DE112014006383T5

DE112014006383T5 - Erfassung abhängiger Ausfälle

Info

Publication number: DE112014006383T5
Application number: DE112014006383.5T
Authority: DE
Inventors: Kirk Herfurth; Thomas Zettler
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2016-11-24
Also published as: US10229805B2; WO2015124178A1; US20160365213A1; CN106574945B; KR20160111471A; JP6355745B2; JP2017506341A; KR101882118B1; CN106574945A

Abstract

Es sind Vorrichtungen und Verfahren vorgesehen, die ein Erfassen eines Störparameters erleichtern, der außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Ein solcher Störparameter kann zum Beispiel abhängige Ausfälle in redundanten Schaltungen verursachen, zum Beispiel redundanten Schaltungen, die auf demselben Substrat angeordnet sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Vorsehen der Möglichkeit, abhängige Ausfälle (dependent failures) zu erfassen, die zum Beispiel zwei oder mehr redundante Schaltungen beeinträchtigen.
Die Verwendung elektronischer Systeme in sicherheitskritischen Umgebungen, zum Beispiel in Automobilanwendungen für Lenkerunterstützungssysteme und autonomes Lenken, erfordert einen zuverlässigen Betrieb solcher elektronischen Systeme, um Risiken für Personen, abhängig vom Betrieb der elektronischen Systeme, zu vermeiden, zum Beispiel Insassen oder andere Personen im Falle von Automobilanwendungen.
Zur Erhöhung der Sicherheit ist eine häufig getroffene Maßnahme ein Vorsehen redundanter Schaltungen, d.h. ein Vorsehen von zwei oder mehr Schaltungen, die im Wesentlichen dieselbe Funktion ausführen. Wenn eine der redundanten Schaltungen ausfällt, steht (stehen) noch die andere(n) redundante(n) Schaltung(en) zur Verfügung. Ferner ist ein Versagen einer der redundanten Schaltungen üblicherweise leicht erfassbar, da sich die Ausgangssignale der zwei redundanten Schaltungen voneinander unterscheiden, wenn zum Beispiel eine von zwei redundanten Schaltungen ausfällt. Eine andere Strategie ist ein Vorsehen einer ersten Schaltung zum Ausführen einer gewissen Funktion und einer zweiten Schaltung zum Überwachen des korrekten Betriebs der ersten Schaltung.
Es gibt jedoch eine Art von Ausfällen, auch als abhängige Ausfälle bezeichnet, die zu einer gleichzeitigen Fehlfunktion oder einem gleichzeitigen Ausfallen von zwei redundanten Schaltungen führen kann oder zu einem gleichzeitigen Ausfallen einer ersten Schaltung zum Ausführen einer gewissen Funktion und einer zweiten Schaltung zum Überwachen der ersten Schaltung führen kann. Diese abhängigen Ausfälle können insbesondere dann auftreten, wenn zwei oder mehr redundante oder auf andere Weise zugehörige Schaltungen auf einem einzelnen Substrat vorgesehen sind, zum Beispiel auf einem einzelnen Substrat integriert sind, da in diesem Fall die Schaltungen nahe beieinanderliegen und durch das Substrat gekoppelt sind.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß Ausführungsformen sind Vorrichtungen wie durch Anspruch 1 oder 17 definiert, und Verfahren wie durch Anspruch 28 oder 30 definiert, vorgesehen. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Die obenstehende kurze Zusammenfassung soll nur einen kurzen Überblick über einige Ausführungsformen geben und ist nicht als erschöpfend anzusehen und auch nicht als Angabe kritischer oder wesentlicher Elemente der vorliegenden Anmeldung auszulegen. Vielmehr ist die Kurzdarstellung nur als eine Einleitung zur folgenden ausführlichen Beschreibung zu verstehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer Schaltung gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine generische Schaltung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines Verhaltens der Schaltung von 2 zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform zeigt.
5–8 sind schematische Ansichten, die verschiedene störende Einflüsse auf ein Substrat zeigen.
9A und 9B sind Darstellungen, die das Verhalten von Signalen in einigen Ausführungsformen zeigen.
10 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einer Ausführungsform.
11 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einer Ausführungsform.
12 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einer Ausführungsform.
13 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einer Ausführungsform.
14 ist eine Darstellung, die eine Schaltung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
15 ist eine Darstellung, die ein Hystereseverhalten eines Schmitt-Triggers zeigt, der in einigen Ausführungsformen nützlich ist.
16 ist eine Darstellung, die eine Schaltung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
17 ist eine Darstellung, die eine Schaltung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
18 ist eine Darstellung, die eine Kapazität zeigt, die in einigen Ausführungsformen nützlich ist.
19 ist eine Darstellung, die eine Kapazität zeigt, die in einigen Ausführungsformen nützlich ist.
20A und 20B sind Darstellungen, die Oszillatorschaltungen zeigen, die in einigen Ausführungsformen nützlich sind.
21 ist eine Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung gemäß einer Ausführungsform.
22 zeigt einen Widerstand, der in einigen Ausführungsformen nützlich ist.
23 zeigt eine Bandlückenreferenzschaltung, die in einigen Ausführungsformen nützlich ist.
24 zeigt das Verhalten von zwei Bandlückenreferenzschaltungen gemäß einer Ausführungsform.
25 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform zeigt.
26 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der Folge werden verschiedene Ausführungsformen ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es wird festgehalten, dass diese Ausführungsformen in keiner Weise als Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Anmeldung auszulegen sind, sondern nur als veranschaulichende Beispiele angeführt sind. Zum Beispiel ist eine Beschreibung einer Ausführungsform mit mehreren Elementen nicht als Angabe auszulegen, dass alle diese Elemente zur Ausführung von Ausführungsformen notwendig sind, da in anderen Ausführungsformen einige dieser Merkmale fehlen können oder durch alternative Elemente ersetzt sein können. Ferner können Elemente von verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu erzeugen, falls nicht anderes im Speziellen angegeben ist.
Einige der Ausführungsformen können redundante Schaltungen umfassen. Redundant in dieser Hinsicht kann angeben, dass die Schaltungen zur Durchführung derselben oder einer äquivalenten Funktion gestaltet sind. Die redundanten Schaltungen können Teile einer einzigen Schaltung sein, zum Beispiel einer einzigen integrierten Schaltung auf einem Substrat. Im Allgemeinen kann im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung der Begriff "Schaltung" auch zur Bezeichnung nur eines Teils einer Schaltung verwendet werden. Mit anderen Worten, eine Schaltung kann aus mehreren Schaltungsteilen gebildet sein und diese Schaltungsteile können auch einfach als Schaltungen bezeichnet werden. Zum Beispiel können zwei oder mehr Schaltungen gemeinsam auf einem Substrat in einer einzigen integrierten Schaltung integriert sein. Zum Vorsehen derselben oder einer äquivalenten Funktionalität können die Schaltungen in einigen Ausführungsformen nominell identisch sein, zum Beispiel kann dasselbe Schaltungslayout für beide Schaltungen verwendet werden. "Nominell" in diesem Zusammenhang gibt an, dass noch Abweichungen vorhanden sein können, zum Beispiel aufgrund von Herstellungs- oder anderen Toleranzen. In anderen Ausführungsformen können die funktionell äquivalenten Schaltungen verschiedene Schaltungsdesigns zur Durchführung derselben Funktion umfassen. Wenn zum Beispiel die gewünschte Funktion eine Analog/Digital-Umwandlung ist, kann eine Schaltung eine erste Art von Analog/Digital-Wandler (zum Beispiel ein Flash-Analog/Digital-Wandler) sein und die andere Schaltung kann eine zweite Art von Analog/Digital-Wandler (zum Beispiel ein Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler) sein.
Verschiedene Störparameter können auf Schaltungen wirken. Ein Störparameter kann sich im Allgemeinen im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung auf einen Parameter beziehen, der die Funktionsweise einer Schaltung beeinträchtigen kann. Zum Beispiel kann das Verhalten einer Schaltung von der Temperatur abhängen, bei der sich die Schaltung befindet, wobei die Temperatur in diesem Fall ein Beispiel für einen Störparameter ist. Weitere Beispiele für Störparameter werden in der Folge näher erklärt. Eine Schaltung kann üblicherweise so spezifiziert sein, dass sie in einem gewissen Bereich eines Störparameters arbeitet, aber eine korrekte Funktionsweise außerhalb dieses Bereichs nicht garantiert werden kann. In vielen Fällen kann der spezifizierte Bereich für einen Störparameter von der Anwendung der Schaltung abhängen. Zum Beispiel müssen Schaltungen, die bei oder nahe einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, im Allgemeinen zuverlässig über einen großen Temperaturbereich arbeiten, während Schaltungen, die in einer vergleichsweise temperaturstabilen Umgebung arbeiten, zum Beispiel in Innenräumen, einen vergleichsweise schmalen spezifizierten Bereich haben können.
Zur Erhöhung der funktionalen Sicherheit kann Redundanz verwendet werden. Die funktionale Sicherheit von elektronischen Systemen kann in verschiedenen Standards oder Normen spezifiziert sein. Zum Beispiel sind Anforderungen an die funktionale Sicherheit elektronischer Systeme in Personenkraftwagen in ISO 26262 spezifiziert. Der Begriff "funktionale Sicherheit" ist in ISO 26262, Teil 1, 1.5.1 als "absence of unreasonable risk due to hazards caused by malfunctioning behavior of electrical or electronical systems" (Fehlen von unakzeptablen Risiken basierend auf Gefahren, die durch Fehlfunktion von elektrischen oder elektronischen Systemen verursacht werden) definiert und wird in der vorliegenden Anmeldung in diesem Sinn verwendet.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann eine Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung vorgesehen sein, umfassend ein Sensorelement, das für mindestens einen Störparameter empfindlich ist, und einen Ausgang, der mit dem Sensorelement gekoppelt ist, wobei ein Signal am Ausgang des mindestens einen Störparameters in einer wohl definierten Weise abhängig ist. Wohl definierte Weise in dieser Hinsicht gibt an, dass durch Überwachung des Ausgangs der mindestens eine Störparameter überwacht werden kann, insbesondere so, dass erfasst werden kann, wenn der mindestens eine Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt. Mit anderen Worten, eine Antwort eines Signals am Ausgang auf den mindestens einen Störparameter ist wohl definiert. Der Begriff "Antwort" kann hier zum Beschreiben eines Verhaltens eines Signals, zum Beispiel eines Ausgangssignals, abhängig von einem Parameter, zum Beispiel einem Störparameter, beschrieben werden. Die wohl definierte Weise kann nach Bedarf für eine besondere Anwendung gewählt werden, so dass leicht erfasst werden kann, wenn der mindestens eine Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, zum Beispiel durch Vorsehen einer Antwort, die leicht zu erfassen ist. Beispiele für solche Antworten und wohl definierte Weisen sind später ausführlich angegeben. Im Allgemeinen beschreibt ein Störparameter einen Einfluss auf eine Vorrichtung, der möglicherweise zu einem Ausfall der Vorrichtung führen kann. Es ist daher von Interesse, Mittel zum Erfassen des Störparameters vorzusehen, der den für diesen Störparameter spezifizierten Bereich verlässt.
Eine solche Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung kann insbesondere bei Sicherheitsanwendungen verwendet werden, zum Beispiel um sogenannte abhängige Ausfälle zu erfassen. Solche abhängigen Ausfälle können durch den mindestens einen Störparameter verursacht werden, der den spezifizierten Bereich verlässt, wie später beschrieben wird.
Einige Ausführungsformen können eine erste Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung, wie oben erwähnt, und eine zweite Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung, wie oben erwähnt, umfassen. Die wohl definierte Weise, in welcher der Ausgang von dem mindestens einen Störparameter abhängig ist, kann sich für die erste und zweite Schaltung unterscheiden, indem sie zum Beispiel unterschiedliche Steigungen oder Signalsprünge in verschiedene Richtungen umfassen, wenn der mindestens eine Störparameter den spezifizierten Bereich verlässt. Mit anderen Worten, Antworten von Ausgangssignalen der ersten und zweiten Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung unterscheiden sich in solchen Ausführungsformen, d.h. eine erste Antwort des Signals am Ausgang der ersten Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung, wenn der mindestens eine Störparameter einen spezifizierten Bereich verlässt, unterscheidet sich von einer zweiten Antwort des Signals am Ausgang der zweiten Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung, wenn der mindestens eine Störparameter den spezifizierten Bereich verlässt.
In anderen Ausführungsformen ist eine funktionale Sicherheitsvorrichtung vorgesehen, umfassend eine erste Schaltung zum Vorsehen einer vorgegebenen Funktionalität, eine zweite Schaltung zum Vorsehen der vorgegebenen Funktionalität zum Vorsehen einer Redundanz, und eine Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung wie oben erwähnt, wobei die Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung mit der ersten Schaltung gekoppelt ist, um einen Ausgang der ersten Schaltung zu modifizieren, wenn der mindestens eine Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt. In solchen Ausführungsformen werden die Signale, wenn der mindestens eine Störparameter den spezifizierten Bereich verlässt, durch die Modifizierung der Signale, die von der ersten und zweiten Schaltung ausgegeben werden, unterschiedlich. Daher kann in solchen Ausführungsformen durch Überwachung dieser Signale erfasst werden, wenn der mindestens eine Störparameter den spezifizierten Bereich verlässt.
In weiteren Ausführungsformen ist eine funktionale Sicherheitsvorrichtung vorgesehen, umfassend eine erste Schaltung zum Vorsehen einer vorgegebenen Funktionalität, wenn mindestens ein Störparameter in einem spezifizierten Bereich liegt, und eine zweite Schaltung zum Vorsehen der vorgegebenen Funktionalität, wenn der mindestens eine Störparameter in dem spezifizierten Bereich liegt, zum Vorsehen einer Redundanz, wobei die erste Schaltung in Bezug auf die zweite Schaltung verstimmt ist, um zu bewirken, dass das erste Signal von dem zweiten Signal um mehr als die vorgegebene Toleranz abweicht, wenn der mindestens eine Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt. In solchen Ausführungsformen kann durch Überwachen des ersten und zweiten Signals durch die Verstimmung erfasst werden, wenn der mindestens eine Störparameter den spezifizierten Bereich verlässt.
Gemäß einigen anderen Ausführungsformen ist eine Vorrichtung vorgesehen, umfassend einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang. In einer Ausführungsform entspricht in einem spezifizierten Bereich eines Störparameters ein erstes Signal am ersten Ausgang einem zweiten Signal am zweiten Ausgang innerhalb einer vorgegebenen Toleranz. Ferner weicht in einer Ausführungsform außerhalb des spezifizierten Bereichs des Störparameters das erste Signal vom zweiten Signal um mehr als die vorgegebene Toleranz ab. Zum Beispiel kann eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal mit zunehmendem Abstand des Störparameters zu dem spezifizierten Bereich zunehmen.
In einer solchen Ausführungsform kann daher erfasst werden, dass der Störparameter den spezifizierten Bereich verlässt, indem zum Beispiel das erste Signal mit dem zweiten Signal verglichen wird. In einer Ausführungsform kann der erste Ausgang ein Ausgang einer ersten Schaltung sein und der zweite Ausgang kann ein Ausgang einer zweiten Schaltung sein. In einer Ausführungsform können die erste Schaltung und die zweite Schaltung redundante Schaltungen umfassen, zum Beispiel eine vorgegebene Funktionalität in dem spezifizierten Bereich des Störparameters vorsehen. In solchen Ausführungsformen sind die erste Schaltung und die zweite Schaltung so gestaltet, dass, wenn der Störparameter den spezifizierten Bereich verlässt, ihre Ausgangssignale voneinander abweichen, so dass das Verlassen des spezifizierten Bereichs erfasst werden kann. In einigen Ausführungsformen können die erste und zweite Schaltung auf einem einzigen Substrat vorgesehen sein.
Eine solche Vorrichtung kann zum Beispiel durch Hinzufügen einer oder mehrerer zusätzlicher Strukturen, die auf den Störparameter ansprechen, der den spezifizierten Bereich verlässt, zu sonst funktionell äquivalenten ersten und zweiten Schaltungen erhalten werden. Zum Beispiel können die erste Schaltung und/oder die zweite Schaltung eine Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung wie oben definiert umfassen. In anderen Ausführungsformen können Elemente von funktionell äquivalenten ersten und zweiten Schaltungen modifiziert sein, so dass sich ihre Ausgangssignale außerhalb des spezifizierten Bereichs unterscheiden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Substrat vorgesehen sein, umfassend eine erste Schaltung, eine zweite Schaltung, die einen Sicherheitsmechanismus für die erste Schaltung vorsieht, und eine dritte Schaltung, wobei ein Ausgangssignal der dritten Schaltung für einen Störparameter empfindlich ist, der außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt. Zum Beispiel kann die dritte Schaltung eine Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung wie oben erwähnt umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann die zweite Schaltung nominell äquivalent zur ersten Schaltung zum Vorsehen einer Redundanz sein. "Nominell äquivalent” bedeutet in dieser Hinsicht, dass die erste und zweite Schaltung zur Durchführung derselben Funktion gestaltet sind. In anderen Ausführungsformen kann die zweite Schaltung eine Überwachungsfunktion für die erste Schaltung durchführen.
In einigen Ausführungsformen kann unter Verwendung der dritten Schaltung erfasst werden, wenn ein Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, was in einigen Ausführungsformen die Funktionsweise der ersten und zweiten Schaltung nachteilig beeinflussen könnte.
In anderen Ausführungsformen ist ein Verfahren vorgesehen, Folgendes umfassend:
Messen eines ersten Signals an einem ersten Ausgang einer Schaltung auf einem Substrat, wobei die Schaltung für mindestens einen Störparameter empfindlich ist,
Messen eines zweiten Signals an einem zweiten Ausgang der Schaltung, und
Entscheiden, dass der mindestens eine Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, wenn sich eine Eigenschaft des ersten Signals von der Eigenschaft des zweiten Signals um mehr als eine vorgegebene Toleranz unterscheidet.
Unter Bezugnahme nun auf die Figuren ist in 1 eine Schaltung, zum Beispiel redundante Schaltung, gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Die Schaltung der Ausführungsform von 1 weist eine erste Schaltung 11 und eine zweite Schaltung 12 auf, die auf einem gemeinsamen Substrat 10 angeordnet sind. Die erste Schaltung 11 und zweite Schaltung 12 können nominell äquivalent sein, zum Beispiel gestaltet sein, um im Wesentlichen dieselbe Funktion auszuführen.
Wie später erklärt wird, können die erste Schaltung 11 und zweite Schaltung 12 durch Hinzufügen spezieller zusätzlicher Schaltungen modifiziert werden, auch als Dependency-Breaking-Strukturen oder Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltungen bezeichnet, oder durch Modifizieren von Elementen der Schaltung, so dass außerhalb eines spezifizierten Bereichs eines Störparameters das Verhalten der ersten und zweiten Schaltung 11, 12 unterschiedlich ist. Um dies näher zu veranschaulichen, werden anschließend einige Schaltungsmodelle, die zu Veranschaulichungszwecken verwendet werden, unter Bezugnahme auf 2 und 3 besprochen.
In 2 ist ein vereinfachtes Modell 20 für eine Schaltung oder Schaltung wie die erste Schaltung 11 oder zweite Schaltung 12 dargestellt. Die Schaltung 20 gibt ein Signal o aus. In einigen Ausführungsformen kann die Schaltung 20 ein Signal o als Antwort auf ein Eingangssignal i ausgeben. In anderen Fällen kann das Signal o unabhängig von einem Eingangssignal i ausgegeben werden. Es sollte festgehalten werden, dass das Eingangssignal i kein elektrisches Signal sein muss, sondern auch eine andere Art von Signal sein kann, zum Beispiel ein Magnetfeld, sollte die Schaltung 20 ein Magnetfeldsensor sein. Es sollte festgehalten werden, dass die Schaltung 20 ein vereinfachtes Modell ist und in anderen Schaltungen zum Beispiel mehr als ein Eingang und/oder mehr als ein Ausgang vorgesehen sein können. Ferner kann die Schaltung 20 einen Versorgungsanschluss (in 2 als Versorgung bezeichnet) zum Empfangen einer Versorgungsspannung haben. x in 2 bezeichnet einen oder mehrere Störparameter wie Temperatur oder andere Störparameter, wie später erklärt wird. In der Schaltung von 1 kann der Störparameter x, zum Beispiel über das Substrat 10, über Umgebungsluft oder über andere Umgebungsgase sowohl auf die erste Schaltung 11 als auch die zweite Schaltung 12 wirken. In herkömmlichen redundanten Schaltungen kann eine Wirkung des Störparameters schwer zu erfassen sein, wenn der Störparameter x sowohl die erste Schaltung als auch die zweite Schaltung 11, 12 auf die gleiche Weise beeinflusst. Wie später jedoch ausführlicher erklärt wird, werden in einigen Ausführungsformen Maßnahmen getroffen, um einen Störparameter, der außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, erfassbar zu machen, insbesondere in einer zuverlässigen Weise.
In 3 ist ein beispielhaftes Verhalten des Schaltungsmodells von 2 dargestellt. Wie in 3 dargestellt, ändert sich der Ausgangswert o abhängig vom Eingangssignal i. Zum Beispiel wird bei einem Eingangssignal mit einem Wert i1 ein Ausgangssignal mit einem Wert o1 ausgegeben. In Beispielen ohne Eingang kann im Allgemeinen ein Wert o1, zum Beispiel als ein Referenzsignal, ausgegeben werden. Wie in der Folge erklärt wird, kann der Störparameter x den Wert o1 des Ausgangssignals beeinflussen.
Wie bereits erwähnt, können in der Ausführungsform von 1 die erste Schaltung 11 und zweite Schaltung 12 so gestaltet sein, dass Fehler oder Ausfälle, die durch den Störparameter x verursacht werden, erfasst werden können, selbst wenn der Störparameter x sowohl auf die erste und als auch zweite Schaltung 11, 12 wirkt.
In 4 ist ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform, das zum Beispiel zum Gestalten von Schaltungen wie der Schaltung der Ausführungsform von 1 nützlich ist, dargestellt. Bei 40 werden abhängige Ausfälle analysiert, die möglicherweise in einer Schaltung auftreten. Abhängige Ausfälle in dieser Hinsicht können Ausfälle sein, die zwei oder mehr redundante Schaltungen, redundante Schaltungen oder eine erste Schaltung, die eine Funktion ausführt, und eine zweite Schaltung, welche die erste Schaltung überwacht, in derselben oder ähnlichen Weise betreffen. Abhängige Ausfälle können daher schwer zu erfassen sein. Bei 40 können in einigen Ausführungsformen insbesondere abhängige Ausfälle, die eine Kopplung über ein gemeinsames Substrat beinhalten, wie das Substrat 10 von 1, und/oder abhängige Ausfälle, die mit größerer Wahrscheinlichkeit auftreten, wenn zwei redundante oder auf andere Weise zugehörige Schaltungen auf demselben Chip integriert sind, analysiert werden.
Bei 41 werden möglicherweise problematische abhängige Ausfälle identifiziert. In dieser Hinsicht, können einige der abhängigen Ausfälle, die durch die Analyse bei 40 ermittelt werden, in einer speziellen Anwendung nicht problematisch sein und können daher ignoriert werden. Zum Beispiel können für Schaltungen, die zur Verwendung in einer temperaturstabilen Umgebung bestimmt sind, abhängige Ausfälle, die durch starke Temperaturschwankungen verursacht werden, kein Thema sein.
Bei 42 ist die Schaltung gestaltet, um abhängige Ausfälle durch ein oder mehrere Ausgangssignale erfassbar zu machen. Zum Beispiel können in der Ausführungsform von 1 Ausgangssignale der ersten und zweiten Schaltung 11, 12 unterschiedlich werden, wenn ein oder mehrere Störparameter, die mit den abhängigen Ausfällen zusammenhängen, die bei 41 identifiziert werden, außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegen.
Zur Veranschaulichung dieser weiteren verschiedenen Beispiele für abhängige Ausfälle werden anschließend zum Beispiel abhängige Ausfälle, die eine Kopplung über ein Substrat beinhalten, besprochen. Die besprochenen Beispiele sind nicht als Einschränkung auszulegen und in anderen Ausführungsformen können andere Arten von abhängigen Ausfällen berücksichtigt werden. Ausführungsformen können so gestaltet werden, dass eine oder mehrere Arten von abhängigen Ausfällen und/oder zugehörigen Störparameter berücksichtigt werden.
Abhängige Ausfälle können zum Beispiel Hardware-Ausfälle enthalten, die durch physische Defekte verursacht werden, die z.B. zwei oder mehr redundante Schaltungen oder eine erste Schaltung, die eine Funktion ausführt, und eine zweite Schaltung, welche die erste Schaltung überwacht, beinhalten. Eine andere Art von abhängigen Ausfällen sind Entwicklungsfehler, z.B. Fehler, die in der Entwicklung eingeführt werden und die einen abhängigen Ausfall, z.B. aufgrund eines Nebensprechens zwischen redundanten Schaltungen, einer mangelhaften Implementierung einer Funktionalität, Spezifikationsfehler oder einer falschen Mikrosteuerungskonfiguration, verursachen können.
Abhängige Ausfälle können auch Installationsfehler enthalten, z.B. Fehler, die während der Installation eingeführt werden, die eine Fähigkeit haben, einen abhängigen Ausfall, zum Beispiel aufgrund einer Interferenz zwischen benachbarten Teilen einer Schaltung oder Vorrichtung oder aufgrund einer fehlerhaften Mikrosteuerungs-PCB(Printed Circuit Board, Leiterplatte)-Verbindung, zu verursachen. Ebenso können abhängige Ausfälle durch Reparaturen verursacht werden, welche die Fähigkeit haben, abhängige Ausfälle, zum Beispiel Fehler in Speicherersatzspalten/-reihen aufgrund einer fehlerhaften Installation von Speicherkomponenten, zu verursachen.
Abhängige Ausfälle können auch Ausfälle gemeinsamer, d.h. gemeinsam benutzter, interner und/oder externer Ressourcen, enthalten. Zum Beispiel können für eine Mikrosteuerung oder auch andere digitale Schaltungen gemeinsam benutzte Ressourcen Takte, Rücksetz- und Stromversorgung enthalten, einschließlich ihrer Verteilung. Daher können zum Beispiel Ungenauigkeiten in einem gemeinsam benutzten Taktsignal die Funktionsweise von zwei redundanten Schaltungen, die dieses Taktsignal benutzen, nachteilig beeinflussen. Ebenso kann eine Belastung aufgrund spezieller Situationen, wie Verschleiß und Alterung, z.B. aufgrund einer Elektromigration, abhängige Ausfälle verursachen. Schließlich können auch Umweltfaktoren, wie die bereits erwähnte Temperatur, elektromagnetische Interferenz (EMI), Feuchtigkeit, mechanische Belastung und dergleichen, abhängige Ausfälle verursachen.
Eine weitere Ursache für abhängige Ausfälle kann Strahlung sein, zum Beispiel Partikelstrahlung, wie α-Partikel. Solche α-Partikel können von verschiedenen Quellen stammen, einschließlich Chip-Gehäuse. In einigen Fällen kann sich ein solches α-Partikel in ein Substrat, z.B. Halbleitersubstrat, in eine Richtung parallel zu einer Ebene des Substrats bewegen und somit verschiedene Schaltungen oder Schaltungsteile des Substrats beeinflussen, zum Beispiel redundante Schaltungen. Dies kann wiederum einen abhängigen Ausfall verursachen.
Aus den obenstehenden Beispielen geht klar hervor, dass abhängige Ausfälle von zufälligen Ausfällen und/oder systematischen Ausfällen herrühren können. Zufällige Ausfälle enthalten zum Beispiel harte Fehler, z.B. Kurzschlüsse, die durch Defekte verursacht werden, und/oder vorübergehende Fehler, wie weiche Fehler, zum Beispiel eine Änderung eines Inhalts einer Speicherzelle durch Partikelstrahlung. Systematische Ausfälle können zum Beispiel Entwicklungsfehler und/oder Software-Fehler enthalten.
In der Folge werden als nicht einschränkende Beispiele einige Arten von Störparametern, die abhängige Ausfälle verursachen können, ausführlicher besprochen. In einigen Fällen können solche abhängigen Ausfälle mit einem Substrat wie einem Halbleitersubstrat zusammenhängen oder durch dieses verstärkt werden, auf dem z.B. zwei redundante Schaltungen oder eine Schaltung und eine damit verbundene Überwachungsschaltung gebildet sind. Solche abhängigen Ausfälle können z.B. in der Schaltung, die unter Bezugnahme auf 1 besprochen wurde, oder mindestens in einigen der Schaltungen, die in der Folge näher besprochen werden, auftreten. Einige Beispiele für Störparameter, die solche abhängigen Ausfälle verursachen, die in der Folge näher behandelt werden, enthalten Temperatur, elektromagnetische Interferenz, Feuchtigkeit, mechanische Belastung und elektrische Ladungen in dem Substrat.
In 5 ist als ein Beispiel ein Substrat 50 mit zwei Temperaturen T_A und T_B (d.h. einem Temperaturgradienten) dargestellt. Durch den Temperaturgradienten entsteht ein Wärmeenergiefluss E, der letztendlich zu einem Ausgleich der Temperaturen führt. Mit anderen Worten, verschiedene Teile des Substrats 50 (z.B. Teile, wo redundante Schaltungen wie Schaltungen 11 und 12 von 1 vorgesehen sein können) sind thermisch gekoppelt und Temperaturänderungen in einem Teil können auch den anderen Teil betreffen. Daher kann eine Temperatur, die außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, zu einem Ausfall oder fehlerhaften Verhalten einer Schaltung in verschiedenen Teilen des Substrats, wie den Schaltungen 11 oder 12 von 1, führen.
Eine Temperaturänderung, zum Beispiel eine Temperaturänderung an pn-Übergängen von Halbleitervorrichtungen, kann zu Änderungen im Strom und Betriebsbereich von Halbleitervorrichtungen wie Transistoren oder Dioden führen.
In 6 ist ein Substrat 60 mit zwei verschiedenen Trägerdichten (Löcher in dem dargestellten Beispiel, aber auch auf andere Trägerarten, wie Elektronen, anwendbar) D_A, D_B dargestellt. Ein Strom I führt zu einem Ausgleich der Trägerdichten. Daher ist, fast ähnlich wie bei der unter Bezugnahme auf 5 besprochenen Wärmekopplung, in 6 eine elektrische Kopplung zwischen verschiedenen Teilen des Substrats 60 vorhanden und daher können Trägerdichten außerhalb spezifizierter Bereiche z.B. zwei redundante Schaltungen in verschiedenen Teilen des Substrats beeinträchtigen und daher abhängige Ausfälle verursachen.
Wirkungen von Trägern im Substrat sind unter Bezugnahme auf 8 gezeigt. In 8 ist ein NMOS-Feldeffekttransistor, der in einem Substrat 80 gebildet ist, dargestellt. Der NMOS-Transistor weist ein Polysilizium-Gate 81, einen Gate-Isolator 82 (zum Beispiel eine Oxidschicht), zwei n+ dotierte Source/Drain-Regionen 83, die in einem p-Well 84 gebildet sind, und einen n+ dotierten Well-Kontakt 86 auf. Die Source/Drain-Regionen 83 und der Well-Kontakt 86 sind durch entsprechende metallische Kontakte 85 kontaktierbar, die zum Beispiel aus Wolfram bestehen. Falls zum Beispiel der p-Well 84, wie in 6 gezeigt (hohe Lochkonzentration), durch den sogenannten Backbias-Effekt positiv geladen ist, führt dies zu einer Änderung in der Schwellenspannung des NMOS-Transistors und daher in einem gewissen Betriebsbereich des Transistors, zum Beispiel in einem linearen Bereich, auch zu einer Änderung im Transistorstrom. Mit anderen Worten, ein effektiver Widerstand des Transistors kann durch Träger im Substrat modifiziert werden, die ein fehlerhaftes Verhalten einer Schaltung auf dem Substrat verursachen können, das den Transistor umfasst.
In 7 ist ein Substrat 70 mit mechanischer Belastung S_A in einem ersten Teil und mechanischer Belastung S_B (die gleich oder anders als S_A sein kann) in einem zweiten Teil des Substrats dargestellt. Wenn eine Belastung in einem Teil des Substrats auftritt, tritt in vielen Fällen die Belastung auch in anderen Teilen auf (zum Beispiel aufgrund eines Verbiegens des gesamten Substrats), was zu abhängigen Ausfällen führen kann.
Mechanische Belastung kann die Trägermobilität im Halbleitersubstrat und/oder in Schaltungen beeinflussen, die im Substrat gebildet sind. Dies führt wiederum zu Änderungen in Transistorströmen.
Wie aus den vorangehenden Erklärungen hervorgeht, kann der Einfluss verschiedener Störparameter das Verhalten elektrischer Schaltungen beeinflussen, zum Beispiel Transistorströme. Dies kann zum Beispiel zu abhängigen Ausfällen in zwei redundanten Schaltungen führen, zum Beispiel, wenn die Transistorströme so geändert werden, dass ein zuverlässiger Betrieb der Schaltungen nicht mehr länger garantiert ist.
Insbesondere sind Schaltungen üblicherweise gestaltet, einwandfrei zu arbeiten, solange die Störparameter in einem gewissen spezifizierten Bereich liegen, während ein zuverlässiger Betrieb nicht mehr garantiert ist, wenn die Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegen.
In herkömmlichen Strategien könnten zwei redundante Schaltungen noch immer dieselben, wenn auch fehlerhaften, Ergebnisse produzieren, obwohl zum Beispiel der Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt. Im Gegensatz dazu sind in einigen Ausführungsformen redundante Schaltungen modifiziert, um verschiedene Ergebnisse zu produzieren, wenn ein Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt. Insbesondere können in einigen Ausführungsformen die redundanten Schaltungen sogar divergierende, komplementäre oder entgegengesetzte Ergebnisse erzeugen, wenn der Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt. Zum Beispiel können Schaltungen 11, 12 der Ausführungsform von 1 zum Produzieren, innerhalb einer vorgegebenen Toleranz, die zum Beispiel auf Herstellungstoleranzen oder annehmbaren Toleranzen für eine spezielle Anwendung beruht, derselben Ergebnisse am Ausgang o (zum Beispiel Ausgangssignal o1 für ein Eingangssignal i1, wie in 3 dargestellt) konfiguriert sein, solange ein Störparameter in einem spezifizierten Bereich liegt. In Ausführungsformen außerhalb des spezifizierten Bereichs jedoch können sich die Ausgangssignale unterscheiden und ein wohl definiertes Verhalten umfassen, d.h. klare Antworten, wodurch es leicht zu erfassen wird, dass der Störparameter den spezifizierten Bereich verlassen hat.
Dies wird anhand eines einfachen Beispiels in Darstellungen veranschaulicht, die in 9A und 9B dargestellt sind. In 9A ist ein spezifizierter Bereich eines Störparameters x (zum Beispiel eines der obengenannten Störparameter, wie Temperatur, Belastung, Feuchtigkeit, Träger in einem Substrat oder auch elektromagnetische Interferenz) mit SP markiert. Innerhalb dieses spezifizierten Bereichs SP produzieren zwei Schaltungen, zum Beispiel zwei redundante Schaltungen oder zwei Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltungen, wie Schaltungen 11, 12 von 1, im Wesentlichen dasselbe Ausgangssignal, wie durch einen Kurventeil 91 dargestellt, zum Beispiel ein Ausgangssignal mit einem Wert o₁, wie in 9A dargestellt.
Wenn der Störparameter x den spezifizierten Bereich SP verlässt, unterscheiden sich in Ausführungsformen die Ausgangssignale von zwei Schaltungen voneinander. Zum Beispiel kann Schaltung 11 von 1 ein Verhalten wie durch Kurventeile 92 und 94 in 9A dargestellt umfassen und Schaltung 12 von 1 kann ein Verhalten wie durch Kurventeile 93 und 95 in 9A dargestellt umfassen, oder umgekehrt. Es sind auch andere Verhaltensweisen möglich. Zum Beispiel können in einer anderen Ausführungsform die Kurventeile 92 und 95 dem Verhalten von Schaltung 11 von 1 entsprechen und die Kurvenabschnitte 93 und 94 können dem Verhalten von Schaltung 12 von 1 entsprechen, oder umgekehrt.
In dem Beispiel von 9 nimmt die Differenz zwischen Ausgängen der zwei Schaltungen (d.h. zwischen Kurven 92 und 93 und zwischen Kurvenabschnitten 94 und 95) mit zunehmendem Abstand zwischen dem Störparameter x und dem spezifizierten Bereich SP zumindest für einen gewissen Bereich des Störparameters zu. In anderen Ausführungsformen kann sich das Verhalten der Signale von dem in 9A dargestellten Verhalten unterscheiden, solange die Signale von den zwei Schaltungen außerhalb des spezifizierten Bereichs SP deutlich unterscheidbar sind. Während zum Beispiel in 9A das Ausgangssignal einer der Schaltungen eine positive Steigung hat, während das Ausgangssignal der anderen Schaltung eine negative Steigung außerhalb des spezifizierten Bereichs hat, können in anderen Ausführungsformen die Steigungen für die Kurven beider Schaltungen dasselbe Vorzeichen, aber eine unterschiedliche Magnitude haben (zum Beispiel steile Zunahme und langsame Zunahme, steile Abnahme und langsame Abnahme, usw.) oder können auf andere Weise unterscheidbar sein, insbesondere klar unterscheidbar, so dass ein Erfassen des Störparameters, der den spezifizierten Bereich verlässt, mit Sicherheit möglich ist.
Als ein anderes Beispiel zeigt 9B ein weiteres Beispiel eines Verhaltens von zwei Schaltungen gemäß einigen Ausführungsformen, zum Beispiel Schaltungen 11 und 12 von 1. In 9B wird ein spezifizierter Bereich eines Störparameters x (zum Beispiel einer der obengenannten Störparameter wie Temperatur, Belastung, Feuchtigkeit, Träger in einem Substrat oder auch elektromagnetische Interferenz) erneut mit SP markiert. Innerhalb dieses spezifizierten Bereichs SP produzieren zwei Schaltungen, zum Beispiel zwei redundante Schaltungen oder zwei Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltungen, wie Schaltungen 11, 12 von 1 im Wesentlichen dasselbe Ausgangssignal, wie durch einen Kurventeil 96 dargestellt, zum Beispiel ein Ausgangssignal mit einem Wert o₁, wie in 9B dargestellt.
Wenn der Störparameter x den spezifizierten Bereich SP verlässt, unterscheiden sich in Ausführungsformen die Ausgangssignale von zwei Schaltungen voneinander. Zum Beispiel kann Schaltung 11 von 1 ein Verhalten wie durch Kurventeile 97 und 99 in 9B dargestellt umfassen und Schaltung 12 von 1 kann ein Verhalten wie durch Kurventeile 98 und 910 in 9B dargestellt umfassen, oder umgekehrt. Es sind auch andere Verhaltensweisen möglich. Zum Beispiel können in einer anderen Ausführungsform Kurventeile 97 und 910 dem Verhalten von Schaltung 11 von 1 entsprechen und Kurvenabschnitte 98 und 99 können dem Verhalten von Schaltung 12 von 1 entsprechen, oder umgekehrt. Wie erkennbar ist, "springt" in 9B, im Gegensatz zu Steigungen, die in 9A dargestellt sind, beim Verlassen des spezifizierten Bereichs SP eines der Signale, die von den zwei Schaltungen ausgegeben werden, auf einen positiven Signalwert, z.B. eine positive Spannung, wie eine positive Versorgungsspannung, und das andere der Signale, die von den zwei Schaltungen ausgegeben werden, "springt" auf einen negativen Signalwert, z.B. eine negative Spannung, wie eine negative Versorgungsspannung oder Masse.
Daher kann in solchen Ausführungsformen durch einen Vergleich der Ausgangssignale der zwei Schaltungen erfasst werden, dass der Störparameter x außerhalb des spezifizierten Bereichs SP liegt. Zum Beispiel kann entschieden werden, dass der Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, wenn eine Differenz zwischen den Ausgangssignalen größer als eine vorgegebene Toleranz ist. In einigen Ausführungsformen können die Ausgänge von zwei redundanten Schaltungen durch eine oder mehrere Dependency-Breaking-Strukturen, z.B. Schaltungen, modifiziert werden, um dies zu erreichen, so dass die Ausgänge klar unterscheidbar werden, wenn der Störparameter den spezifizierten Bereich verlässt.
In dem Beispiel von 9A und 9B können die Signale zum Beispiel Spannungssignale oder Stromsignale sein und o₁ kann dann ein gewisser Spannungswert oder Stromwert sein. In anderen Ausführungsformen können sich andere Quantitäten von Ausgangssignalen unterscheiden, wenn ein Störparameter einen spezifizierten Bereich verlässt, zum Beispiel Frequenz, Tastverhältnis oder Pulsform, solange durch Überwachung der Ausgangssignale erfasst werden kann, wann der Störparameter x den spezifizierten Bereich verlässt.
In 9A und 9B hat der spezifizierte Bereich SP eine untere Grenze und eine obere Grenze. In anderen Fällen kann nur eine Grenze vorhanden sein. Zum Beispiel können einige Störparameter nur kritisch sein, z.B. mit Wahrscheinlichkeit abhängige Ausfälle verursachen, wenn sie einen gewissen Grenzwert übersteigen.
Anschließend werden verschiedene Ausführungsformen ausführlich besprochen, wie zum Beispiel ein Verhalten, wie in 9A oder 9B dargestellt, oder jedes andere Verhalten, das ein Erfassen eines Störparameters, der außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, ermöglicht.
In 10 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform dargestellt.
In der Ausführungsform von 10 sind zwei Schaltungen 101, 103 auf einem Substrat 100, zum Beispiel einem Halbleitersubstrat wie einem Siliziumsubstrat, vorgesehen. Die erste Schaltung 101 und zweite Schaltung 103 können nominell äquivalente Schaltungen sein, d.h. sie können zur Durchführung derselben Funktion gestaltet sein. Zum Beispiel, können die erste Schaltung 101 und zweite Schaltung 103 identische Schaltungsdesigns haben und können zum Beispiel voneinander nur aufgrund von Herstellungstoleranzen und ähnlicher Effekte abweichen.
Die erste und zweite Schaltung 101, 103 können in einigen Ausführungsformen zur Durchführung sicherheitskritischer Funktionen verwendet werden, zum Beispiel im Automobilbereich, z.B. in Bezug auf eine Entfaltung eines Airbags, automatisierter Bremsung, autonome Lenkung oder dergleichen.
Ferner weist die Ausführungsform von 10 eine erste Dependency-Breaking-Struktur 102 auf, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung 101 gekoppelt ist, und eine zweite Dependency-Breaking-Struktur 104, die mit einem Ausgang der zweiten Schaltung 103 gekoppelt ist. Eine Dependency-Breaking-Struktur im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Schaltung oder eine Schaltung, die für einen Störparameter empfindlich ist, insbesondere für den Störparameter, der außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt. Zum Beispiel können in der Ausführungsform von 10 die erste und zweite Dependency-Breaking-Struktur 102, 104 Ausgangssignale der ersten bzw. zweiten Schaltung 101, 103 ohne Modifizierung weiterleiten, solange ein Störparameter in einem spezifizierten Bereich ist. Wenn der Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, modifizieren die Dependency-Breaking-Strukturen 102, 104 Signale, die von der ersten und zweiten Schaltung 101, 103 ausgegeben werden, um sie voneinander unterscheidbar zu machen, zum Beispiel, um ein Verhalten herbeizuführen, das unter Bezugnahme auf 9A oder 9B erklärt ist. Mit anderen Worten, die erste und zweite Dependency-Breaking-Struktur 102, 104 in der Ausführungsform von 10 modifizieren das Verhalten der ersten bzw. zweiten Schaltung 101, 103, so dass das Verhalten klar unterscheidbar wird, wenn ein Störparameter einen spezifizierten Bereich verlässt. Da der einfachen Darstellung halber "ein" Störparameter zu Erklärungszwecken verwendet wird, sollte festgehalten werden, dass Dependency-Breaking-Strukturen für mehr als einen Störparameter empfindlich sein können, so dass "ein" in diesem Zusammenhang als "mindestens ein" zu verstehen ist.
Spezielle Beispiele für die Implementierung von Dependency-Breaking-Strukturen sind später ausführlicher angeführt.
Es sollte festgehalten werden, dass in einigen Ausführungsformen die erste und zweite Schaltung 101, 103 und erste und zweite Dependency-Breaking-Struktur 102, 104 in einer einzigen Schaltung integriert und/oder auf einem einzigen Chip oder Substrat vorgesehen sein können.
In 11 ist eine weitere Ausführungsform schematisch dargestellt. In der Ausführungsform von 11 sind eine erste Schaltung 111 und eine zweite Schaltung 113 auf einem Substrat 110 vorgesehen. Die erste und zweite Schaltung 111, 113 können nominell äquivalente Schaltungen sein, die eine Redundanz für sicherheitskritische Anwendungen vorsehen. In einigen Ausführungsformen können die erste und zweite Schaltung 111, 113 wie auch das Substrat 110 der ersten und zweiten Schaltung 101, 103 und dem Substrat 100 entsprechen, die unter Bezugnahme auf 10 erklärt wurden, und sämtliche Erklärungen bezüglich dieser Elemente, die unter Bezugnahme auf 10 angeführt sind, können auch für die Ausführungsform von 11 gelten.
Im Gegensatz zur Ausführungsform von 10 weist die Ausführungsform von 11 nur eine Dependency-Breaking-Struktur 112 auf, die den Ausgang der ersten Schaltung 111 modifiziert. In Ausführungsformen kann die Dependency-Breaking-Struktur 112 ein Ausgangssignal der ersten Schaltung 111 im Wesentlichen unverändert lassen, solange ein Störparameter in einem spezifizierten Bereich liegt, und kann das Ausgangssignal modifizieren, wenn der Störparameter den spezifizierten Bereich verlässt. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dependency-Breaking-Struktur 112 den Ausgang der zweiten Schaltung 113 und nicht den Ausgang der ersten Schaltung 111 modifizieren. Mit anderen Worten, die Dependency-Breaking-Struktur 112 in der Ausführungsform von 11 modifiziert das Verhalten entweder der ersten oder zweiten Schaltung 111 oder 113, so dass das Verhalten der ersten und zweiten Schaltung 111, 113 klar unterscheidbar wird, wenn ein Störparameter einen spezifizierten Bereich verlässt.
Ebenso wird in der Ausführungsform von 11 durch die Modifizierung, die durch die Dependency-Breaking-Struktur 112 eingeführt wird, wenn der Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, das Ausgangssignal der zweiten Schaltung 113 vom Ausgangssignal der ersten Schaltung 111 unterscheidbar, das durch die Dependency-Breaking-Struktur 112 modifiziert wird. Daher wird ein Erfassen des Störparameters, der außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, möglich. Es sollte festgehalten werden, dass in der Ausführungsform von 10 durch Vorsehen von zwei Dependency-Breaking-Strukturen eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal, wenn der Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, ausgeprägter und somit leichter zu erfassen sein kann als im Fall der Ausführungsform von 11, wo nur eine Dependency-Breaking-Struktur 112 vorgesehen ist. Andererseits kann in einigen Fällen der Ausführungsform von 11, durch Vorsehen nur einer Dependency-Breaking-Struktur 112, eine kleinere Chip-Fläche erforderlich sein und somit die Implementierung billiger werden. Abhängig von den Umständen und Anforderungen kann jede der Ausführungsformen gewählt werden.
In den Ausführungsformen von 10 und 11 modifizieren Dependency-Breaking-Strukturen Signale, die von Schaltungen ausgegeben werden, die zum Beispiel sicherheitskritische Funktionen durchführen. In anderen Ausführungsformen können die Dependency-Breaking-Strukturen separate Ausgänge haben. Entsprechende Ausführungsformen sind zum Beispiel in 12 und 13 dargestellt.
In 12 sind die erste und zweite Schaltung 121, 123 auf einem Substrat 120 vorgesehen. Ähnlich wie bereits unter Bezugnahme auf 10 und 11 erklärt, können die erste und zweite Schaltung 121, 123 redundante sicherheitskritische Funktionen vorsehen, d.h. sie können nominell äquivalente Funktionalität haben.
Zusätzlich sind zwei Dependency-Breaking-Strukturen 122, 124 auf dem Substrat 120 vorgesehen. Im Gegensatz zu den Ausführungsformen von 10 und 11 modifizieren die Dependency-Breaking-Strukturen 122, 124 das Ausgangssignal der Schaltungen 121, 123 nicht, sondern ihre Ausgangssignale werden einzeln ausgegeben. Andernfalls kann die Funktionsweise der Dependency-Breaking-Strukturen 122, 124 ähnlich jener sein, die unter Bezugnahme auf 10 und 11 besprochen wurde. Insbesondere können sie Signale ausgeben, die angeben, dass ein Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, und können insbesondere ein deutlich unterschiedliches Verhalten umfassen, wenn der Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt. Zum Beispiel kann dann eine externe Auswertungsschaltung (nicht dargestellt) die Ausgangssignale der Dependency-Breaking-Strukturen 122, 124 auswerten und eine Warnung ausgegeben oder andere geeignete Maßnahmen treffen, wenn erfasst wird, dass der Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt.
Eine weitere Ausführungsform ist in 13 dargestellt. Im Fall von 13 sind zwei Schaltungen 131, 133 auf einem Substrat 130 vorgesehen; ähnlich wie für 10–12 erklärt. Insbesondere können die erste und zweite Schaltung 131, 133 wie zuvor erklärt nominell dieselbe Funktionalität zum Vorsehen einer Redundanz haben, zum Beispiel für sicherheitskritische Funktionen, oder können eine erste Schaltung zum Durchführen einer gewünschten Funktion und eine zweite Schaltung zum Überwachen einer korrekten Funktionsweise der ersten Schaltung umfassen. Im Gegensatz zur Ausführungsform von 12 ist nur eine Dependency-Breaking-Struktur 132 auf dem Substrat 130 vorgesehen, deren Ausgang von außerhalb des Substrats 130 abgegriffen und ausgewertet werden kann, um einen Störparameter zu erfassen, der außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt. In anderen Ausführungsformen können mehr als zwei Dependency-Breaking-Strukturen vorgesehen sein.
Zum Beispiel bei einer Verpackung in einem Chip-Gehäuse können Ausführungsformen wie die Ausführungsformen von 12 und 13 mehr Pins erfordern als die Ausführungsformen von 10 und 11, wo kein zusätzlicher Ausgang für Dependency-Breaking-Strukturen erforderlich ist. Andererseits kann in den Ausführungsformen von 12 und 13 eine größere Gestaltungsfreiheit für die Dependency-Breaking-Strukturen vorliegen, da sie die Ausgangssignale von der ersten und zweiten Schaltung nicht modifizieren, die zum Beispiel sicherheitskritische Funktionen vorsehen. Abhängig von Umständen und Anforderungen kann eine passende Ausführungsform von einem Fachmann auf dem Gebiet gewählt werden.
Die Kombination zum Beispiel der Schaltung 101 mit der Dependency-Breaking-Struktur 102 in 4 ist ein Beispiel für die Schaltung 11 von 1 und die Kombination der Schaltung 103 mit der Dependency-Breaking-Struktur 104 ist ein Beispiel für die Schaltung 12 von 1.
In 14 ist eine Ausführungsform dargestellt, die eine mögliche Implementierung von Dependency-Breaking-Strukturen zeigt. Die Ausführungsform von 14 kann als eine beispielhafte Implementierung der Ausführungsform von 10 angesehen werden und weist eine erste Schaltung 140 und eine zweite Schaltung 141 auf. Der erste und zweite Teil 140, 141 können nominell äquivalent sein, zum Beispiel zum Vorsehen einer Redundanz für Sicherheitsanwendungen. Eine erste Dependency-Breaking-Struktur 142 ist mit der ersten Schaltung 140 verknüpft und eine zweite Dependency-Breaking-Struktur 143 ist mit der zweiten Schaltung 141 verknüpft.
Die Dependency-Breaking-Struktur 142 weist einen Spannungsteiler auf, der durch einen Transistor T1 und einen Widerstand R1 gebildet ist, der zum Beispiel zwischen einer positiven Versorgungsspannung 144 und der Masse gekoppelt ist. Dieser Spannungsteiler gibt eine Spannung Ue1 an einem Knoten zwischen Transistor T1 und Widerstand R1 aus. Wie zuvor besprochen, können mechanische Belastung, Träger im Substrat oder Temperaturschwankungen zu einer Änderung eines Verhaltens des Transistors T1 führen, wie Änderungen von Transistorstrom oder Änderung eines effektiven Widerstands. In anderen Ausführungsformen können andere Elemente verwendet werden, die eine variable Impedanz, z.B. Widerstandswert, abhängig von mindestens einem Störparameter, haben, wie z.B. Widerstände. Da diese Störparameter in der Ausführungsform von 14 das Verhalten des Transistors T1 abhängig von den Störparametern beeinflussen, schwankt die Spannung Ue1. Die Spannung Ue1 wird einem Spannungsfolger (Unity Gain Buffer) SF1 eingegeben, der die Spannung Ue1 entkoppelt vom Spannungsteiler ausgibt. Ein Ausgang des Spannungsfolgers SF1 wird einem Schmitt-Trigger ST1 zugeleitet. Ein Schmitt-Trigger, wie nach dem Stand der Technik bekannt, hat ein Schaltverhalten mit einer Hysterese, die durch eine Kurve 150 in 15 dargestellt ist.
Es wird ein normaler Betrieb mit einem oder mehreren Störparametern angenommen, von welchen jeder in seinem spezifizierten Bereich liegt. Die Spannung, die dem Schmitt-Trigger zugeleitet wird, kann in diesem Fall zum Beispiel Ue_B sein, wie in 15 dargestellt, was zu einem logischen hohen Ausgangssignal des Schmitt-Triggers ST1 führt, das einem PMOS-Transistor PMOS1 zugeleitet wird. Wenn die Spannung Ue1 bei Ue_B ist, wie in 15 dargestellt, und der Schmitt-Trigger ST1 ein logisches hohes Signal ausgibt, hat der PMOS-Transistor PMOS1 ein Blockierungsverhalten und entkoppelt daher die positive Versorgungsspannung 144 vom Ausgang der ersten Schaltung 140. Wenn nun zum Beispiel ein Störparameter x (z.B. Temperatur, mechanische Belastung oder Träger in einem Substrat) einen Transistorstrom des Transistors T1 verringert, wird die Spannung Ue1 über Widerstand R1 zur Masse gezogen, d.h. auf tiefere Werte. Wenn die Spannung Ue1 einen Wert Ue_A erreicht, wie in 15 dargestellt, schaltet der Ausgang des Schmitt-Triggers ST2 auf eine logischen tiefen Zustand und der PMOS-Transistor PMOS1 wird leitend. Dadurch wird wiederum die positive Versorgungsspannung 144 mit dem Ausgang der ersten Schaltung 140 gekoppelt. Daher wird der Ausgang der ersten Schaltung 140 zu einer positiven Versorgungsspannung gezogen, die in einigen Ausführungsformen einem Verhalten ähnlich den Kurvenabschnitten 92, 94 in 9 entsprechen kann. In Ausführungsformen wird die Dimensionierung von Transistor T1 so gewählt, dass die Spannung Ue_A zum Beispiel erreicht wird, wenn ein Störparameter x einen spezifizierten Bereich verlässt. Daher kann davon ausgegangen werden, dass der Schmitt-Trigger ST1 den PMOS-Transistor steuert. Durch die Verwendung des Schmitt-Triggers ST1 mit einer Hysterese (entsprechend den zwei Schwellenwerten Ue_A und Ue_B zum Umschalten des Ausgangssignals des Schmitt-Triggers ST1) kann in einigen Ausführungsformen ein rasches aufeinanderfolgendes Umschalten des Signals, das den PMOS-Transistor steuert, in einem Fall, wo Ue1 nahe Ue_A und Ue_B ist, vermieden werden. Dennoch können in anderen Ausführungsformen, anstelle des Schmitt-Triggers ST1 und anstelle von anderen, in der Folge erwähnten Schmitt-Triggern, Elemente mit einem einzelnen Schwellenwert, zum Beispiel einfache Komparatoren, verwendet werden.
Während der Störparameter in dem spezifizierten Bereich liegt, wird daher in der Ausführungsform von 14 ein Ausgangssignal der ersten Schaltung 140 nicht oder zumindest nicht signifikant durch die Dependency-Breaking-Struktur 142 modifiziert, während es außerhalb des spezifizierten Bereichs zu einer positiven Versorgungsspannung gezogen wird.
Die zweite Dependency-Breaking-Struktur 143 ist bis zu einem gewissen Grad ähnlich wie die erste Dependency-Breaking-Struktur 142 konfiguriert, hat aber einen NMOS-Transistor NMOS2, der zwischen einem Ausgang der zweiten Schaltung 141 und der Masse gekoppelt ist; der als ein Pulldown-Transistor wirkt. Ferner weist ein Spannungsteiler in der zweiten Dependency-Breaking-Struktur 143 einen Widerstand R2 und einen Transistor T2 auf, der zwischen der positiven Versorgungsspannung 144 und der Masse gekoppelt ist. Dieser Spannungsteiler erzeugt eine Spannung Ue2, die zu einem Spannungsfolger SF2 geleitet wird, gefolgt von einem Schmitt-Trigger ST2, der den Transistor NMOS2 steuert. Daher ist im Spannungsteiler der zweiten Dependency-Breaking-Struktur 143 die "Reihenfolge" von Widerstand und Transistor zwischen positiver Versorgungsspannung 144 und Masse im Vergleich zur ersten Dependency-Breaking-Struktur 142 umgekehrt.
Der Transistor T2 ist zum Beispiel so gestaltet, dass die Spannung Ue2 kleiner als Ue_B in 15 ist, zum Beispiel bei oder unter Ue_A, solange ein Störparameter in einem spezifizierten Bereich liegt. Ähnlich wie für die erste Dependency-Breaking-Struktur 142 erklärt, wird ein Transistorstrom von T2 kleiner, wenn zum Beispiel der Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt. Im Fall von 14 führt dies wegen der umgekehrten Reihenfolge von Transistor und Widerstand zu einem Anstieg der Spannung Ue2. Wenn die Spannung Ue_B in 15 erreicht, wird ein Ausgang des Schmitt-Triggers ST2 der zweiten Dependency-Breaking-Struktur 143 von 14 hoch, so dass der NMOS-Transistor NMOS2 leitend wird und einen Ausgang der zweiten Schaltung 141 zur Masse zieht. Mit anderen Worten, wird hier, verglichen mit der ersten Dependency-Breaking-Struktur 142, wo ein Ziehen zu einer positiven Versorgungsspannung erreicht wird, wenn der Störparameter einen spezifizierten Bereich verlässt, der entgegengesetzte Effekt (ein Ziehen zur Masse) erreicht. Daher kann in einigen Ausführungsformen ein Effekt, wie in 9B dargestellt, erreicht werden, d.h. wenn der Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, wobei die Ausgangssignale der Ausführungsform von 14 voneinander divergieren, wobei eines zur positiven Versorgungsspannung 144 gezogen wird und das andere zur Masse gezogen wird. Daher kann ein divergierendes Verhalten der Ausgangssignale, wie zur Veranschaulichung in 9B dargestellt, erhalten werden. Abhängig von der Implementierung jedoch kann sich das Verhalten von dem in 9B dargestellten unterscheiden.
Während in der Ausführungsform von 14 Ausgangssignale zu einer positiven Versorgungsspannung bzw. Masse gezogen werden, können in anderen Ausführungsformen die Signale im Allgemeinen zu zwei verschiedenen Signalpegeln gezogen werden. Zum Beispiel können in anderen Ausführungsformen eine positive Versorgungsspannung und eine negative Versorgungsspannung als die zwei verschiedenen Signalpegel anstelle der positiven Versorgungsspannung und Masse von 14 verwendet werden.
Die Ausgangssignale können dann durch eine externe Einheit ausgewertet werden, zum Beispiel durch eine elektronische Steuereinheit (ECU, Electronic Control Unit) 145. In einigen Ausführungsformen kann die elektronische Steuereinheit 145 zum Beispiel einen Alarm ausgeben, wenn die zwei Ausgangssignale um mehr als eine vorgegebene Toleranz divergieren, was anzeigt, dass ein Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt. Die ECU 145 kann eine Einheit separat von den Elementen 140 bis 143 sein. Zum Beispiel können die Elemente 140 bis 143 auf einem einzigen Chip integriert sein (wie unter Bezugnahme auf 1 oder die Ausführungsformen von 10–13 erklärt) und die ECU 145 kann separat davon vorgesehen sein. Die ECU 145 kann zum Beispiel eine ECU eines Kraftfahrzeuges oder eine andere Einheit sein und kann in einigen Ausführungsformen auch die Ausgangssignale auswerten und verwenden, um andere Funktionen durchzuführen, während der Störparameter in dem spezifizierten Bereich liegt.
In der Ausführungsform von 14 kann bei der Gestaltung der Dependency-Breaking-Strukturen 142, 143 zum Beispiel durch Durchführung analoger Simulationen sichergestellt werden, dass ein Einfluss eines zu erfassenden Störparameters oder mehrerer zu erfassender Störparameter auf Transistoren T1, T2 maximiert ist, während die Funktionsweise der übrigen Schaltungen der Dependency-Breaking-Strukturen 142, 143 hinsichtlich ihrer Funktionen weitgehend vom Störparameter unabhängig ist.
In anderen Ausführungsformen kann eine Schaltung, die Ausgangssignale von Dependency-Breaking-Strukturen auswertet, gemeinsam mit Schaltungen und Dependency-Breaking-Strukturen integriert sein. Eine entsprechende Ausführungsform ist schematisch in 16 dargestellt. In der Ausführungsform von 16 sind wieder eine erste Schaltung 161 und eine zweite Schaltung 163 vorgesehen, die in Ausführungsformen funktionell äquivalent sein können und zum Beispiel eine Redundanz für eine Funktionalität von Interesse in Sicherheitsfunktionen vorsehen können, wie zuvor erklärt wurde. Ferner sind eine erste Dependency-Breaking-Struktur 162 und eine zweite Dependency-Breaking-Struktur 164 vorgesehen. In 16 modifizieren Ausgänge der ersten und zweiten Dependency-Breaking-Struktur 162, 164 Ausgänge der ersten und zweiten Schaltung 161, 163 nicht, wobei die Ausführungsform von 16 in dieser Hinsicht der Ausführungsform von 12 ähnlich ist. In anderen Ausführungsformen können sie den Ausgang der ersten und zweiten Schaltung 161, 162 modifizieren, wodurch deren Funktionalität zumindest dann geändert wird, wenn der Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt. Die erste und zweite Dependency-Breaking-Struktur 161, 162 weisen jeweils einen Spannungsteiler auf. Der Spannungsteiler der ersten Dependency-Breaking-Struktur 162 weist einen Transistor T1 und einen Widerstand R1 auf, gekoppelt zwischen einer positiven Versorgungsspannung und Masse. Ein Spannungsteiler der zweiten Dependency-Breaking-Struktur 164 weist einen Widerstand R2 und einen Transistor T2 auf, gekoppelt zwischen einer positiven Versorgungsspannung und Masse. In Ausführungsformen entsprechen diese Spannungsteiler den Spannungsteilern der Dependency-Breaking-Strukturen 142, 143, die bereits unter Bezugnahme auf 14 beschrieben wurden. Ähnlich der Ausführungsform von 14 können die Dependency-Breaking-Strukturen 162, 164 für eine mechanische Belastung, Temperatur oder einen Träger im Substrat empfindlich sein und daher einen oder mehrere Störparameter überwachen. Insbesondere, da die Reihenfolge von Widerstand und Transistor in der zweiten Dependency-Breaking-Struktur 164 im Vergleich zur ersten Dependency-Breaking-Struktur 162 umgekehrt ist, haben die Antworten der ersten und zweiten Dependency-Breaking-Struktur 162, 164 auf einen schwankenden Störparameter Steigungen mit jeweils entgegengesetzten Vorzeichen (z.B. zu einer positiven Versorgungsspannung gegenüber einer Masse).
In der Ausführungsform von 16 werden die Ausgangssignale von den Dependency-Breaking-Strukturen 162, 164 zu einer Auswertungsschaltung 165 geleitet, die auch als ein Sicherheitsmechanismus bezeichnet werden kann. Die Auswertungsschaltung 165 kann in einigen Ausführungsformen gemeinsam mit Dependency-Breaking-Strukturen 162 und 164 und Schaltungen 161 und 163 auf einem gemeinsamen Substrat integriert sein. In anderen Ausführungsformen kann eine Auswertungsschaltung wie Auswertungsschaltung 165 in einer externen Einheit, zum Beispiel ECU 145 von 14, vorgesehen sein.
Die Auswertungsschaltung 165 weist einen Operationsverstärker OP auf. Ein Ausgangssignal der ersten Dependency-Breaking-Struktur 162 wird einem negativen Eingang des Operationsverstärkers OP über einen Widerstand R3 zugeleitet und ein Ausgangssignal der zweiten Dependency-Breaking-Struktur 164 wird einem positiven Eingang des Operationsverstärkers OP über einen weiteren Widerstand R3 zugeleitet. Ein Ausgang des Operationsverstärkers OP wird über einen Rückkopplungswiderstand R4 zum negativen Eingang des Operationsverstärkers OP zurückgeleitet und der positive Eingang des Operationsverstärkers OP ist über einen weiteren Widerstand R4 mit der Masse gekoppelt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers OP wird ferner zu einem Schmitt-Trigger ST geleitet. Eine Ausgangsspannung Ua des Operationsverstärkers OP hängt von einer Ausgangsspannung Ue1 der ersten Dependency-Breaking-Struktur 162 und einem Ausgangssignal Ue2 der zweiten Dependency-Breaking-Struktur 164 wie folgt ab: U_a = (Ue2 – Ue1)·(R4/R3).
Durch entsprechende Gestaltung des Schmitt-Triggers ST gibt die Auswertungsschaltung 165 zum Beispiel einen logischen hohen Wert aus, wenn sich die Ausgänge der ersten und zweiten Dependency-Breaking-Struktur 162, 164 um mehr als einen Schwellenwert unterscheiden, und andernfalls einen logischen tiefen Wert, oder umgekehrt. Es sollte festgehalten werden, dass das Ausgangssignal der Auswertungsschaltung 165 direkt als Indikator verwendet werden kann, dass ein Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt. In einer solchen Ausführungsform können die Elemente 162, 164 und 165 gemeinsam als Dependency-Breaking-Struktur 132 der Ausführungsform von 13 verwendet werden. Es sollte festgehalten werden, dass in alternativen Ausführungsformen ein Ausgang der Auswertungsschaltung 165 zum Modifizieren des Ausgangs entweder der ersten Schaltung 161 oder der zweiten Schaltung 163 verwendet werden kann. In einer solchen alternativen Ausführungsform können die Elemente 162, 164 und 165 gemeinsam als Dependency-Breaking-Struktur 112 der Ausführungsform von 11 verwendet werden.
Eine weitere Ausführungsform ist in 17 dargestellt. Die Ausführungsform von 17 ist für eine elektromagnetische Strahlung als Störparameter, zum Beispiel elektromagnetische Interferenz (EMI), empfindlich. Die Ausführungsform von 17 kann auf einem Substrat in einem einzelnen Chip implementiert werden. In der Ausführungsform von 17 sind eine erste Schaltung 170 und eine zweite Schaltung 171 vorgesehen, die funktionell äquivalent sein können und zum Beispiel eine Redundanz für Sicherheitsanwendungen vorsehen können. Ferner ist eine erste Dependency-Breaking-Struktur 172 mit der ersten Schaltung 170 verknüpft und eine zweite Dependency-Breaking-Struktur 173 ist mit der zweiten Schaltung 171 verknüpft. Die erste Dependency-Breaking-Struktur 172 ist zum Modifizieren eines Ausgangs der ersten Dependency-Breaking-Struktur 170 konfiguriert, wenn ein Störparameter (z.B. eine elektromagnetische Strahlung) einen spezifizierten Bereich verlässt, insbesondere, um den Ausgang der ersten Schaltung 170 zur Masse zu ziehen, und die zweite Dependency-Breaking-Struktur 173 ist zum Modifizieren des Ausgangs der zweiten Schaltung 171 konfiguriert, zum Beispiel, um den Ausgang der zweiten Schaltung 171 zu einer positiven Versorgungsspannung zu ziehen, wenn der Störparameter (z.B. eine elektromagnetische Strahlung) außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt.
Die erste Dependency-Breaking-Struktur 171 weist eine Antenne A1 zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung auf, gefolgt von einem Verstärker V1. Ein Ausgang des Verstärkers V1 wird zu einem Schmitt-Trigger ST1 geleitet. Ein Ausgang des Schmitt-Triggers ST1 steuert einen NMOS-Transistor NMOS1. Solange elektromagnetische Strahlung, die von der Antenne A1 empfangen wird, unter einem Schwellenwert liegt, gibt der Schmitt-Trigger ST1 zum Beispiel einen logischen niedrigen Wert aus (zum Beispiel ist eine Spannung, die durch V1 ausgegeben wird, unter einer Spannung Ue_B von 15), so dass der Transistor NMOS1 nichtleitend ist. Wenn die elektromagnetische Strahlung steigt, steigt ein Ausgang des Verstärkers V1, bis der Schmitt-Trigger ST1 zu einer logischen hohen Ausgangsspannung schaltet, wodurch der Transistor NMOS1 leitend wird, wodurch der Ausgang der ersten Schaltung 170 zur Masse gezogen wird.
Die zweite Dependency-Breaking-Struktur 173 ist ähnlich wie die erste Dependency-Breaking-Struktur 172 konfiguriert und weist eine Antenne A2 und einen Schmitt-Trigger ST2 auf. Statt eines Verstärkers V1 ist ein invertierender Verstärker IV2 vorgesehen. Wenn daher die elektromagnetische Strahlung steigt, sinkt eine Spannung, die durch den invertierenden Verstärker IV2 ausgegeben wird. Ferner weist die Dependency-Breaking-Struktur 173 anstelle eines NMOS-Transistors einen PMOS-Transistor PMOS2 auf, der zwischen dem Ausgang der zweiten Schaltung 171 und einer positiven Versorgungsspannung gekoppelt ist. Wenn daher im Fall der zweiten Dependency-Breaking-Struktur 173 die Strahlung einen Schwellenwert übersteigt, wird der Transistor PMOS2 leitend und der Ausgang der zweiten Schaltung 171 wird zu einer positiven Versorgungsspannung gezogen. Wenn daher bei Verwendung der Dependency-Breaking-Strukturen 172, 173 der Störparameter (in diesem Fall die elektromagnetische Strahlung) den spezifizierten Bereich verlässt, divergieren die Ausgangssignale, die durch die Ausführungsform von 17 ausgegeben werden, zum Beispiel ähnlich dem Verhalten, das in 9 dargestellt ist. Die Auswertung dieser Signale kann, wie zum Beispiel unter Bezugnahme auf 14 erklärt oder wie unter Bezugnahme auf 16 erklärt, durchgeführt werden, z.B. durch externe oder interne Auswertungsschaltungen.
Anschließend werden Ausführungsformen, die imstande sind, Feuchtigkeit als Störparameter zu berücksichtigen, unter Bezugnahme auf 18–22 beschrieben. In einigen Ausführungsformen können Kapazitäten zum Erfassen von Feuchtigkeit verwendet werden. Eine erste Ausführungsform eines geeigneten Kondensators ist in 18 dargestellt. Der Kondensator von 18 weist eine erste Elektrode 180 und eine zweite Elektrode 181 mit Gas (wie Luft) oder Vakuum dazwischen auf. Die Elektroden 180, 181 können zum Beispiel durch eine mikromechanische Bearbeitung hergestellt werden, zum Beispiel durch entsprechendes Ätzen eines Siliziumsubstrats. Wenn Feuchtigkeit, zum Beispiel Wasser (H₂O) oder andere Flüssigkeiten, in den Spalt zwischen der ersten und zweiten Elektrode 180, 181 eintritt, ändert dies einen Kapazitätswert des Kondensators von 18. Wie später unter Bezugnahme auf 20 und 21 erklärt wird, kann diese Änderung in der Kapazität zum Erfassen von Feuchtigkeit als Störparameter verwendet werden. Zu diesem Zweck kann der Kondensator von 18 in eine Schaltung integriert werden, zum Beispiel in eine Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung, wie später unter Bezugnahme auf 20 und 21 besprochen wird.
Eine weitere Ausführungsform eines Kondensators, der zum Erfassen von Feuchtigkeit nützlich ist, ist in 19 dargestellt. Der Kondensator von 19 weist eine erste und zweite Elektrode 190, 191 mit einem dielektrischen Material 192 auf, das zwischen der ersten und zweiten Elektrode 190, 191 vorgesehen ist. Die Struktur von 19 kann zum Beispiel durch einen Halbleiterprozess vorgesehen sein, zum Beispiel durch aufeinanderfolgende Abscheidung der zweiten Elektrode 191, des dielektrischen Materials 192 und der ersten Elektrode 190. Wenn Feuchtigkeit, zum Beispiel Wasser (H₂O) oder andere Flüssigkeiten, in das dielektrische Material 192 eintritt, ändert sich ein Kapazitätswert der Struktur von 19, d.h. eine Kapazität zwischen der ersten Elektrode 190 und zweiten Elektrode 191. In einigen Ausführungsformen kann ein dielektrisches Material gewählt werden, in das Feuchtigkeit leicht eintreten kann, zum Beispiel ein dielektrisches Material mit einer gewissen Porosität oder ein hygroskopisches dielektrisches Material, das Feuchtigkeit absorbiert.
In 20A ist eine Oszillatorschaltung 200, auch als OSC1 bezeichnet, dargestellt, die einen Kondensator C umfasst. Der Kondensator C kann, wie unter Bezugnahme auf 18 und 19 erklärt, implementiert, d.h. konfiguriert sein, um seinen Kapazitätswert abhängig von einer Feuchtigkeit zu ändern. Die Oszillatorschaltung 200 weist ferner einen Widerstand R wie auch zwei Inverter 201, 202 auf, die, wie in 20 dargestellt, gekoppelt sind. Wenn in der Oszillatorschaltung von 20A die Kapazität C steigt, sinkt eine Frequenz am Ausgang.
In 20B ist eine alternative Oszillatorschaltung 205, auch als OSC1’ bezeichnet, dargestellt, die auch einen Kondensator C umfasst. Der Kondensator C kann wieder, wie unter Bezugnahme auf 18 und 19 erklärt, implementiert, d.h. konfiguriert sein, um seinen Kapazitätswert abhängig von einer Feuchtigkeit zu ändern. Die Oszillatorschaltung 205 weist ferner einen Widerstand R auf. Im Gegensatz zu 20A ist in der Ausführungsform von 20B der Kondensator C parallel zum Widerstand R gekoppelt. Ferner weist die Oszillatorschaltung 205 zwei Inverter 206, 207 auf, die, wie in 20 dargestellt, gekoppelt sind. Wenn in der Oszillatorschaltung von 20A die Kapazität C steigt, steigt eine Frequenz an einem Ausgang AUS, d.h. das Verhalten ist dem Verhalten der Oszillatorschaltung 200 von 20A entgegengesetzt. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird sofort alternative Möglichkeiten zur Implementierung des gegensätzlichen Verhaltens von Oszillatorschaltungen erkennen, wie in Bezug auf 20A und 20B erklärt.
Dieses Verhalten der Oszillatorschaltungen von 20A und/oder 20B kann zum Implementieren einer Dependency-Breaking-Struktur, wie in 21 dargestellt, verwendet werden. Die Ausführungsform von 21 weist einen ersten Oszillator 212 auf, der, wie unter Bezugnahme auf 20A erklärt, implementiert sein kann. Mit anderen Worten, ein erster Oszillator 212 hat eine Ausgangsfrequenz, die von einem Feuchtigkeitspegel abhängig ist.
Ein Ausgang des ersten Oszillators 212 wird zu einem Takteingang eines Zählers 213 geleitet, der zum Beispiel sein Ausgangssignal mit jeder fallenden Flanke, jeder steigenden Flanke oder sowohl mit der fallenden als auch steigenden Flanke eines Signals erhöht, das vom ersten Oszillator 212 ausgegeben wird. Ein Ausgangssignal des Zählers 213 kann ein digitales n-Bit-Signal sein, wie in 21 dargestellt.
Ferner weist in der Ausführungsform von 21 der Zähler 213 einen Rücksetzeingang auf, über den die Zählung zurückgesetzt, zum Beispiel auf null zurückgesetzt, werden kann. Ein Signal eines zweiten Oszillators 214 wird zum Rücksetzeingang des Zählers 213 geleitet. Der zweite Oszillator 214 kann bei einer feststehenden Frequenz arbeiten, die kleiner als die Frequenz des ersten Oszillators 212 ist, zum Beispiel um mindestens eine Größenordnung kleiner ist.
In einer solchen Anordnung ist das n-Bit-Ausgangssignal des Zählers 213 bezeichnend für eine, zum Beispiel proportional zu einer, Frequenz f des Ausgangssignals des ersten Oszillators 212. Dieses Ausgangssignal wird einem ersten Eingang eines Komparators 216 zugeleitet. Ferner wird ein feststehender Wert, der eine Schwellenwertfrequenz f₀ darstellt, durch einen Block 215 zu einem zweiten Komparatoreingang des Komparators 216 geleitet. Der feststehende Wert, der durch den Block 215 ausgegeben wird, kann benutzerkonfigurierbar oder hartverdrahtet sein, um einige Beispiele anzuführen.
In der Ausführungsform von 21 hat der Komparator 216 zwei Ausgänge, einen ersten Ausgang, der aktiviert wird, wenn der Wert, der durch den Zähler 213 ausgegeben wird, den Wert übersteigt, der durch den Block 215 ausgegeben wird, was einer Situation entspricht, in der eine Frequenz f des ersten Oszillators 212 größer als eine Frequenz f₀ ist, wie durch den Wert dargestellt, der durch den Block 215 ausgegeben wird, und einen zweiten Ausgang, der aktiviert wird, wenn f kleiner oder gleich f₀ ist. Der erste Ausgang kann in einigen Ausführungsformen auch fehlen. Der zweite Ausgang steuert einen NMOS-Transistor 210, der zwischen einer Ausgangsleitung 211 und der Masse gekoppelt ist. Die Ausgangsleitung 211 kann zum Beispiel eine Ausgangsleitung einer Schaltung sein, die Redundanz vorsieht.
Wenn in diesem Fall die Frequenz f unter f₀ fällt, zieht der NMOS-Transistor 210 ein Signal auf Leitung 211 zur Masse, ähnlich wie der NMOS-Transistor NMOS2 der Dependency-Breaking-Struktur 143 von 14 einen Ausgang der zweiten Schaltung 141 zur Masse zieht. In der Ausführungsform von 21 kann eine fallende Frequenz zum Beispiel mit einer zunehmenden Feuchtigkeit verknüpft sein, und eine Abnahme von f unter f₀ kann anzeigen, dass die Feuchtigkeit einen spezifizierten Bereich verlassen hat.
In einigen Ausführungsformen kann der erste Ausgang zusätzlich an einen PMOS-Transistor 217 gekoppelt sein, der zwischen einer positiven Versorgungsspannung 218 und einer Leitung 219 gekoppelt ist. Die Leitung 219 kann eine Ausgangsleitung einer weiteren Schaltung sein, die eine Redundanz vorsieht. Wenn die Frequenz f unter f₀ fällt, ist der erste Ausgang des Komparators 216 tief und daher wird der PMOS-Transistor 217 leitend. Daher wird ein Signal auf Leitung 219 zur positiven Versorgungsspannung 218 gezogen. Auf diese Weise kann ein gegensätzliches Verhalten auf Leitungen 211, 219 erreicht werden, wenn eine Feuchtigkeit einen spezifizierten Bereich verlässt.
In anderen Ausführungsformen können der NMOS-Transistor 210 und PMOS-Transistor 217 fehlen und der Ausgang bzw. die Ausgänge des Komparators 216 können direkt ausgewertet werden (was zum Beispiel einer Situation entspräche, in der die Dependency-Breaking-Struktur von 21 ihren eigenen Ausgang hat, wie zum Beispiel in der Ausführungsform von 13 dargestellt).
Ferner kann anstelle einer Implementierung einer ersten Oszillatorschaltung 212, wie in 20A dargestellt, in anderen Ausführungsformen die erste Oszillatorschaltung 212, wie in 20B dargestellt, implementiert sein und die Auswertungslogik, die den NMOS-Transistor 210 und/oder PMOS-Transistor 217 steuert, kann umgekehrt sein. Diese Umkehr kann zum Beispiel durch Koppeln des NMOS-Transistors 210 mit dem ersten Ausgang des Komparators 216 (f > f₀) und Koppeln des PMOS-Transistors 217 mit dem zweiten Ausgang (f <= f₀) des Komparators 216 erreicht werden.
In noch anderen Ausführungsformen können zwei Dependency-Breaking-Strukturen, wie in 21 dargestellt, verwendet werden, wobei eine einen Oszillator, wie in 20A dargestellt, als ersten Oszillator 212 verwendet und die andere einen Oszillator, wie in 20B dargestellt, als ersten Oszillator 212 verwendet. In einer solchen Ausführungsform werden für die Erfassung des Störparameters Feuchtigkeit zwei Strukturen mit gegensätzlichem Verhalten (die Oszillatoren von 20A und 20B) verwendet.
Eine weitere Möglichkeit zum Erfassen von Feuchtigkeit neben einer variierenden Kapazität ist die Verwendung eines variierenden Widerstands. In 22 ist ein Beispiel für einen variablen Widerstand gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Der Widerstand von 22 weist in einigen Ausführungsformen eine erste kammförmige Elektrode 220 und eine zweite kammförmige Elektrode 221 auf, die durch einen planaren Halbleiterprozess hergestellt werden kann, zum Beispiel in einer Metallisierungsschicht oder einer Polysiliziumschicht. Die "Zähne" der kammförmigen Elektroden 220, 221 sind ineinandergreifend angeordnet, wie in 22 dargestellt. Wenn Feuchtigkeit in eine Fläche 222 zwischen den "Zähnen" eintritt, ändert sich ein Widerstandswert zwischen den Elektroden 221, 220, nimmt dieser zum Beispiel ab. Dies kann zum Vorsehen von Dependency-Breaking-Strukturen verwendet werden, die für Feuchtigkeit empfindlich sind.
Zum Beispiel können in der Ausführungsform von 14 oder 16 in den Spannungsteilern die Transistoren T1, T2 (die im Wesentlichen einen variablen Widerstand als Reaktion auf einen Störparameter wie Belastung, Träger im Substrat oder Temperatur vorsehen) durch Widerstandsstrukturen, wie in 22 dargestellt, ersetzt werden (die einen variablen Widerstand als Reaktion auf Feuchtigkeit vorsehen). Die verknüpften Widerstände R1, R2 des Spannungsteilers können dann entsprechend dimensioniert werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu liefern, zum Beispiel mit einem hohen Widerstandswert (hohen ohmschen Widerstand) versehen sein.
Mit diesen Modifizierungen können die Dependency-Breaking-Strukturen von 14 und 16 zum Erfassen einer Feuchtigkeit verwendet werden, die außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt.
In der bisher unter Bezugnahme auf 10–22 besprochenen Ausführungsform sind Dependency-Breaking-Strukturen separat für Schaltungen vorgesehen, die die eigentliche gewünschte Funktion ausführen. In anderen Ausführungsformen können redundante Schaltungen selbst modifiziert werden, um einen gewünschten Dependency-Breaking-Effekt zu haben. Dies wird anhand einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 23 und 24 erklärt.
In 23 ist eine Bandlückenschaltung dargestellt, die eine Referenzspannung zwischen Ausgangsanschlüssen 235 und 2310 ausgibt. 230 bezeichnet eine positive Versorgungsspannung und 2311 bezeichnet eine Masse. Die Bandlückenreferenzschaltung von 23 weist Transistoren 232, 236 und 238, Widerstände 233, 234 und 239 wie auch eine Stromquelle 231 auf. Die Schaltung von 23 ist an sich eine herkömmliche Bandlückenreferenzschaltung und wird auch als Widlar-Bandlückenreferenzschaltung bezeichnet.
Der Ausgangswert einer solchen Schaltung hängt bis zu einem gewissen Grad von einer Temperatur der Schaltung ab, so dass die Temperatur ein Störparameter für die Schaltung von 23 ist. In Ausführungsformen können zwei Bandlückenreferenzschaltungen 23 zum Beispiel als erste Schaltung 11 und zweite Schaltung 12 der Ausführungsform von 1 zum Vorsehen einer Referenzspannung mit Redundanz vorgesehen sein. Ferner sind in einer Ausführungsform die zwei Bandlückenreferenzschaltungen in Bezug zueinander verstimmt, so dass sie außerhalb eines spezifizierten Bereichs des Störparameters (z.B. Temperatur) signifikant unterschiedliche Ergebnisse produzieren. Eine solche Verstimmung kann zum Beispiel durch Ändern des Transistordesigns oder durch Ändern von Widerstandswerten durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann dies zu einem Verhalten wie in 24 dargestellt führen. In 24 zeigt eine erste Kurve 240 zum Beispiel eine Ausgangsspannung gegenüber einer Temperatur für eine erste Bandlückenreferenzschaltung, wie in 23 dargestellt, und eine zweite Kurve 241 zeigt die Ausgangsspannung gegenüber der Temperatur für eine zweite Bandlückenreferenzschaltung, wie in 23 dargestellt, wobei die zweite Bandlückenreferenzschaltung in Bezug auf die erste Bandlückenreferenzschaltung verstimmt ist. Wie in 24 erkennbar ist, ist die Differenz zwischen den zwei Kurven 240, 241 in einem spezifizierten Bereich SP vergleichsweise gering, zum Beispiel innerhalb einer annehmbaren Toleranz für die Referenzspannung.
Außerhalb des spezifizierten Bereichs SP wird die Differenz zwischen Kurven 240 und 241 größer. Daher kann zum Beispiel durch Vergleichen der Differenz zwischen den Ausgängen der zwei Bandlückenreferenzschaltungen mit einem Schwellenwert die Temperatur, die den spezifizierten Bereich SP verlässt, erfasst werden. Ein solches Erfassen kann durch eine interne oder externe Schaltung ausgeführt werden, wie allgemein unter Bezugnahme auf 14 und 16 besprochen ist.
Es sollte festgehalten werden, dass im Fall der Ausführungsform von 24 mindestens in einem gewissen Bereich die Differenz zwischen Kurven 240, 241 mit zunehmender Distanz zwischen Temperatur und dem spezifizierten Bereich SP zunimmt, sobald die Temperatur außerhalb des spezifizierten Bereichs SP liegt, was in einigen Ausführungsformen eine zuverlässige Erfassung der Temperatur, die den spezifizierten Bereich verlässt, garantieren kann. In Ausführungsformen muss dies in anderen Flächen oder Bereichen, zum Beispiel weit weg vom spezifizierten Bereich SP, nicht der Fall sein. In einigen Ausführungsformen sind die zwei Bandlückenreferenzschaltungen so gestaltet, dass der Bereich, wo die Differenz zwischen Kurven 240, 241 mit zunehmender Distanz zwischen Temperatur und dem spezifizierten Bereich SP zunimmt, groß gestaltet ist, um ein zuverlässiges Erfassen des Störparameters, der den spezifizierten Bereich SP verlässt, zu garantieren.
Es sollte festgehalten werden, dass die Bandlückenreferenzschaltung in 23 nur als ein Beispiel zu verstehen ist und im Allgemeinen die Strategie eines Verstimmens von zwei Schaltungen gewählt werden kann, wenn eine Differenz zwischen Ausgängen der zwei Schaltungen innerhalb einer annehmbaren Toleranz in einem spezifizierten Bereich gehalten werden kann, während die Differenz außerhalb des spezifizierten Bereichs zunimmt, wie zur Veranschaulichung in 24 dargestellt.
Anschließend werden unter Bezugnahme auf 25 und 26 Verfahren gemäß Ausführungsformen ausführlich besprochen.
Während diese Verfahren als eine Reihe von Vorgängen oder Ereignissen beschrieben sind, ist die Reihenfolge, in der diese Vorgänge oder Ereignisse dargestellt sind, nicht als Einschränkung auszulegen.
In 25 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens dargestellt, die zum Beispiel in Verbindung mit Schaltungen verwendet werden kann, wobei zwei Ausgänge ein divergierendes Verhalten zeigen, wenn ein Störparameter einen spezifizierten Bereich verlässt, zum Beispiel unter Verwendung der Schaltungen von 1, 10, 11, 12, 14, 17, 21 oder wie unter Bezugnahme auf 23 erklärt. Die Verwendung des Verfahrens von 25 ist jedoch nicht auf die obengenannten Schaltungen und Vorrichtungen beschränkt.
Bei 250 wird ein erstes Signal an einem ersten Ausgang einer Schaltung gemessen, zum Beispiel an einem ersten Ausgang, der mit einer Dependency-Breaking-Struktur gekoppelt ist, oder einem ersten Ausgang, der mit einer Schaltung gekoppelt ist, die in Bezug auf eine weitere Schaltung verstimmt ist. Bei 251 wird ein zweites Signal an einem zweiten Ausgang gemessen, zum Beispiel einem zweiten Ausgang, der mit einer weiteren Dependency-Breaking-Struktur gekoppelt ist, einem Ausgang ohne Dependency-Breaking-Struktur oder einem Ausgang, der mit der obengenannten weiteren Schaltung gekoppelt ist, die in Bezug auf die Schaltung verstimmt ist.
Bei 252 wird ausgewertet, ob eine Differenz zwischen einer Eigenschaft des ersten Signals und einer Eigenschaft des zweiten Signals einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Eigenschaften können zum Beispiel Spannung, Strom, Tastverhältnis, Frequenz oder Pulsform enthalten, um nur einige Beispiele zu nennen. Bei 253, wenn die Differenz den Schwellenwert übersteigt, entscheidet das Verfahren, dass der Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt. Basierend auf dieser Entscheidung können Maßnahmen ergriffen werden, wie ein Ausgeben einer Warnung, Deaktivieren einer Funktion, Abschalten einer Funktion oder jede andere geeignete Maßnahme.
Falls die Differenz den Schwellenwert bei 252 nicht überschreitet, kann das Verfahren in Ausführungsformen bei 250 mit dem Vorsehen einer kontinuierlichen Überwachung fortfahren. In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Beispiel in regelmäßigen oder unregelmäßigen Intervallen durchgeführt werden.
In 26 ist ein Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform schematisch dargestellt. Bei 261 wird ein Signal an einem Ausgang einer Dependency-Breaking-Struktur gemessen. Zum Beispiel kann ein Ausgang einer Dependency-Breaking-Struktur 132 von 13 oder ein Ausgang einer Auswertungsschaltung 165 gemessen werden.
Bei 262 wird ausgewertet, ob ein Wert oder eine Eigenschaft des gemessenen Signals außerhalb eines Normalbereichs liegt, d.h. außerhalb eines Bereichs, der einem spezifizierten Bereich eines Störparameters entspricht. Wenn dies der Fall ist, wird bei 263 entschieden, dass der Störparameter außerhalb des spezifizierten Störparameterbereichs liegt, und es können geeignete Maßnahmen ergriffen werden. Falls der Wert oder die Eigenschaft des gemessenen Signals innerhalb des Normalbereichs liegt, kann das Verfahren bei 261 zum Vorsehen einer kontinuierlichen Überwachung fortfahren. In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren periodisch oder in nichtperiodischen Intervallen durchgeführt werden.
Während mehrere verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese Ausführungsformen nicht als Einschränkung auszulegen. Zum Beispiel können redundante Schaltungen wie die unter Bezugnahme auf die Figuren beschriebenen Schaltungen zum Durchführen jeder gewünschten Funktion verwendet werden, die in einer besonderen Anwendung erforderlich ist. Da der Einsatz der hier beschriebenen Techniken und Strategien zum Erfassen eines Störparameters, der außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, nicht von der exakten Funktionsweise der Schaltungen abhängt, sind die Techniken im Wesentlichen bei sämtlichen gewünschten Arten von Schaltung anwendbar.
Ferner können in Ausführungsformen, in denen Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltungen direkt ausgewertet werden (zum Beispiel die Ausführungsformen von 12, 13 und 16), anstelle von zwei redundanten Schaltungen, die, wenn sie richtig betrieben werden, im Wesentlichen dasselbe Ausgangssignal liefern, auch eine erste Schaltung zum Durchführen einer speziellen Funktion und eine zweite Schaltung, welche die korrekte Funktionsweise der ersten Schaltung überwacht, verwendet werden. Redundante Schaltungen können dasselbe Design oder verschiedene Designs zum Durchführen derselben Funktion umfassen (zum Beispiel verschiedene Arten von Analog/Digital-Wandlern). Während zwei redundante Schaltungen der einfachen Darstellung halber in Ausführungsformen beschrieben wurden, können ferner mehr als zwei redundante Schaltungen verwendet werden. In solchen Fällen können zum Beispiel eine der redundanten Schaltungen, zwei der redundanten Schaltungen oder mehrere von zwei der redundanten Schaltungen mit Dependency-Breaking-Strukturen verknüpft sein und/oder in Bezug zueinander verstimmt sein.
Wie somit aus den vorangehenden Erklärungen hervorgeht, sind verschiedene Modifizierungen und Variationen möglich, ohne vom Umfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen.

Claims

Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung, umfassend: ein Sensorelement, das für mindestens einen Störparameter empfindlich ist, und einen Ausgang, der mit dem Sensorelement gekoppelt ist, wobei ein Signal am Ausgang von dem mindestens einen Störparameter in einer wohl definierten Weise abhängig ist.
Schaltung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Transistor, der zwischen ein Referenzpotential und den Ausgang gekoppelt ist, wobei ein Steuereingang des Transistors mit dem Sensorelement gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sensorelement einen Spannungsteiler umfasst, wobei der Spannungsteiler eine Komponente umfasst, deren Impedanz für den Störparameter empfindlich ist.
Schaltung nach Anspruch 3, wobei die Komponente ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Widerstand und einem Transistor.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das empfindliche Element einen Oszillator umfasst, wobei der Oszillator für eine Schwankung des Störparameters empfindlich ist.
Schaltung nach Anspruch 5, wobei der Oszillator einen Kondensator umfasst, der für Feuchtigkeit empfindlich ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei das Sensorelement eine Antenne umfasst.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der Störparameter mindestens einen Parameter umfasst, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer mechanischen Belastung, Ladungsträger in einem Substrat, elektromagnetischer Strahlung, Feuchtigkeit, Partikelstrahlung oder Temperatur.
Funktionale Sicherheitsvorrichtung, umfassend: eine erste Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung nach einem der Ansprüche 1–8, eine zweite Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung nach einem der Ansprüche 1–8, wobei eine erste Antwort des Signals am Ausgang der ersten Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung, wenn der mindestens eine Störparameter einen spezifizierten Bereich verlässt, sich von einer zweiten Antwort des Signals am Ausgang der zweiten Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung, wenn der mindestens eine Störparameter den spezifizierten Bereich verlässt, unterscheidet.
Funktionale Sicherheitsvorrichtung, umfassend: eine erste Schaltung zum Bereitstellen einer vorgegebenen Funktionalität, und eine zweite Schaltung zum Bereitstellen der vorgegebenen Funktionalität zum Vorsehen einer Redundanz, und eine Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung mit der ersten Schaltung gekoppelt ist, um einen Ausgang der ersten Schaltung zu modifizieren, wenn der mindestens eine Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste Antwort eine erste Steigung hat und die zweite Antwort eine zweite Steigung hat, die sich von der ersten Steigung unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei sich ein Vorzeichen der ersten Steigung von einem Vorzeichen der zweiten Steigung unterscheidet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 11, wobei die erste Antwort ein Ziehen auf einen ersten Signalpegel umfasst und die zweite Antwort ein Ziehen auf einen zweiten Signalpegel umfasst, der sich vom ersten Signalpegel unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der erste Signalpegel ein erstes Spannungspotential ist und der zweite Signalpegel ein zweites Spannungspotential ist, das sich vom ersten Spannungspotential unterscheidet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 11–14, wobei die erste Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung und die zweite Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung auf einem einzigen Substrat implementiert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 11–15, des Weiteren umfassend eine Auswertungsschaltung, wobei die Auswertungsschaltung auf eine Differenz zwischen dem Signal am Ausgang der ersten Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung und dem Signal am Ausgang der zweiten Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung anspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 11–16, des Weiteren umfassend: eine erste Schaltung zum Bereitstellen einer vorgegebenen Funktionalität und eine zweite Schaltung zum Bereitstellen der vorgegebenen Funktionalität zum Bereitstellen einer Redundanz.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die erste Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung mit der ersten Schaltung gekoppelt ist, um einen Ausgang der ersten Schaltung zu modifizieren, wenn der mindestens eine Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, und wobei die zweite Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung mit der zweiten Schaltung gekoppelt ist, um einen Ausgang der zweiten Schaltung zu modifizieren, wenn der mindestens eine Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, wobei sich eine Modifizierung des Ausgangs der ersten Schaltung von einer Modifizierung des Ausgangs der zweiten Schaltung unterscheidet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 17 oder 18, wobei die erste Schaltung und die zweite Schaltung auf einem einzigen Substrat vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 17–19, wobei die erste Schaltung ein im Wesentlichen identisches Schaltungsdesign wie die zweite Schaltung hat.
Funktionale Sicherheitsvorrichtung, umfassend: eine erste Schaltung zum Bereitstellen einer vorgegebenen Funktionalität, wenn mindestens ein Störparameter in einem spezifizierten Bereich liegt, und eine zweite Schaltung zum Bereitstellen der vorgegebenen Funktionalität, wenn der mindestens eine Störparameter in dem spezifizierten Bereich liegt, zum Bereitstellen einer Redundanz, wobei die erste Schaltung in Bezug auf die zweite Schaltung verstimmt ist, um zu bewirken, dass das erste Signal vom zweiten Signal um mehr als die vorgegebene Toleranz abweicht, wenn der mindestens eine Störparameter außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die erste Schaltung eine Bandlückenreferenzschaltung umfasst und wobei die zweite Schaltung eine Bandlückenreferenzschaltung umfasst, die in Bezug auf die erste Bandlückenreferenzschaltung verstimmt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, wobei die erste Schaltung ein im Wesentlichen identisches Schaltungsdesign wie die zweite Schaltung hat, wobei Komponenten der ersten Schaltung im Vergleich zur zweiten Schaltung zum Bereitstellen der Verstimmung modifiziert sind.
Verfahren, umfassend: Messen eines ersten Signals an einem ersten Ausgang einer Schaltung auf einem Substrat, wobei die Schaltung für mindestens einen Störparameter empfindlich ist, Messen eines zweiten Signals an einem zweiten Ausgang der Schaltung und Entscheiden, dass der mindestens eine Störparameter außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, wenn sich eine Eigenschaft des ersten Signals von der Eigenschaft des zweiten Signals um mehr als eine vorgegebene Toleranz unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Schaltung eine Vorrichtung nach Ansprüchen 9 oder 11–18 umfasst, wobei der erste Ausgang der Schaltung an den Ausgang der ersten Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 11–18 gekoppelt ist und der zweite Ausgang der Schaltung an den Ausgang der zweiten Abhängigkeitsdurchbrechungsschaltung nach einem der Ansprüche 9 oder 11–18 gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Schaltung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 19–23 umfasst, wobei der erste Ausgang der Schaltung an einen Ausgang der ersten Schaltung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 19–23 gekoppelt ist und der zweite Ausgang der Schaltung an einen Ausgang der zweiten Schaltung nach einem der Ansprüche 10 oder 19–23 gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24–26, wobei die Eigenschaft ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Spannung, einem Strom, einem Tastverhältnis, einer Frequenz oder einer Pulsform.