DE2054598A1 - Redundantes System der Mikroelek tronik - Google Patents

Description

Redundantes System der Mikroelektronik

Sie Erfindung betrifft den redundanten Aufbau insbesondere hochintegrierter digitaler Systeme der Mikroelektronik.

Sa ist bekannt _t daß die Ausbeute eines digitalen Systems der Mikroelektronik bei gegebener Ausbeute seiner Untersysteme, z» B» logischer Grundschaltungen> durch Redundanz gesteigert werden kann. Man unterscheidet zwei Arten des redundanten Aufbaus· Entweder sind alle Untersysteme in geeigneter Weise elektrisch miteinander gekoppelt (heiße Redundanz) oder es werden alle Untersysteme vor ihrer elektrischen Verkopplung auf ihre Funfctionstüchtigkeit überprüft und nur die funktionsfähigen Untersysteme miteinander verkoppelt (kalte Redundanz}«

Bei Systemen mit heißer Redundanz tritt gleichzeitig ein· Steigerung der Zuverlässigkeit auf* Hierzu gehören die Bauelemente- und Funktionsredundanz ebenso wie Systeme, die nach dem sogenannten Majoritätsprinzip aufgebaut sind· Diese Aufbauprinzipien sind Jedoch auf die diskrete Technik beschränkt geblieben·

Sie Auabeutesteigerung bei Anwendung de» Majoritätsprinzipa ist nicht bedeutend, da mindestens 2 von 3 Untersystemen funktionsfähig sein nüssen- Außerdem hat die Art des Defektes Einfluß auf den Aufbau der Majoritätslogik. Ist der 0-

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Pegel am Auegang der defekten Schaltung bevorzugt, miß die Majoritätslogik aus UND-Gliedern aufgebaut sein, ist der L— Pegel bevorzugt _r muß maxi ODER-Glieder wühlen. Me selten auftretenden Defekte der anderen Polarität führen sogar zu Fehlanzeigen·- Die kalte Redundanz erfordert die Testung aller Untersysteme auf ihre funktionsfähigkeit, die in verschiede» Ben Varianten in der Mikroelektronik bekannt ist, und anschließende Berechnung und Herstellung der Verdrahtung der funktionsfähigen Untersysteme für jedes Systemindividuum. Die individuelle Testung erfordert weiterhin Kontaktflächen vor solch einer Größe, daS dichteste Bauelementepacfcungen nicht eöglich sind» Ber ökonomische Aufwand 1st folglich beträchtlich.

Zweck der Erfindung Ist ea_r ein digitales System der Mifcro— elektrcalk zu schaffen,, daa in eeinem Herateilungsprozeß eine größere Ausbeute ermöglicht,, und dessen Zuverlässigkeit größer als die bekannter Systeme ist»

8s ist Aufgabe der Järfladung,. ein digitales Syate» der Mikroelektronik mit heißer Redundanz zu schaffen* bei dem in einer Gruppe gleichartiger, gemeinsam angesteuerter funktionsfähiger oder defekter üntersysteme die äquivalenten Ausgange derart zusammengefaßt sind» daß der Signalfluß über ein Unteraystem der Gruppe gewährleistet ist, wobei der Syetemaufbeu unabhängig vom Auegangspegel der defekten Untersysteme sein muß»

grfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an den Ausgängen der gleichartigen, gemeinsam angesteuerten Untersyeteme MIttel zur dynamischen Unterscheidung zwischen funk—

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BAD ORIGINAL

tionsfähigen und defekten Untersystemen vorgesehen sind,, die den Signalfluß über ein funktionsfähiges Untersystem gewährleisten· Sine Möglichkeit hierzu besteht darin, daß die Ausgänge der gemeinsam angesteuerten Untersysteme über je ein Differenzierglied musammengefaßt einem Speicher zugeführt werden, dessen Ausgang den Ausgang des Gesamtsystems bildet. Ss ist jedoch auch aöglich_r in den Ausgangsleitungen der Untersysteme je einen Schalter anzuordnen, der von einem dazugehörigen Testsystem, welches das jeweilige Untersystem nach dem Einschalten auf Funktionsfähigkeit prüft, geöffnet oder gesperrt wird· Dadurch wird ebenfalls erreicht, daß der Signalfluß über ein funktionsfähiges Untersystem erfolgt.

Gegenüber den bekannten mikroelektronischen Systemen hat die erfindungsgemäfls Lösung den Vorteil, daß einmal die Testung der Untersysteme im Scheibenverband entfällt. Hierbei handelt es sich um einen sehr zeit- und kostenaufwendigen Schritt. Bedingt dadurch kann die Packungsdichte von Seiten der Größe der Untersysteme erhöht werden, wobei jedoch ein Teil für die zusätzlichen Elemente wieder verloren geht. Dieses System ist daher erst ab einer gewissen Mindestgröße der Untersysteme vorteilhaft·

Zum anderen entfallen die fotolithographischen Schritte zur individuellen oder partiell—individuellen Strukturierung. Damit entfällt der Einsatz eines Rechners und der Geräte,, die der Erzeugung von Masken mit individuellem Charakter dienen. Schließlich besitzt das beschriebene System infolge der heißen Redundanz eine höhere Zuverlässigkeit, womit eine größere Lebensdauer und der Aufbau größerer Systeme verknüpft sind»

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Die Erfindung soll nachstehend an einem Aueführungebeispiel näher erläutert werden* In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: das Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems nach Variante A,

Fig. 2: einen möglichen realen Aufbau des Systems nach Fig. 1,

Fig. 3: das Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems nach Variante B,

* Fig. 4: ein Blockschaltbild eines Teilsystems der Fig. 3, Fig. 5: äen realen Aufbau der Figuren 3 und 4»

In Fig. 1 wirken die Eingänge 1; 2 gleichermaßen auf die identisch aufgebauten Untereysteme 3; 4» deren Ausgänge über Differenzlerglieder 5; 6 im Summenpunkt 7 zusammengefaßt und im Speicher 8 gespeichert werden» 9 stellt den Ausgang dar. Sind beide Untersysteme 3; 4 funktionsfähig, treffen gleiche Impulse im Summenpunfct 7 zusammen» Ist ein Untersystem defekt, trifft nur ein Impuls im Suimaenpunkt T ein» Selbstverständlich muß der Speicher auf diesen einen Impuls ansprechen» Trifft also mindestens ein Iapuls eines Differenzier-" gliedes 5; 6 im SusHaenptmkt T ein, so ist das redundante System funktionsfähig* Die Euniktionsfähigfceit der Differenzierglieder 5j 6 und dee Speichere 6 werden dabei vorausgesetzt »
Jälnen möglichen realen Aufbau des in Fig» I dargestellten

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Systems zeigt Fig· 2* Die Differenzierglieder 5; 6 in den AusgangBleitungen der tlntersysteme 3; 4 werden durch Kapazitäten realisiert und sind über eine Hilfsschaltung; 20 logisch mit dem als Flip-Flop ausgestalteten Speicher 8 verknüpft ^ der nur auf positive Impulse anspricht. Der Flip-Flop muß eine Torzugslage besitzen oder beim Einschalten des Systems in eine solche gesetzt werden,, um definierte Verhältnisse zu schaffen·

Sim zweites Ausführungsbeispiel wird an Hand der Fig. 3 beschrieben« Die Eingänge t; 2 wirken gleichermaßen auf die identisch aufgebauten Untersysteme 3j 4, deren Ausgänge über Schalter 12; 13 im Snmmenpunfct ? zusammengefaßt sind und zum Ausgang 9 führen. IQ; 11 stellen die den Schaltern. 12; 13 zugehörigen Testsysteme dar.

Den prinzipiellen Aufbau des Testsysteme 1Q oder 1T veranschaulicht Fig» 4. Am Ausgang 18 des Testsysteme 1Q muß im Anschluß an den Testvorgang,, der auf den Binachaltvorgang folgt, für die gesamte Betriebszeit j$- oder Lr-Pegel anliegen,, Je nachdem,, ob das betreffende Unteraystem defekt oder funktionsfähig ist« Dazu dient der Speicher 17» Das Prinzip des Teotvorganges besteht hierbei darin,, daß der anfängliche Auegangspegel des: jeweiligen Unter sy st ems, ζ. B. des Untersyateme 3, im Speicher 15, dessen Ausgang im Moment des Bin— Schaltens die Vorzugslage 0 einnimmt, festgehalten wird und mit einem durch Eingangewertänderung bewirkten geänderten (bei funktionsfähigen Untersystemen) oder nicht geänderten (bei defekten Untersystemen) Auegangspegel verglichen wird. Solange beide Eingänge des Diskriminatora 16 gleich sind,

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liegen dessen Ausgänge 18 und Speicher 17» dessen Ausgang la Mosent des Sinechaltene gleichfalls die Yorzugslage 0 einnimmt* auf ff-Fegel, wodurch eine Sperrung des Signalflusses im Sehalter 12 bewirkt wird. Besteht Ungleichheit an des Hingängen des Diskriminator» t6, muß an seinem Ausgang Ir-Pegel erscheinen ebenso wie am Ausgang 18 des Speichere 17, wodurch der Schalter 12 den SignalfluS weiterleitet. Da der anfängliche statische Pegel des Ausganges 9 je nach dem Sin— satzzweck 0 oder I> betragen kämet), der L-fert aber infolge de» gesperrten Schalters 12 in diesen Beispiel nicht am Ausgang 9 erscheint, mufl sofort alt den Einschalten getestet " werden» Hierzu dient der Eingang 19· Dieser Eingang 19 muß einen solchen Pegel (Betriebsspannung oder Masse) aufweisen* daß daa Untersystem mit Sicherheit nach Abklingen des Bin— achaltiapulsea Über die Kapazität 21 umschaltet* Einen möglichen realen Aufbau zeigt die Figur 5; dabei ist das Teatasystem aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einmal zeichnerisch dargestellt worden«

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Claims (1)

1. _ 7 .—

   Patentansprüche

   1,!Digitales System der Mikroelektronik mit heißer Redundanz, das aus gleichen, gemeinsam angesteuerten Untersystemen besteht und gemeinsame parallele Ausgänge besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß an den Auagfingen der Unteraysteme (3; 41 Mittel C5; 6; 12 j 131 «ur dynamischen Unterscheidung zwischen funktionsfähigen und defekten Untersystemen vorgesehen sind·

   2» Digitales System nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Untersysteme C3j 4) über je ein Dif— ferenzierglied C5j 61 mit einem den Eingang zu einem Speicher (B) bildenden Susmenpunkt C73 verbunden sind·

   % Digitales System nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Untersysteme 0; 4) sowohl direkt als auch über je ein System (1Oj 11) ssur Testung der Funktionsfähigkeit der Untersysteme (3; 4) mit je einem Schalter (12 y 13) verbunden und die Ausgänge der Schalter (12; 13) auf einen Suamenpunkt (T) geführt sind·

   - Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -

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