vorteile mit sich bringen.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Schaltungsvorrichtung ferner ein Sensorelement auf, das ausgelegt ist, um ein Sensorsignal auszugeben, wobei der Regler ein Spannungsregler ist, der ausgelegt ist, um eine geregelte Referenzspannung zu erzeugen, wobei die Lastkomponente einen Analog/Digitalwandler aufweist, der ausgelegt ist, um an einem ersten Eingang die geregelte Referenzspannung zu empfangen und an einem zweiten Eingang das Sensorsignal zu empfangen, und wobei die Verarbeitungseinheit ausgelegt ist, um Ausgangssignale des Analog/Digitalwandlers als die Mehrzahl von Messsignalen zu empfangen.
Durch diesen Aufbau der Schaltungsvorrichtung kann der Analog/Digitalwandler, neben der offenbarungsgemäßen Bestimmung der Information über die Schaltungskomponente, bspw. unter Verwendung des Sensorsignals, zur Bereitstellung von weiteren Funktionalitäten verwendet werden. Durch das Sensorelement kann ein Sensorsignal, welches beispielsweise eine Spannung ist, ausgegeben werden, um unter Verwendung der geregelten Referenzspannung im Analog/Digitalwandler zu einem digitalen Signal verarbeitet zu werden. Dabei kann offenbarungsgemäß beispielsweise ohne weiteren Hardwareaufwand die Information über die Verbindung der Schaltungskomponente wiederum aus dem Sensorsignal und der geregelten Referenzspannung bestimmt werden. Zu Beginn einer Messung des Analog/Digitalwandlers oder bei mehrfachem An- und Ausschalten des Analog/Digitalwandlers, um mehrfach Messvorgänge zu beginnen und abzuschließen, kann beispielsweise im Falle einer defekten Verbindung der Schaltungskomponente das Ausgangssignal in Form der geregelten Referenzspannung anfangen zu schwingen, was wiederum durch die Auswertung des Ausgangssignals des Analog/Digitalwandlers, das die Mehrzahl von Messsignalen darstellt, durch die Verarbeitungseinheit erkannt werden kann.
Durch die Verwendung des Analog/Digitalwandlers als Lastelement am Ausgang des Reglers kann eine bspw. dynamische elektrische Last erzeugt werden, die zum Beispiel im Falle einer schlechten Verbindung der Schaltungskomponente zu einer Schwingung führt, die zu einer großen Varianz oder Standardabweichung des Ausgangssignals des Analog/Digitalwandlers führt. Eine dadurch verursachte Schwingung im Ausgangssignal des Reglers kann dabei so stark sein, dass eine derartige Schwankung, beispielsweise trotz veränderlichen Sensorsignals, zur Bestimmung einer Information über die Schaltungskomponente verwendet werden kann. Damit kann die Überwachung der Schaltungskomponente im laufenden Betrieb ohne Unterbrechung einer zusätzlichen sensorischen Funktionalität des Sensorelementes ermöglicht werden. Dies kann wiederum insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen große Vorteile bieten, wenn eine sicherheitskritische Sensormessung nicht unterbrochen werden muss.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Schaltungsvorrichtung als eine integrierte Schaltung implementiert.
Das offenbarungsgemäße Konzept ermöglicht die beispielsweise im Hinblick auf den Bauraum vorteilhafte Implementierung der Schaltungsvorrichtung als integrierte Schaltung, beispielsweise insbesondere durch die Möglichkeit vorhandene Hardware zur Bestimmung der Information über die Schaltungskomponente und zugleich zur Ausführung weiterer applikationsspezifischer Funktionalitäten zu verwenden. Durch die Ausführung als integrierte Schaltung kann eine solche Vorrichtung beispielsweise auch besonders robust, z.B. von Umwelteinflüssen abgekapselt, implementiert werden.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung weist das Verfahren ein Übertragen der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente auf.
Durch ein, zum Beispiel drahtloses, Übertragen der Information kann bei integrierten Vorrichtungen die Information einer übergeordneten Schaltung oder einem Anwender zugänglich gemacht werden.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines der zuvor beschriebenen offenbarungsgemäßen Verfahren und Konzepte, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
Durch ein offenbarungsgemäßes Konzept kann beispielsweise mit geringem Rechenaufwand die Erzeugung des statistischen Wertes und der Vergleich mit dem Grenzwert durchgeführt werden, sodass ein solches Computerprogramm mit geringem zusätzlichen Aufwand auf einem zum Beispiel bereits vorhandenen Mikroprozessor oder Computer ausgeführt werden kann.
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Beispiels einer Vorrichtung mit einer Schnittstelle gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Vorrichtung 200 weist im Vergleich zu 1 zusätzlich eine Schnittstelle 220 auf, welche mit der Verarbeitungseinheit 130 gekoppelt ist. Zusätzlich zu der restlichen Anordnung gemäß 1 weist die Lastkomponente 140 einen Analog/Digitalwandler 210 auf. Die Verbindung 131, welche den Informationsfluss, durch die Mehrzahl von Messsignalen, vom Ausgangssignals 121 des Reglers 120 zur Verarbeitungseinheit 130 beschreibt, führt in 2 vom Ausgangssignal 121 des Reglers 120 (erster Teil der Verbindung, 131a) über den Analog/Digitalwandler 210 zur Verarbeitungseinheit 130 (zweiter Teil der Verbindung, 131 b). Der zweite Teil der Verbindung 131b weist dabei ferner das Ausgangssignals des Analog/Digitalwandlers 120 auf.
Durch die Verarbeitung des Ausgangssignals des Analog/Digitalwandlers 210 kann die Verarbeitungseinheit 130 eine beispielsweise einfache digitale Signalverarbeitung durchführen. Ferner kann der Analog/Digitalwandler 210 durch das Beginnen und Beenden von Messungen zur Erzeugung der elektrischen Last am Ausgang des Reglers 120 genutzt werden. Um beispielsweise besonders aussagekräftige statistische Werte erzeugen zu können, kann der Analog/Digitalwandler 210 nach jeder Messung aus- und wieder angeschaltet werden, sodass beispielsweise im Falle einer fehlerhaften Verbindung der Schaltungskomponente 110 eine Schwingung, durch Änderung der Last, bzw. durch dynamisches Ändern der Last, provoziert werden kann.
Durch die Schnittstelle 220 kann eine Übertragung der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente 110 ermöglicht werden. Insbesondere in Applikationen, bei denen der über die Lebensdauer keine Möglichkeit besteht, eine direkte Messung an der Schaltungskomponente 110 durchzuführen, kann durch eine Schnittstelle 220, die beispielsweise ausgelegt ist, um eine drahtlose Übertragung zu ermöglichen, die Information über die Verbindung weiteren Verarbeitungselementen zugänglich gemacht werden. Ferner kann eine Schnittstelle 220 insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen vorteilhaft zur dauerhaften und/oder regelmäßigen Überwachung genutzt werden.
3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Beispiels einer Schaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Schaltungsvorrichtung 300 weist ein Sensorelement 310 auf, zusätzlich zu den bekannten Schaltungselementen aus 2. Ein Sensorsignal 311 des Sensorelements 310 ist mit dem Analog/Digitalwandler 210 gekoppelt.
Bei der Schaltungsvorrichtung 300 handelt es sich bei der Schaltungskomponente 110 um eine kapazitive Schaltungskomponente, beispielsweise einen Pufferkondensator. Dabei ist der Regler 120 ein Spannungsregler und das Ausgangssignal 121 des Reglers 120 eine geregelte Referenzspannung. Das Sensorelement gibt das Sensorsignals 311 aus. Ferner weist der Analog/Digitalwandler 210 zwei Eingänge auf, wobei an dem ersten Eingang die geregelte Referenzspannung 121 und an dem zweiten Eingang das Sensorsignal 311 anliegt. Die Verarbeitungseinheit 130 empfängt das Ausgangssignal des Analog/Digitalwandlers 210 über die Verbindung 131b als die Mehrzahl von Messsignalen.
Bei der Schaltungsvorrichtung 300 kann es sich beispielsweise um einen Reifendrucksensor oder einen Teil eines solchen Sensors handeln. Durch den Analog/Digitalwandler 210 kann ein Sensorsignal 311, welches von dem Sensorelement 310 erfasst oder zumindest ausgegeben wird, für eine weitere Verarbeitung digitalisiert werden. Zur Digitalisierung liegt beispielsweise die geregelte Referenzspannung 121 am ersten Eingang des Analog/Digitalwandlers 210 an. Bei dem Sensorsignals 311 kann es sich beispielsweise um einen Messwert handeln, der eine Information über einen Reifendruck aufweist. Die Bereitstellung einer Information über die Verbindung der Schaltungskomponente 110 kann für den Fall des Reifendrucks von sicherheitskritischer Bedeutung sein. Beispielsweise kann es nicht möglich sein im laufenden Betrieb durch die Integration der Schaltungsvorrichtung 300 in einem Reifen, das Ausgangssignal 121, dessen Schwingungsneigung durch die Schaltungskomponente 110 reduziert wird, durch externe Messungen zu überwachen. Gleichzeitig kann es aber vorteilhaft oder gar notwendig sein, die korrekte Analog-Digital-Wandlung des Sensorsignals 311 zu überwachen. Daher kann durch die offenbarungsgemäße Bestimmung einer Information über die Verbindung der Schaltungskomponente 110 eine Information über die geregelte Referenzspannung 121 erzeugt werden, wodurch beispielsweise eine Beurteilung über die Verlässlichkeit einer Analog-Digital-Wandlung des Sensorsignals 311 ermöglicht werden kann. Die Information kann wiederum über die Schnittstelle 220 externen Verarbeitungselementen zugänglich gemacht werden.
Als besonders vorteilhaft kann sich eine offenbarungsgemäße Integration der Verarbeitungseinheit 130 und der Schnittstelle 220 in bestehende Hardwarekomponenten erweisen, zum Beispiel in einen bestehenden Analog/Digitalwandler 210 und/oder ASIC, die für eine weitere Funktionalität der Schaltungsvorrichtung 300, beispielsweise eines Reifendrucksensor, verwendet werden. Beispielsweise kann der Analog/Digitalwandler 210, wie bereits zuvor erläutert, zur Erzeugung einer dynamischen Last am Ausgang des Reglers genutzt werden, wodurch der Verarbeitungseinheit 130 über das Ausgangssignal des Analog/Digitalwandlers 210 eine Information über die geregelte Referenzspannung 121 und damit eine Information über die Verbindung der Schaltungskomponente 110 und damit wiederum eine Information über beispielsweise die Verlässlichkeit einer Analog-Digital-Wandlung des Sensorsignals 311 bereitgestellt werden kann. Die Verarbeitungseinheit 130 selbst kann beispielsweise auf einem ASIC der Schaltungsvorrichtung 300 mitintegriert werden.
Bei Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Last ein Analog/Digitalwandler sein, der Regler ein Spannungsregler sein und die Schaltungskomponente ein Pufferkondensator sein. Das Ausgangssignal des Spannungsreglers ist mit einem Eingang des Analog/Digitalwandlers gekoppelt und eine Referenzspannungsquelle ist mit einem weiteren Eingang des Analog/Digitalwandlers (ADW) gekoppelt. Die Referenzspannungsquelle kann eine Bandabstandspannungsquelle sein. Beispiele der Offenbarung ermöglichen es somit, durch ADW-Messungen einer geregelten Spannung gegen eine stabile Referenzspannung die Existenz eines Pufferkondensators zu verifizieren, bzw. zu verifizieren, ob der Pufferkondensator mit dem Ausgang des Spannungsreglers verbunden ist.
Ferner können auch Verbindungen mehrerer Schaltungskomponenten mehrerer geregelter Spannungsquellen überwacht werden, bspw. durch ein Umschalten der Eingangsgrößen des Analog/Digitalwandlers mittels Schalter, sodass zeitlich nacheinander, seriell, eine Mehrzahl von Verbindungen von Schaltungskomponenten überwacht werden können.
Offenbarungsgemäße Konzepte, beispielsweise insbesondere die Bestimmung der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente, können als Firmware-Routine oder Firmware-Funktion, z.B. für den Kunden, bereitgestellt werden. Offenbarungsgemäße Konzepte oder auch die Firmware-Routine können intern implementierte Hardwareelemente (bspw. Analog/Digitalwandler) ausnutzen und damit keinen zusätzlichen Platz auf einem Chip, auf dem bspw. die Vorrichtung oder die Schaltungsvorrichtung implementiert ist, verbrauchen. Die Bestimmung der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente kann beispielsweise als Test oder Selbsttest implementiert sein. Der Test selbst kann zuverlässig sein und über die Lebensdauer des Produkts, welches beispielsweise die Vorrichtung oder die Schaltungsvorrichtung enthält, verfügbar sein, was offenbarungsgemäße Konzepte interessant für ASIL-(Automotive Safety Integrity Level, zu dt.: automobiles Sicherheitsintegritätslevel) Komponenten mit hohem Sicherheitslevel machen kann, welche einen Regler, oder beispielsweise eine geregelte Versorgungsspannung, aufweisen.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung ermöglichen eine Bestimmung der Information über die Verbindung des Pufferkondensators ohne die geregelte Spannung des Spannungsreglers, welche getestet wird, abschalten zu müssen. Somit kann diese auch während den Messungen für weiterer Funktionalitäten beispielsweise einer Messchaltung zur Verfügung stehen. Dies kann insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen, bei denen eine Unterbrechung der Messung eines Sensorsignals nicht möglich ist, große Vorteile mit sich bringen. So kann bspw. ein Messwert für einen Reifendruck ohne Unterbrechung zur Diagnose der Verbindung des Pufferkondensators weitererfasst werden.
Daher können bspw. für den Fall, dass ein bzw. der Spannungsregler zu einem „ASIL-*“ klassifizierten Block gehört, Konzepte gemäß der vorliegenden Offenbarung für diagnostische Funktionen verwendet werden.
Ferner können durch Konzepte gemäß der vorliegenden Offenbarung, beispielsweise bei einem Kunden, Kosten für finale Produkttests verringert werden. Bei aktuellen Lösungen benötigt der Kunde ein zusätzliches Pad, bzw. einen zusätzlichen Kontakt, auf der Leiterplatte des Produkts, um das Ausgangssignal des Reglers, also bspw. die geregelte Spannung über der Schaltungskomponente, beispielsweise dem externen Kondensator, zumessen. Ein solches Pad ist durch Konzepte gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht zwingend notwendig oder nicht notwendig. Durch die Möglichkeit der Überwachung über der Lebenszeit des Produkts kann bspw. der kundenseitige Test vor Inbetriebnahme gänzlich eingespart werden.
Beispiele ermöglichen somit, die Existenz eines Pufferkondensators am Ausgang eines Spannungsreglers zu verifizieren. Die Messung kann mehrfach wiederholt werden und es können Varianzen und/oder Standardabweichungen über alle Wiederholungen bzw. Testresultate berechnet werden. Beispielsweise können die Messungen mit einer ausreichend hohen Anzahl von Wiederholungen durchgeführt werden, zum Beispiel zur Erzeugung von aussagekräftigen Varianzen und/oder Standardabweichungen. Im Falle einer intakten Verbindung des Pufferkondensators oder eines gut verbundenen Kondensators, kann das Resultat, beispielsweise die Standardabweichung oder die Varianz, einen sehr geringen Wert aufweisen. Resultate von Wafer-Tests zeigen in diesem Fall beispielsweise eine Standardabweichung von σ = 3,3 %. Im entgegengesetzten Fall, beispielsweise bei einer schlechten Verbindung des Pufferkondensators kann das Resultat, beispielsweise die Varianz oder die Standardabweichung, sehr hoch sein. Resultate bspw. in einem Umfang von 10 Proben, können in diesem Fall Standardabweichungen von σ > 15% aufweisen. Dadurch kann ein beispielsweise verlässliches pass/fail-Kriterium (zu dt.: bestanden/nichtbestanden-Kriterium) bereitgestellt werden, indem ein geeigneter Grenzwert gewählt wird, mit dem die Varianz oder Standardabweichung verglichen wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann diese Verifikation, also bspw. der Test ob eine Schaltungskomponente korrekt verbunden ist, intern durchgeführt werden, beispielsweise durch die Nutzung von ASIC-Teilen, und kann bspw. wann immer notwendig über die Lebensdauer des Produkts durchgeführt werden. Messergebnisse zeigen dabei beispielsweise vielversprechende und verlässliche Resultate. Die bestimmte Information über die Verbindung der Schaltungskomponente in einer Applikation, kann, beispielsweise im Falle des Reifendrucksensors, durch eine drahtlose Schnittstelle zu einer elektronischen Steuereinheit eines Fahrzeugs, z.B. Autos, übermittelt werden.
Die 4a und 4b zeigen Diagramme, die Standardabweichungen von Messsignalen bei einer Variation des ohmschen Widerstands der Verbindung der Schaltungskomponente darstellen. Die 4a und 4b zeigen bzw. beweisen die Qualität bzw. den Zusammenhang der ohmschen Verbindung zwischen dem Ausgangssignal des Reglers, also beispielsweise der geregelten Spannung und der Schaltungskomponente, beispielsweise des Kondensators. Je schlechter die Verbindung der Schaltungskomponente mit dem Ausgang des Reglers verbunden ist, desto höher ist beispielsweise der ohmsche Widerstand dieser Verbindung.
Aufgetragen ist die Standardabweichung σ der Mehrzahl von Messsignalen über dem ohmschen Widerstand der Verbindung der Schaltungskomponente für verschiedene getestete Chips. Mit zunehmendem Widerstand der Verbindung ist ein deutlicher Anstieg der Standardabweichung zu erkennen. Daher kann ein Grenzwert festgelegt werden, in den 4a und 4b beispielhaft zu σ_GW = 10 % als Strichpunktlinie dargestellt. Für eine beispielsweise ideale ohmschen Verbindung, z.B. mit R = 0 Ω kann die Standardabweichung σ < 3 % betragen. Für eine ohmschen Verbindung, zum Beispiel mit R > 50 Ω kann die Standardabweichung σ > 10 % betragen.
Dementsprechend kann beispielsweise durch die Auswertung der Standardabweichung auf einen hohen ohmschen Widerstand oder gar auf ein Fehlen der Schaltungskomponente (R = open) und damit auf den Zustand der Verbindung der Schaltungskomponente mit dem Ausgang des Reglers zurückgeschlossen werden.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung basieren auf der Idee, dass der Nachweis einer „guten“ ohmschen Verbindung zwischen dem Produkt, welches bspw. einen ASIC aufweist, und der Schaltungskomponente, beispielsweise eines externen Kondensators, oder zwischen dem Ausgang des Reglers und der Schaltungskomponente, durch die Evaluation der Varianz oder Standardabweichung über einem Satz von Messungen eines Analog/Digitalwandlers/Testsensors bzw. Sensorelements, nachgewiesen werden kann. Die getestete Spannung, bzw. das Ausgangssignal des Reglers, welche mit der Schaltungskomponente verbunden ist, kann intern zum Analog/Digitalwandler geführt und analog-digital-gewandelt werden. Im Falle einer fehlenden Schaltungskomponente, beispielsweise eines fehlenden Kondensators, was zu einer hochohmschen Verbindung führen kann, kann der zugehörige Regler während der Wandlung anfangen zu schwingen, was zu instabilen Ergebnissen führen kann. Beim Aufnehmen des Satzes von Analog/Digitalwandler-Akquisitionen, beispielsweise von 100 Abtastungen, können Schwingungen des Reglers durch die abgetastete Varianz/Standardabweichung sichtbar werden.
5 zeigt ein Diagramm, das eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der Varianz für einen Test auf Wafer-Level darstellt. 5 zeigt eine Auswertung der Wahrscheinlichkeiten der Varianzen bei einem „positiven“ Test, das heißt einem Test mit gut verbundenen Schaltungskomponenten in Form von Kondensatoren (10nF), auf Wafer-Level, mit über 5000 getesteten Chips. Die Varianz wurde jeweils über 100 Messungen des Analog/Digitalwandlers berechnet. Dabei erfolgte die Berechnung durch eine Firmware-Funktion. 5 zeigt eine durchschnittliche Varianz von ungefähr 11 %² und eine durchschnittliche Standardabweichung von ungefähr 3,3 %. Die Ausbeute betrug dabei 99,97 %.
5 zeigt, dass im Falle der guten Verbindung der Kondensatoren ein Grenzwert für die Varianz, beispielsweise durch Vortests, bestimmt werden kann, welcher in der Applikation einen Nachweis der guten Verbindung ermöglichen kann. Es kann bspw. mit einer Wahl einer unteren Spezifikationsgrenze (LSL - lower specification limit) und einer oberen Spezifikationsgrenze (USL - upper specification limit) ein Bereich für die Varianz festgelegt werden, in welchem mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit die Varianz der Messignale einer Schaltungsvorrichtung liegt, wenn ein entsprechender Kondensators der Schaltungsvorrichtung korrekt verbunden oder gut verbunden ist. Die eingetragene obere Spezifikationsgrenze für die Varianz $σ_{U S L}^{2} = {100%}^{2}$
entsprich dabei dem zuvor in 4a und 4b aufgetragenen Grenzwert für die Standardabweichung σ_GW = σ_USL. Alternativ kann ein kleineres Intervall für die Varianz mit der Wahl einer Varianz von $σ_{U S L,2}^{2} = 5 {0%}^{2}$
gewählt werden (5 senkrechte Linie zwischen LSL und USL). Verschiedene Grenzwerte können bspw. mit einem Zusammenhäng zwischen der Varianz der Messsignale und einer Güte der Verbindung der Schaltungskomponente genutzt werden, um Schaltungsvorrichtungen in verschiedene Güteklassen zu unterteilen oder über die Lebensdauer der Schaltungsvorrichtung die Güte der Verbindung zu überwachen.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung. Schritt 610 weist ein Erzeugen einer elektrischen Last am Ausgang des Reglers auf. Bei der elektrischen Last am Ausgang des Reglers kann es sich beispielsweise um die Messung eines Analog/Digitalwandlers handeln, oder um Lasten weiterer Schaltungselemente, die einen Stromverbrauch verursachen, welche den Ausgang des Reglers belastet. Die Last kann dabei insbesondere dynamisch erzeugt werden, zum Beispiel durch Ein- und Ausschalten des Analog/Digitalwandlers oder durch die Verursachung eines dynamischen, also beispielsweise sich über die Zeit ändernden, Stromprofils eines weiteren Schaltungselementes, welches den Regler belastet. Somit kann beispielsweise eine Schwingung am Ausgang des Reglers, bei defekter Verbindung der Schaltungskomponente mit dem Ausgang des Reglers, provoziert werden.
Der Schritt 620 weist ein Erzeugen eines statistischen Werts auf, basierend auf einer Mehrzahl von Messsignalen, die jeweils eine Information über das Ausgangssignal des Reglers aufweisen und aufgenommen wurden, während die elektrische Last am Ausgang des Reglers erzeugt wird, wobei der statistische Wert ein Maß für Schwankungen der Messsignale und somit des Ausgangssignals am Ausgang des Reglers ist. Die Mehrzahl von Messsignalen können dabei beispielsweise analog, durch direktes Abgreifen das Ausgangssignals des Reglers oder digital als Ausgangssignal eines Analog/Digitalwandlers der Lastkomponente von dem offenbarungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Eine beispielsweise vorteilhafte Umsetzung des Verfahrens kann unter der Verwendung des Analog/Digitalwandlers zum einen als Lastkomponente, als auch als Element, welches die Mehrzahl von Messsignalen für die Verarbeitungseinheit bereitstellt, implementiert werden. Durch die Berechnung des statistischen Wertes, beispielsweise in Form einer Standardabweichung oder einer Varianz, kann eine Maßzahl geschaffen werden, mit welchem Schwankungen der Messsignale und somit des Ausgangssignals am Ausgang des Reglers beschrieben werden können.
Schritt 630 weist ein Vergleichen des statistischen Werts mit einem Grenzwert und Schritt 640 ein Bestimmen der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente, basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs auf. Beispielsweise entsprechend dem Zusammenhang gemäß 4a und 4b, kann der statistische Wert als Maß für Schwankungen des Ausgangssignals Rückschlüsse auf die ohmschen Verbindung der Schaltungskomponente, beispielsweise des Kondensators, ermöglichen. Durch den Vergleich mit einem beispielsweise a priori bestimmten Grenzwert kann der Zustand der Verbindung der Schaltungskomponenten bestimmt werden.
Ferner schaffen Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung Vorrichtungen und Verfahren, zur Bestimmung einer Information über eine Verbindung einer Schaltungskomponente, zur Verwendung im Bereich der Automobilwirtschaft, beispielsweise in Konformität mit Sicherheitsstandards, wie z.B. dem Functional Safety Standard ISO-26262.
Ganz allgemein schaffen Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung einen integrierten Test zur Verifikation der Existenz von externen Kondensatoren. Vorteile können dabei die Reduktion von Testzeit und Testkosten auf Kundenseite sein, da beispielsweise auf eine explizite Testung der Vorrichtung, Schaltungsvorrichtung oder Schaltungskomponente, vor der Verwendung in der Applikation, z.B. mit der Verwendung spezieller Pads zur Kontaktierung, oder Kontaktierungen, verzichtet werden kann. Ferner kann ein offenbarungsgemäßes Konzept auch zum Detektieren „guter“ ohmscher Verbindungen zu anderen externen Geräten oder Vorrichtungen verwendet werden. Darüber hinaus kann das offenbarungsgemäße Konzept besondere Vorteile in ASIL-x Systemen als Sicherheitsmechanismus aufweisen, beispielsweise durch die Möglichkeit über die gesamte Lebensdauer eines Produkts Informationen über die Verbindung einer Schaltungskomponente zu bestimmen, insbesondere wenn die Schaltungskomponente für sicherheitskritische Funktionalitäten verwendet wird.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen einen Spannungsregler, einen oder mehrere externe Kondensatoren und einen Analog/Digitalwandler auf. Im Fall eines fehlenden Kondensators können wiederholte Analog/Digitalwandler-Messungen durchgeführt werden, wobei der Analog/Digitalwandler mehrfach an- und ausgeschaltet wird, beispielsweise zur Erzeugung einer dynamischen Last am Ausgang des Spannungsreglers. Der dadurch generierte Satz von Analog/Digitalwandler-Messungen kann bezüglich seiner Varianz oder Standardabweichung ausgewertet werden. Eine solche offenbarungsgemäße Vorrichtung oder Schaltungsvorrichtung kann günstig sein, bzw. Kostenvorteile mit sich bringen, beispielsweise weil der Analog/Digitalwandler sowohl als Last/Verbraucher, als auch zur Detektion des Kondensators verwendet werden kann.
Ganz allgemein ermöglichen Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Bestimmung einer Information über eine Schaltungskomponente, welche mit einem Ausgang eines Reglers verbunden ist, die unabhängig von der Temperatur ist.
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen einen integrierten Test zur Verifikation der Existenz von korrekt verbundenen externen Kondensatoren an geregelte Spannungsquellen. Dabei kann anstelle von drahtgebundenen kapazitiven Messungen durch ein offenbarungsgemäßes Konzept eine integrierte pass/fail-Detektion der Kondensatoren implementiert werden.
Bei Beispielen kann die Verarbeitungseinheit durch beliebige geeignete Schaltungsstrukturen implementiert werden, beispielsweise Mikroprozessorschaltungen, ASIC-Schaltungen, CMOS-Schaltungen und dergleichen. Bei Beispielen kann die Verarbeitungseinheit als eine Kombination von Hardware-Strukturen und maschinenlesbaren Befehlen implementiert sein. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinheit einen Prozessor und eine Speichereinrichtung aufweisen, die maschinenlesbare Befehle speichern, die die beschriebenen Funktionalitäten liefern und zur Durchführung von hierin beschriebenen Verfahren führen, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden. Bei Beispielen kann die Speichereinrichtung durch beliebige geeignete Speichervorrichtungen implementiert sein, beispielsweise ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash-Speicher, FRAM (ferroelektrischer RAM), MRAM (magnetoresitiver RAM), oder Phasenwechsel-RAM.
Alle hierin aufgeführten Aufzählungen der Materialien, Umwelteinflüsse, elektrischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften sind hierbei als beispielhaft und nicht als abschließend anzusehen.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Beispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Beispiele der Offenbarung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Beispiele gemäß der Offenbarung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Beispiele der vorliegenden Offenbarung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Beispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Beispiel des offenbarungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Beispiel der offenbarungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren auf-gezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nicht-vorübergehend.
Ein weiteres Beispiel des offenbarungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Beispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Beispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Beispiel gemäß der Offenbarung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Beispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Beispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Beispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Beispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Offenbarung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Beispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung einer Information über eine Verbindung einer Schaltungskomponente, die mit einem Ausgang eines Reglers verbunden ist, um Schwingungen eines Ausgangssignals an dem Ausgang des Reglers zu reduzieren, mit folgenden Merkmalen: eine Verarbeitungseinheit, die ausgelegt ist, um basierend auf einer Mehrzahl von Messsignalen, die jeweils eine Information über das Ausgangssignal des Reglers aufweisen und aufgenommen wurden, während eine Lastkomponente eine elektrische Last am Ausgang des Reglers erzeugt, einen statistischen Wert zu erzeugen, der ein Maß für Schwankungen der Messsignale und somit des Ausgangssignals am Ausgang des Reglers ist, und den statistischen Wert mit einem Grenzwert zu vergleichen und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs die Information über die Verbindung der Schaltungskomponente zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verarbeitungseinheit ausgelegt ist, um die Mehrzahl von Messsignalen zu empfangen, nachdem die durch die Lastkomponente erzeugte Last geändert wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lastkomponente einen Analog/Digitalwandler aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Verarbeitungseinheit ausgelegt ist, um Ausgangssignale des Analog/Digitalwandlers als die Mehrzahl von Messsignalen zu empfangen.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, die eine Schnittstelle aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Information über die Verbindung der Schaltungskomponente auszugeben.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der statistische Wert ein Maß für eine mittlere Abweichung der Messsignale von einem Mittelwert derselben ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der statistische Wert eine Standardabweichung oder eine Varianz der Mehrzahl von Messsignalen ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit ausgelegt ist, um eine binäre Information über die Verbindung der Schaltungskomponente zu bestimmen.
Schaltungsvorrichtung, die die Vorrichtung nach Anspruch 1, den Regler, die Lastkomponente und die Schaltungskomponente aufweist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Schaltungskomponente eine kapazitive Eigenschaft aufweist.
Schaltungsvorrichtung Anspruch 10, bei der die Schaltungskomponente ein Kondensator ist.
Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, die ferner ein Sensorelement aufweist, das ausgelegt ist, um ein Sensorsignal auszugeben, wobei der Regler ein Spannungsregler ist, der ausgelegt ist, um eine geregelte Referenzspannung zu erzeugen, wobei die Lastkomponente einen Analog/Digitalwandler aufweist, der ausgelegt ist, um an einem ersten Eingang die geregelte Referenzspannung zu empfangen und an einem zweiten Eingang das Sensorsignal zu empfangen, und wobei die Verarbeitungseinheit ausgelegt ist, um Ausgangssignale des Analog/Digitalwandlers als die Mehrzahl von Messsignalen zu empfangen.
Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, die als eine integrierte Schaltung implementiert ist.
Verfahren zur Bestimmung einer Information über eine Verbindung einer Schaltungskomponente, die mit einem Ausgang eines Reglers verbunden ist, um Schwingungen eines Ausgangssignals an dem Ausgang des Reglers zu reduzieren, mit folgenden Merkmalen: Erzeugen einer elektrischen Last am Ausgang des Reglers; und Erzeugen eines statistischen Werts, basierend auf einer Mehrzahl von Messsignalen, die jeweils eine Information über das Ausgangssignal des Reglers aufweisen und aufgenommen wurden, während die elektrische Last am Ausgang des Reglers erzeugt wird, wobei der statistische Wert ein Maß für Schwankungen der Messsignale und somit des Ausgangssignals am Ausgang des Reglers ist; und Vergleichen des statistischen Werts mit einem Grenzwert; und Bestimmen der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente, basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verfahren ferner ein Übertragen der Information über die Verbindung der Schaltungskomponente aufweist.
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14 oder 15, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.