DE10244365A1

DE10244365A1 - Verteilte-Halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE10244365A1
Application number: DE2002144365
Authority: DE
Inventors: Willy Dipl-Ing. Bartel; Werner Ing. Kopmeier (grad); Manfred Dipl.-Phys. Wagner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Bartel Willy Dipl - Ing 63571 Gelnhausen De; KOPMEIER, WERNER, 60528 FRANKFURT, DE; WAGNER, MANFRED, DIPL. - PHYS., 65594 RUNKEL, DE
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: DE10244365B4

Abstract

Eine verteilte Halbleiterschaltung zur Steuerung von Verkehrsmittelkomponenten mit mehreren auf einem gemeinsamen Träger (1, 6) angeordneten Schaltungsmodulen (2), die als untereinander vernetzte Zellen mit jeweils einheitlichem Gehäuse (5) aufgebaut sind und wobei jedes Schaltungsmodul (2) eine Ein- und/oder Ausgabeeinheit (15, 17) sowie eine logische Verarbeitungseinheit (4) aufweist, um einen Teilprozess einer Steueraufgabe ausführen zu können, wobei die Schaltungsmodule (2) jeweils eine innerhalb eines Gehäuses (5) mehrfach gebogen angeordnete, flexible Leiterplatte (11) aufweisen, auf der die logische Verarbeitungseinheit (4) angeordnet ist. Die Schaltungsmodule (2) sind in Form eines Schaltungsmodulfeldes auf dem Träger (1, 6) angeordnet und mit einer Ein-/Ausgabeeinheit (15) versehen, die einen direkten Datenaustausch mit einem benachbarten Schaltungsmodul (2) zulässt.

Description

Die Erfindung betrifft eine verteilte Halbleiterschaltung zur Steuerung von Verkehrsmittelkomponenten mit mehreren auf einem gemeinsamen Träger angeordneten Schaltungsmodulen, die als untereinander vernetzte Zellen mit jeweils einheitlichem Gehäuse aufgebaut sind und wobei jedes Schaltungsmodul eine Ein- und/oder Ausgabeeinheit sowie eine logische Verarbeitungseinheit aufweist, um einen Teilprozess einer Steueraufgabe ausführen zu können.

Aus der EP 0 699 017 B1 ist ein elektrisches Gerät für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem eine flexible Leiterplatte zum Einsatz kommt. Auf der Leiterplatte sind elektrische Bauelemente und Steckerstifte vorgesehen, die der elektrischen Kontaktierung der flexiblen Leiterplatte dienen. Die flexible Leiterplatte wird um einen Tragekörper gebogen und kann auf diese Weise in einem kompakten Gehäuse untergebracht werden. Durch den Biegevorgang kann die Leiterplatte im Verhältnis zu deren Flächengröße in einem relativ kleinen Gehäuse untergebracht werden. Infolgedessen kann in kleinen Geräten eine hohe Anzahl von Bauelementen mit deren komplexen elektrisch leitenden Verbindungsnetzen angeordnet sein.

Die EP 0 521 735 81 zeigt eine verteilte Halbleiterschaltung, wobei verschiedene Schaltungsmodule auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet sind. Die flexible Leiterplatte ist dabei jeweils in mehreren Lagen aufeinander zurückgefaltet und als Schaltungsmodule sind mehrere gleichartige Halbleiterbausteine, beispielsweise konventionelle Speicherelemente vorgesehen. Im Gegensatz zu den starren Leiterplatten, die an einer oder an beiden Seiten mit derartigen Halbleiterbausteinen bestückt sind, kann diese flexible Leiterplatte durch das mehrfache Zurückfalten eine erheblich größere Anzahl von Halbleiterbausteinen aufnehmen. Die verteilte Halbleiterschaltung weist als Träger die flexible Leiterplatte auf und ist innerhalb eines geschlossenen Fahrzeug-Steuergeräts angeordnet. Die als Schaltungsmodule vorgesehenen Halbleiterbausteine sind beispielsweise herkömmliche starre Speicherchips.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verteilte Halbleiterschaltung zur Steuerung von Verkehrsmittelkomponenten mit mehreren auf einem gemeinsamen Träger angeordneten Schaltungsmodulen derart weiterzubilden, dass speziell aufgebaute Schaltungsmodule hochintegriert vorgesehen werden können und aufgrund des einheitlichen Aufbaus für eine modulare und erweiterbare Steuerschaltung in Verkehrsmitteln geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Danach weisen die Schaltungsmodule jeweils eine innerhalb eines Gehäuses mehrfach gebogen angeordnete, flexible Leiterplatte auf, auf der die logische Verarbeitungseinheit angeordnet ist, und die Schaltungsmodule sind in Form eines Schaltungsmodulfeldes auf dem Träger angeordnet und mit einer Ein-/Ausgabeeinheit versehen, die einen direkten Datenaustausch mit dem benachbarten Schaltungsmodul zulässt.

Erfindungsgemäß ist die verteilte Halbleiterschaltung auf einem ersten Träger in Form eines Schaltungsmodulfeldes aufgebaut und die flexible Leiterplatte ist innerhalb eines jeden gleichartigen Schaltungsmoduls vorgesehen. Im Gegensatz zum nächstkommenden Stand der Technik werden mehrere gleichartige Schaltungsmodule mit einer flexiblen Leiterplatte bestückt, so dass die Bestückungsdichte innerhalb des Schaltungsmoduls vergrößert werden kann. In jedem Schaltungsmodul kann dann auf der flexiblen Leiterplatte eine logische Verarbeitungseinheit vorgesehen sein und zusätzlich eine Ein- und Ausgabeeinheit. Die modular aufgebauten und miniaturisierten Schaltungsmodule besitzen dann selbst eine Leiterplatte mit mehreren unabhängig voneinander angeordneten Halbleiterbausteinen. Dadurch können in den Schaltungsmodulen komplexe Schaltungen aufgebaut werden, die über die herkömmliche Lösung mit den vorgefertigten und vergossenen Halbleiterbausteinen hinausgeht. Jedes Schaltungsmodul kann dazu einerseits mit Mikrorechnern, rekonfigurierbarer Hardware, Speicherelementen und anderen Bauelementen ausgerüstet werden. Die Bausteine werden dann innerhalb des Schaltungsmoduls separat angeordnet.

Dadurch das ein Schaltungsmodulfeld auf dem Träger der verteilten Halbleiterschaltung vorgesehen ist und die Ein/Ausgabeeinheit einen direkten Datenaustausch mit dem benachbarten Schaltungsmodul zulässt, kann die verteilte Halbleiterschaltung ohne Veränderung der Hardware, die Teilprozesse einer Steueraufgabe unterschiedlich festlegen und einmal auf ein erstes Schaltungsmodul zur Bearbeitung verteilen und bei einem anderen Vorgang kann das Schaltungsmodul, ohne Veränderung der Hardware, einen anderen Teilprozess der Steueraufgabe übernehmen.

Im Gegensatz zum Stand der Technik kann die Kommunikation über die Ein-/Ausgabeeinheit von einem Schaltungsmodul auf das andere geschaltet werden. Da jedes Schaltungsmodul mit allen anderen Schaltungsmodulen fest verdrahtet oder über die Ein- und Ausgabeeinheit kommunikativ verbunden ist, kann jedes Schaltungsmodul im Prinzip die selben Aufgaben durchführen, die diesem von einer Steuereinheit zugeordnet werden müssen.

Ein spezieller Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass mehrere Schaltungsmodule an der dem Träger zugewandten Seite eine optische Ein- und/oder Ausgabeeinheit aufweisen, über die die Daten in eine optische Schicht innerhalb des Trägers einkoppelbar sind. Die verschiedenen Schaltungsmodule werden beispielsweise durch einen Lötvorgang auf dem Träger befestigt und auf der dem Träger zugewandten Seite ist ein optisches Fenster vorgesehen, über das die Ein-/Ausgabesignale in eine optische Schicht innerhalb des Trägers eingekoppelt werden. Durch eine speziell vorgesehene Spiegelanordnung werden Kommunikationssignale von den Schaltungsmodulen innerhalb der optischen Schicht des Trägers in eine übergeordnete Steuereinheit und an alle weiteren Schaltungsmodule weitergeleitet. Aufgrund der Konfiguration entscheidet jedes Schaltungsmodul, ob die über die optische Ein-/Ausgabeeinheit empfangenen Daten für die Steueraufgaben verwendet werden. Die optische Schicht innerhalb des Trägers kann auch als schmaler optischer Leiter vorgesehen sein, der lediglich bestimmte Schaltungsmodule innerhalb des Schaltungsmoduls selbst miteinander verdrahtet.

Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 3 gelöst. Danach weisen die Schaltungsmodule jeweils eine innerhalb eines Gehäuses mehrfach gebogen angeordnete, flexible Leiterplatte auf, auf der die logische Verarbeitungseinheit angeordnet ist, und die Schaltungsmodule sind mit einer Ein-/Ausgabeeinheit versehen, die einen direkten Datenaustausch mit den anderen Schaltungsmodulen zulässt. Die logische Verarbeitungseinheit mehrerer Schaltungsmodule weist dabei eine rekonfigurierbare Hardware, insbesondere ein sogenanntes FPGA auf, so dass die Schaltungsmodule ohne deren Austausch an veränderte Teilprozesse der Steueraufgabe anpassbar sind.

Auf der flexiblen Leiterplatte der Schaltungsmodule ist eine rekonfigurierbare Hardware vorgesehen. Eine rekonfigurierbare Hardware besteht üblicherweise aus einer Vielzahl von Speicherzellen, die programmierbar miteinander verdrahtet werden können. Auf diese Weise können, ohne Veränderung der Hardware, aus mehreren Speicherzellen Flip-Flops aufgebaut werden und wie allgemein aus dem Stand der Technik bekannt ist, können belie- bige Computerschaltungen aus einzelnen Flip-Flops aufgebaut werden. Infolgedessen kann jedes Schaltungsmodul als Mikrorechner, Speichereinheit oder einfacher logischer Addierer programmiert werden. Insbesondere wenn Schaltungen später ohne Veränderung der Hardware überarbeitet werden sollen, ist ein derar tiges modulares Prinzip mit rekonfigurierbarer Hardware besonders vorteilhaft. Die Schaltung lässt sich besonders vorteilhaft bei Verkehrsmitteln wie Flugzeugen, Schiffen und Kraftfahrzeugen einsetzen.

Die Schaltungsmodule können durch Herunterladen einer Hardware-Beschreibungssprache ohne Veränderung der Gesamthardware neu konfiguriert werden. Die Hardware-Beschreibungssprache wird von einem Bootbaustein auf dem Träger herunter geladen. Der Bootbaustein kann beispielsweise ein sogenannter Flash-Speicher sein, in den ein Plan für die neue Hardwarebeschaltung bestimmter Schaltungsmodule gespeichert werden kann. Wird beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug ein neues Telefon nachgerüstet, muss in Zukunft nicht die gesamte Hardware ersetzt werden, sondern es kann durch Runterladen einer neuen Hardware-Beschreibungssprache die Konfiguration der für die Telefonanbindung notwendigen Schaltungsmodule verändert werden. Dadurch kann ein moderneres Telefon, dessen Einsatzzeit im Fahrzeug beispielsweise zwei Jahre beträgt, durch ein neues Telefon ersetzt werden. Dabei muss lediglich die Telefonhalterung ersetzt werden. Soweit die Datenübertragung vom Telefon zum Fahrzeug in optischer Form oder über eine Infrarotschnittstelle erfolgt, kann dann vom Telefon ein sogenannter Hardwaretreiber auf den Bootbaustein heruntergeladen werden. Gegebenenfalls kann ein weiteres Schaltungsmodul im Schaltungsmodulfeld eingesetzt werden und dieses übernimmt dann mit mehreren weiteren Schaltungsmodulen die Steuerungsaufgabe und die Kommunikation zwischen Telefon und Fahrzeug.

Dazu ist insbesondere die Ein-/Ausgabeeinheit feldartig auf dem Träger vorgesehen und erweiterbar ausgestaltet, so dass das Schaltungsmodulfeld durch Hinzufügen eines weiteren Schaltungsmoduls auf größere Rechenleistungen anpassbar ist. Beispielsweise kann auf dem Träger ein Feld von Ein-/Ausgabeeinheiten in Modulform bereits vorgesehen sein und die eigentlichen Schaltungsmodule mit der logischen Verarbeitungseinheit werden auf diese Ein-/Ausgabeeinheiten aufgesetzt. Im Standardbetrieb, beispielsweise bei Auslieferung eines neu produzierten Fahrzeugs, kann durchaus vorgesehen sein, dass mehrere Ein/Ausgabeeinheiten vorhanden sind, die nicht mit einem Schaltungsmodul belegt sind. Dadurch lässt sich die Schaltung bei einer Rekonfiguration durch Erweiterung eines weiteren Schaltungsmoduls skalierbar gestalten.

Der Träger oder auch die modular ausgeführten Ein/Ausgabeeinheiten weisen bevorzugt Ausnehmungen auf, in die die Schaltungsmodule einsetzbar sind. Die am Träger angeordneten Ein-/Ausgabeeinheiten sind derart angeordnet, dass jedes Schaltungsmodul mit dem benachbarten Schaltungsmodul bei Bedarf vernetzbar ist. Grundsätzlich besteht eine Vernetzung mit allen Schaltungsmodulen, jedoch kann die Vernetzung programmierbar ausgeführt sein. Auf diese Weise nimmt das benachbarte Schaltungsmodul zwar physikalisch das Signal auf, jedoch wird die Information nur bei geeigneter Adressierung dem Schaltungsmodul zugeführt.

Die Schaltungsmodule weisen bevorzugt ein einheitlich ausgebildetes erstes Gehäuse mit einer logischen Verarbeitungseinheit auf. Jedes Schaltungsmodul ist dabei vorzugsweise identisch aufgebaut. Es kann vorgesehen sein, dass in einem Bereich des Gehäuses eine optische Ein- und Ausgabeeinheit und in einem weiteren Bereich die Stromversorgungskontakte für das Schaltungsmodul vorgesehen sind. Beide Bereiche sind dann bei mehreren Schaltungsmodulen möglicherweise an der selben Position des Gehäuses angeordnet. Dadurch können die Schaltungsmodule beliebig gegeneinander ausgetauscht werden und lediglich durch die Hardware-Beschreibungssprache beim Hochfahren des Gesamtsystems neu konfiguriert werden. Die Spezifikation jedes Schaltungsmoduls erfolgt über seine Hardware-Programmierung. Durch den modularen Aufbau und durch die Rekonfiguration jedes Schaltungsmoduls können verschiedene Funktionen eines herkömmlichen Steuergeräts auf dieser neuartig verteilten Halbleiterschaltung durchgeführt werden. Dazu werden einzelne Prozesse oder Hardwareelemente eines Steuergeräts durch eine Hardware- Beschreibungssprache beschrieben und auf eines oder mehrere rekonfigurierbare Schaltungsmodule geladen. Wenn die Hardwarebeschaltunq der Schaltungsmodule konfiguriert ist, können dann übliche Software-Anwendungsprogramme auf diesen Schaltungsmodulen ausgeführt werden.

Die Schaltungsmodule können auch zweiteilig ausgeführt sein, so dass ein zweites Gehäuse mit der Ein- und Ausgabeeinheit vorgesehen ist, die dem Träger zugeordnet ist. Dabei kann ein Einund Ausgabemodulfeld auf dem Träger vorgesehen sein und die Schaltungsmodule werden dazu lediglich auf die Ein/Ausgabemodule aufgesetzt oder aufgelötet. Die Ein/Ausgabeeinheiten können dann eine optische oder elektrische Kommunikation zur Verfügung stellen. Der Träger weist gegebenenfalls Befestigungselemente wie Steckkontakte, Ausnehmungen u.a. auf, so dass die Schaltungsmodule in Form eines Schaltungsmodulfelds auf dem Träger nahe beieinander angeordnet sein können.

Die flexible Leiterplatte ist derart mehrfach gebogen angeordnet, so dass ein gefalteter Folienleiter entsteht, wobei mehrere planare Bauelemente auf dem Folienleiter vorgesehen sein können. Infolgedessen kann die flexible Leiterplatte mit aufeinander zurückgefalteten Leiterebenen vorgesehen sein, wobei auch die Bauelemente folienartig ausgebildet sind. Innerhalb eines Schaltungsmoduls befindet sich dann eine gegebenenfalls ersetzbare mehrfach gebogene flexible Leiterplatte. Der Folienaufbau kann durch seine modulare Bestückung und den gleichartigen Aufbau preiswerter ausgeführt sein, als herkömmliche Multi-Chip-Technologien.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die untergeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung einer Ausführungsform zu verweisen. In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen, verteilten Halbleiter- Schaltung dargestellt. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung,
1 eine Gesamtansicht der verteilten Halbleiterschaltung mit sechs auf einem gemeinsamen Träger angeordneten Schaltungsmodulen gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine Ansicht eines Trägers zum Einsetzen der Schaltungsmodule und eine Ansicht des Trägers mit zwei eingesetzten Schaltungsmodulen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 eine Ansicht des systematischen Aufbaus eines Schaltungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung und
4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltungsmoduls in geschnittener Darstellung.
Die verteilte Halbleiterschaltung zur Steuerung von Verkehrsmittelkomponenten, wie Telematiksystemen, Motorkomponenten und Ersatzteilkomponenten, weist einen Träger 1 und im Beispiel sechs gleichartige Schaltungsmodule 2 auf. Der Träger 1 ist als Leiterplatte, beispielsweise auch als flexible Leiterplatte ausgebildet. Die sechs dargestellten Schaltungsmodule 2 weisen ein erstes mit dem Träger 1 verbundenes Modulteil 3 und ein weiteres, darauf aufgesetztes Modulteil 4 auf. Im ersten Modulteil 3 ist eine Ein-/Ausgabeeinheit jedes Schaltungsmoduls 2 vorgesehen, die eine Vernetzung der Schaltungsmodule 2 untereinander zulässt. Im Modulteil 4 jedes Schaltungsmoduls 2 ist eine logische Verarbeitungseinheit vorgesehen, um einen Teilprozess einer Steueraufgabe ausführen zu können. Unter logischer Verarbeitungseinheit wird hier eine Schaltung verstanden, die Und/Oder-Gatter oder Flip-Flops oder Rechenwerke beinhaltet. Die logische Verarbeitungseinheit wird dann durch konven tionelle Speichermittel ergänzt, um darauf Daten abspeichern zu können.
Die Schaltungsmodule 2 weisen jeweils ein Gehäuse auf, innerhalb der die Elektronik für die logische Verarbeitungseinheit angeordnet ist. Die Schaltungsmodule 2 sind in Form eines Schaltungsmodulfelds auf dem Träger 1 angeordnet und die innerhalb des Modulteils 3 angeordnete Ein-/Ausgabeeinheit ermöglicht einen direkten Datenaustausch der Schaltungsmodule 2 untereinander.
Gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform sind die Schaltungsmodule 2 beispielsweise durch ein Lötverfahren auf den Träger 1 aufgebracht und die Ein-/Ausgabeeinheit kann eine elektrisch leitende Kommunikationsverbindung sein, die mit einem innerhalb der Leiterplatte des Trägers 1 angeordneten Datenbus in Verbindung steht, so dass eine Kommunikation zwischen den Schaltungsmodulen 2 erzielbar ist.
Das Modulteil 3 kann durch eine Lötverbindung mit dem Träger 6 verbunden sein, so dass sich eine erschütterungsresistente Befestigung für die Schaltungsmodule 2 ergibt. Alternativ oder zusätzlich können die Modulteile 3, 4 durch eine Klammer 8 in ihrer Position festgelegt sein, die zusätzlich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Leiter im Träger 6 und den Modulteilen 3, 4 bereitstellt. Der Träger 6 kann Ausnehmungen 7 aufweisen, in die die Schaltungsmodule 2 jeweils eingesetzt werden. In jeder Ausnehmung kann in einem dafür vorgesehenen Bereich eine Ein-/Ausgabeeinheit und ein Stromversorgungsanschluss vorgesehen sein, so dass die Module 3, 4 beliebig austauschbar sind.
In der 3 ist eine erweiterte Ausführungsform des Schaltungsmoduls 2 dargestellt, wobei links jeweils der schematische Innenaufbau und rechts die Außenansicht des Gehäuses 5 mit den einzelnen Modulteilen 3, 4 und 9 dargestellt ist. Das Modulteil 3 weist die Ein- und Ausgabeeinheit auf, die beispielsweise ei ne optische Kommunikationsverbindung entweder parallel zum Träger 1, 6 und direkt zum benachbarten Schaltungsmodul 2 erzeugt, oder eine optische Kommunikationsverbindung in Richtung senkrecht zum Träger 1, 6 erzeugt, so dass die optische Kommunikation innerhalb einer Schicht des Trägers zum benachbarten Schaltungsmodul 2 erfolgen kann.
Das Ein- und Ausgabemodul 3 kann aber auch eine elektrische oder Infrarotverbindung zu dem benachbarten Schaltungsmodulen erzeugen. Das Modulteil 4 weist die logische Verarbeitungseinheit auf, wobei hier entweder eine logische Schaltung, ein Mikrorechner oder bevorzugt eine rekonfigurierbare Hardware zum Einsatz kommt. Als rekonfigurierbare Hardware 10 wird bevorzugt ein Field Programmable Gate Array (FPGA) verwendet, was im wesentlichen ein Baustein mit sehr vielen Speicherzellen ist, die beliebig miteinander vernetzt werden können. Durch Herunterladen einer Hardware-Beschreibungssprache lassen sich die Speicherzellen derart miteinander verschalten, dass eine logische Schaltung oder ein Mikrorechner erzeugbar ist. Die rekonfigurierbare Hardware 10 kann dann mit oder ohne Anwendungs-Software ablauffähig sein und bei Bedarf neu rekonfiguriert werden, so dass die Speicherzellen anders beschaltet sind und aus einem Addierwerk beispielsweise ein Multiplizierwerk entsteht.
Bei der hier dargestellten weiteren Ausführungsform für das Schaltungsmodul 2 wird eine Aktor-Sensor-Erweiterung als Modulteil 9 vorgesehen und mit den beiden anderen Modulteilen 3 und 4 verschaltet. Dazu können die Modulteil 3, 4 und 9 beispielsweise bei einem Lötverfahren elektrisch leitend verbunden werden oder auch nur dadurch aneinander befestigt werden, so dass eine optische Verbindung oder eine moderne drahtlose Verbindung für die Kommunikation vorgesehen sein kann. Ein Verfahren für die drahtlose Kommunikation kann ein Infrarot- oder ein sogenanntes Bluetooth-Kommunikationsverfahren sein. Die elektrischen Komponenten innerhalb des Schaltungsmoduls 2 sind erfindungsgemäß durch eine flexible Leiterplatte innerhalb des je weiligen Gehäuses 5 bestückt. Die flexible Leiterplatte 11 besitzt den Vorteil, dass elektrische Komponenten ebenfalls als Fölien-Bauelement darauf aufgebracht werden können und durch das Zurückfalten der Leiterplatte 11 in hoher Bauelementdichte innerhalb des Gehäuses 5 angeordnet sein können.
Die flexible Leiterplatte 11 ist innerhalb des Gehäuses 5 der Modulteile 3, 4, 9 jeweils mehrfach gebogen, d.h. mindestens einmal aufeinander zurückgefaltet und im Schaltungsmodul 2 entsprechend gelagert. Auf diese Weise lassen sich zellenartige Schaltungsmodule 2 einfach herstellen mit den flexiblen Leiterplatten 11 bestücken und dann anschließend auf dem Träger 1 in Form eines Schaltungsmodulfeldes anordnen. Das Schaltungsmodulfeld bildet infolgedessen eine hochintegrierte und verteilte Halbleiterschaltung, die durch jeweilige Vernetzung und durch die gleichartige Ausführung der Schaltungsmodule 2 verteilte Steuerungsprozesse ausführen kann. Jedes Schaltungsmodul 2 kann dabei nach der Konfiguration eine bestimmte Steueraufgabe übernehmen. Jedes Schaltungsmodul 2 wird zunächst hardwaremäßig konfiguriert und dann in der Folge beispielsweise mit den Eingangssignalen oder mit einer Software bespielt, so dass der Steuerungs-/Rechenprozess im Schaltungsmodul 2 ausführbar ist und beispielsweise dann einem weiteren Schaltungsmodul 2 zur Weiterverarbeitung über das Modulteil 3 und die darin angeordnete Ein- und Ausgabeeinheit übertragen werden kann.
In 4 ist ein Schaltungsmodul 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Das Schaltungsmodul 2 weist eine flexible Leiterplatte 11 und darauf angeordneten Bauelementen 12 und 13 auf. Die flexible Leiterplatte 11 ist mit einer Ein/Ausgabeeinheit 14 verbunden, die in Form vieler einzelner elektrischer Kontakte als Kontaktfeld vorgesehen ist. Über das elektrische Kontaktfeld 14 wird die flexible Leiterplatte 11 mit einer elektrisch leitenden Schicht am Träger 1 verbunden. Eine optische Ein- und Ausgabeeinheit 15 bildet den Sender für eine optische Kommunikationsverbindung, die die zu übertragenden Signale in die optische Schicht 16 innerhalb des Trägers 1 einkoppelt. Mit dieser optischen Schicht 16 steht dann wieder die optische Empfangseinheit des benachbarten Schaltungsmoduls 2 in Verbindung. Eine weitere drahtlose Ein- und Ausgabeeinheit 17 kann vorgesehen sein, um eine drahtlose Kommunikation zwischen den Schaltungsmodulen 2 zuzulassen. Schließlich ist eine elektrische Stromversorgung 18 im Schaltungsmodul 2 im Bereich des Gehäuses 5 vorgesehen.

Claims

Verteilte Halbleiterschaltung zur Steuerung von Verkehrsmittelkomponenten mit mehreren auf einem gemeinsamen Träger (1, 6) angeordneten Schaltungsmodulen (2), die als untereinander vernetzte Zellen mit jeweils einheitlichem Gehäuse (5) aufgebaut sind und wobei jedes Schaltungsmodul (2) eine Einund/oder Ausgabeeinheit (3, 14, 15, 17) sowie eine logische Verarbeitungseinheit (4) aufweist, um einen Teilprozess einer Steueraufgabe ausführen zu können, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsmodule (2) jeweils eine innerhalb eines Gehäuses (5) mehrfach gebogen angeordnete, flexible Leiterplatte (11) aufweisen, auf der die logische Verarbeitungseinheit (4) angeordnet ist, dass die Schaltungsmodule (2) in Form eines Schaltungsmodulfeldes auf dem Träger (1, 6) angeordnet sind und dass die Schaltungsmodule (2) mit einer Ein-/ Ausgabeeinheit (3, 14, 15, 17) versehen sind, die einen direkten Datenaustausch mit einem benachbarten Schaltungsmodul (2) zulässt.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schaltungsmodule (2) an der dem Träger (1, 6) zugewandten Seite eine optische Ein- und/oder Ausgabeeinheit (15) aufweisen, über die Daten in eine optische Schicht (16) innerhalb des Trägers (1) einkoppelbar sind.
Verteilte Halbleiterschaltung zur Steuerung von Verkehrsmittelkomponenten mit mehreren auf einem gemeinsamen Träger (1, 6) angeordneten Schaltungsmodulen (2), die als untereinander vernetzte Zellen mit jeweils einheitlichem Gehäuse (5) aufge baut sind und wobei jedes Schaltungsmodul (2) eine Ein- und/oder Ausgabeeinheit (3, 14, 15, 17) sowie eine logische Verarbeitungseinheit (4) aufweist, um einen Teilprozess einer Steueraufgabe ausführen zu können, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsmodule (2) jeweils eine innerhalb eines Gehäuses (5) mehrfach gebogen angeordnete, flexible Leiterplatte (11) aufweisen, auf der die logische Verarbeitungseinheit angeordnet ist, dass die Schaltungsmodule (2) mit einer Ein-/Ausgabeeinheit (3, 14, 15, 17) versehen sind, die einen direkten Datenaustausch mit den anderen Schaltungsmodulen (2) zulässt und dass die logische Verarbeitungseinheit mehrerer Schaltungsmodule (2) eine rekonfigurierbare Hardware (10) aufweist, so dass die Schaltungsmodule (2) ohne deren Austausch an veränderte Teilprozesse der Steueraufgabe anpassbar sind.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsmodule (2) durch Herunterladen einer Hardware-Beschreibungssprache rekonfigurierbar sind und dass ein Bootbaustein auf dem Träger (1, 6) vorgesehen ist, von dem die Hardware-Beschreibungssprache zur Rekonfigurierung über die Ein- und Ausgabeeinheit (15, 17) in jedes beliebige Schaltungsmodul (2) geladen werden kann.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein-/Ausgabeeinheiten (3, 14, 15, 17) jeweils dem Träger (1, 6) zugeordnet und erweiterbar sind, so dass das Schaltungsmodulfeld durch hinzufügen eines weiteren Schaltungsmoduls (2) auf größere Rechenleistungen anpassbar ist.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1, 6) Ausnehmungen aufweist, in die die Schaltungsmodule (2) einsetzbar sind, und dass am Träger (1, 6) Ein-/ Ausgabeeinheiten (3, 14, 15, 17) derart angeordnet sind, das jedes Schaltungsmodul (2) mit dem benachbarten Schaltungsmodul (2) vernetzbar ist.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die θchaltungsmodule (2) ein einheitlich ausgebildetes erstes Gehäuse (5) mit der logischen Verarbeitungseinheit (4) und ein damit verbindbares zweites Gehäuse (5) mit der Eingabe-Ausgabe-Einheit (3) aufweist.
Halbleiterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1, 6) Befestigungselemente wie Steckkontakte, Ausnehmungen u.a. aufweist, so dass die Schaltungsmodule (2) in Form eines Schaltungsmodulfeldes auf dem Träger (1, 6) nahe beieinander anordenbar sind.
Halbleiterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schaltungsmodul (2) einen Bereich mit einer optischen Ein- und/oder Ausgabeeinheit (3, 14, 15, 17) und einen Bereich mit Stromversorgungskontakten aufweist, wobei beide Bereiche bei mehreren Schaltungsmodulen (2) an derselben Position des Gehäuses (5) angeordnet sind.
Halbleiterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte (11) als gefalteter Folienleiter ausgebildet ist, wobei mehrere planare Bauelemente auf dem Folienleiter vorgesehen sind.