EP1097353A1 - Anordnung mit einer vielzahl von sensorgruppen und verfahren zur bestimmung ihrer intaktheit - Google Patents

Anordnung mit einer vielzahl von sensorgruppen und verfahren zur bestimmung ihrer intaktheit

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EP1097353A1
EP1097353A1 EP99945875A EP99945875A EP1097353A1 EP 1097353 A1 EP1097353 A1 EP 1097353A1 EP 99945875 A EP99945875 A EP 99945875A EP 99945875 A EP99945875 A EP 99945875A EP 1097353 A1 EP1097353 A1 EP 1097353A1
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EP
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arrangement
sensor
signals
sensor group
test signals
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Withdrawn
Application number
EP99945875A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Aigner
Klaus-Günter Oppermann
Hergen Kapels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/007—Malfunction diagnosis, i.e. diagnosing a sensor defect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/12—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2218/00—Indexing scheme relating to details of testing or calibration
    • G01D2218/10—Testing of sensors or measuring arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the integrity of an arrangement with a plurality of sensor groups, each of which can be used to supply an electrical signal and to which an evaluation device for evaluating a sum signal summed from all signals is assigned.
  • the invention also relates to a corresponding arrangement.
  • the invention is based on a known arrangement with a large number of sensor groups, each of which can be used to supply an electrical signal and to which an evaluation device for evaluating a sum signal summed up from all the signals is assigned, and in particular makes reference to such an arrangement, which is implemented on a single semiconductor chip, with each sensor of a sensor group having a pressure sensor implemented in micromechanical technology and an electrical circuit, in which the arrangement is embedded and to which it is connected, implemented in CMOS technology.
  • CMOS-compatible pressure sensor such a semiconductor chip structured in this way is sometimes referred to as a "CMOS-compatible pressure sensor", using the word "sensor” that does not quite do justice to the choice of words in the present text.
  • a single pressure sensor embodied in micromechanical technology contains as its essential element a membrane etched free in a semiconducting solid body, which can deform under the influence of an external pressure and form a first electrode of a capacitor. Associated with the membrane is an essentially non-deformable second electrode, which forms a capacitor with the first electrode, which has a capacitance which, owing to the bending of the membrane which occurs due to external pressure and the most electrode is changeable. With the help of this membrane, the measurement of an external pressure can thus be traced back to the measurement of a capacitance.
  • the capacity of an individual micromechanical pressure sensor of the type described is generally extremely low and accordingly can only be measured while accepting a comparatively high measurement error. It is therefore common to use more or less complex arrangements of many measuring bridges of the type described, which are connected in parallel with one another. The individual capacitances in the measuring bridges thus add up, so that a sum signal is obtained from the summed signals of the individual bridges, which is accessible for precise measurement by means of an evaluation device such as a sigma-delta modulator. In such an arrangement, the entirety of all sensors or measuring bridges can be divided into a more or less large number of sensor groups.
  • a correspondingly designed arrangement with a large number of sensor groups is also to be specified.
  • a method for determining the intactness of an arrangement with a large number of sensor groups, each of which can supply an electrical signal and which one
  • Evaluation device for evaluating one of all signals summed sum signal is assigned, which method comprises the following steps:
  • test signals are formed by excluding a single sensor group, comprising a suitably selected number of individual sensors or measuring bridges, from the summation. The test signals are then compared with one another. If all test signals are identical to one another, in the present case "identical to one another” means: “identical to one another within a reasonable tolerance", it can be assumed that all sensor groups are intact.
  • each sensor group is preferably additionally determined, the associated test signal of which is different from several other test signals; In this way, the sensor group that is not intact is localized.
  • a method is also preferred in which the arrangement of the sensor groups, the evaluation device and a switching arrangement for forming the test signals are implemented in a circuit on a single semiconductor chip and in which the test signals are formed by switching processes within the circuit.
  • an arrangement is provided with a large number of sensor groups, each of which can be used to supply an electrical signal and to which an evaluation device for evaluating a sum signal summed from all signals is assigned, in which a switching arrangement is also provided - Is seen with which each sensor group can be switched off to exclude its signal from the summation.
  • the switching arrangement preferably contains a switch for each sensor group, by means of which this sensor group can be disconnected from an electrical power supply.
  • each sensor group of the arrangement preferably comprises a group of capacitive sensors.
  • the evaluation device preferably further comprises a sigma-delta module, and each capacitive sensor is connected as a capacitance measuring bridge. Additionally, each capacitive sensor preferably includes at least one pressure sensitive membrane.
  • the arrangement is preferably implemented in a circuit on a single semiconductor chip, with the evaluation device and the switching arrangement also preferably being implemented using CMOS technology.
  • a preferred development of the arrangement consists in that a memory is additionally provided, with which information for a permanent state of the switching arrangement can be stored.
  • This configuration makes it possible to provide redundant sensor groups in the arrangement in addition to the sensors or sensor groups that are absolutely necessary for the intended function, which sensor groups can take over their function in the presence of intact sensor groups.
  • the preferably provided memory performs well for this purpose, because the information for selection of only the intact sensor groups for the intended operation of the arrangement can be stored in this memory.
  • a first sensor group comprises two capacitive sensors 2, implemented in micromechanics as explained above, and two reference capacitors 3, each with an unchangeable capacitance.
  • the reference capacitors 3 are manufactured using the same technology as the capacitive sensors 2 in order to largely rule out a malfunction due to manufacturing-related asymmetries.
  • Capacitive sensors 4 and reference capacitors 5 of a second sensor group are also manufactured and arranged.
  • the first sensor group and the second sensor group are connected in parallel to one another in order to increase the precision of the measurement.
  • a switching arrangement 6, 7 and 8 is provided, the four switches 6 assigned to the first sensor group, four switches 7 assigned to the second sensor group and a controller 8 for the switches 6 and 7 includes.
  • a test signal can thus be generated for each sensor group, which is characterized in that the sensor group concerned is not taken into account in the formation of this test signal by summation, unlike in the case of an intended measurement process in which all sensor groups contribute to a sum signal to be evaluated. If all the corresponding test signals received are identical to one another, it can be assumed that the capacitive sensors of all sensor groups are intact. If there are significant differences between the test signals, it can be concluded that at least one sensor group is not intact, and such a non-intact sensor group can also be determined, by identifying the test signal that differs from the other test signals.
  • the semiconductor chip 1 contains a memory 9, in which corresponding information for the controller 8 can be stored.
  • the sensor groups are supplied with a reference voltage from a voltage source 10, with individual sensor groups being switched off using switches 6 or 7 to determine the intactness.
  • the sum or test signal is carried out by an evaluation device 11, in the present case by a sigma-delta modulator 11. Its structure and function are fundamentally known and do not require any explanation at this point.
  • the method according to the invention and the arrangement according to the invention open up arrangements with sensor groups such as conventional “CMOS-compatible pressure sensors”, both an uncomplicated production control and a repeatable operation control as required, and thus contribute significantly to the expansion of the use of corresponding sensor systems.
  • sensor groups such as conventional “CMOS-compatible pressure sensors”, both an uncomplicated production control and a repeatable operation control as required, and thus contribute significantly to the expansion of the use of corresponding sensor systems.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Intaktheit einer Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen (2, 4), durch deren jede ein elektrisches Signal lieferbar ist und welchen eine Auswerteeinrichtung (11) zur Auswertung eines aus allen Signalen summierten Summensignals zugeordnet ist. Das Verfahren umfaßt zu jeder Sensorgruppe (2, 4) Bildung eines zugehörigen Prüfsignals durch Summierung von Signalen aller jeweiligen anderen Sensorgruppen (2, 4), Vergleich aller Prüfsignale untereinander und Bestimmung der Intaktheit als vorhanden, wenn alle Prüfsignale untereinander gleich sind, und Bestimmung der Intaktheit als nicht vorhanden, wenn nicht alle Prüfsignale untereinander gleich sind. Eine erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich aus durch eine Schaltanordnung (6, 7, 8), mit der jede Sensorgruppe (2, 4) zur Ausschließung ihres Signals von der Summierung abschaltbar ist. Die Anordnung ist insbesondere realisiert auf einem einzigen Halbleiterchip (1) in einer in CMOS-Technologie realisierten Schaltung.

Description

Beschreibung
Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen und Verfahren zur Bestimmung ihrer Intaktheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Intaktheit einer Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen, durch deren jede ein elektrisches Signal lieferbar ist und welchen eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines aus allen Signalen summierten Summensignals zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Anordnung.
Die Erfindung geht aus von einer bekannten Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen, durch deren jede ein elektri- sches Signal lieferbar ist und welchen eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines aus allen Signalen summierten Summensignals zugeordnet ist, und nimmt dabei insbesondere Bezug auf eine solche Anordnung, welche realisiert ist auf einem einzigen Halbleiterchip, wobei jeder Sensor einer Sensorgrup- pe ein in mikromechanischer Technologie ausgeführter Drucksensor und eine elektrische Schaltung, in welche die Anordnung eingebettet und mit der sie verbunden ist, in CMOS- Technologie ausgeführt ist. Einen solcherart strukturierten Halbleiterchip bezeichnet man gelegentlich als "CMOS- kompatiblen Drucksensor", unter einer der Wortwahl im vorliegendem Text nicht ganz gerecht werdenden Verwendung des Wortes "Sensor". (Siehe hierzu z. B. die WO 91/12507)
Ein in mikromechanischer Technologie ausgeführter einzelner Drucksensor enthält als wesentliches Element eine in einem halbleitenden Festkörper freigeätzte Membran, welche sich unter der Einwirkung eines äußeren Drucks verfor en kann und eine erste Elektrode eines Kondensators bildet. Der Membran zugeordnet ist eine im wesentlichen unverformbare zweite Elektrode, die mit der ersten Elektrode einen Kondensator bildet, welcher eine Kapazität hat, die aufgrund der durch äußeren Druck auftretenden Verbiegung der Membran und der er- sten Elektrode veränderlich ist. Unter Zuhilfenahme dieser Membran kann somit die Messung eines äußeren Drucks zurückgeführt werden auf die Messung einer Kapazität. Letzere Messung erfolgt gemäß herkömmlicher Praxis unter Zuhilfenahme einer Brückenschaltung aus vier Kapazitäten, von denen zwei unveränderliche Kapazitäten und zwei veränderliche Kapazitäten in Form von einzelnen Drucksensoren der beschriebenen Art sind. An diese Brücke anzuschließen ist eine geeignete Auswerteeinrichtung, gemäß herkömmlicher Praxis ein Sigma-Delta- Modulator. (DE 196 25 666 Cl)
Die Kapazität eines einzelnen mikromechanischen Drucksensors der beschriebenen Art ist in der Regel äußerst gering und dementsprechend nur unter Inkaufnahme eines vergleichsweise hohen Meßfehlers meßbar. Daher ist die Verwendung mehr oder weniger komplexer Anordnungen aus vielen zueinander parallel geschalteten Meßbrücken der beschriebenen Art geläufig. Damit addieren sich die einzelnen Kapazitäten in den Meßbrücken, so daß aus den summierten Signalen der einzelnen Brücken ein Summensignal erhalten wird, welches einer präzisen Messung mittels einer Auswerteeinrichtung wie eines Sigma-Delta- Modulators zugänglich ist. In einer solchen Anordnung kann die Gesamtheit aller Sensoren bzw. Meßbrücken unterteilt werden in eine mehr oder weniger große Vielzahl von Sensorgrup- pen.
Im Rahmen der serienweisen Fertigung einer solchen Anordnung, insbesondere eines CMOS-kompatiblen Drucksensors, auf einem Halbleiterchip ist eine Kontrolle des fertigen Halbleiter- chips auf die Intaktheit der einzelnen Sensoren von großer
Wichtigkeit. Dies insbesondere deshalb, weil die Möglichkeit des Vorhandenseins einer defekten Membran auf dem Halbleiterchip dessen Zuverlässigkeit erheblich in Frage stellt.
Bislang ist es üblich, die einzelnen Sensoren auf einem entsprechenden Halbleiterchip von einer entsprechend geschulten Person optisch kontrollieren zu lassen. Auf diese Weise kann eine Membran mit einem großen Riß oder einer Verschmutzung oder eine an einem anderen Teil des Halbleiterchips festhängende Membran erkannt werden. Denkbar ist es, die Kontrolle durch eine geschulte Person durch eine Kontrolle mittels ei- nes automatischen Bildverarbeitungsverfahrens zu ersetzen. In keinem Fall aber ist zu erwarten, daß ein kleinerer Riß oder ein anderer kleiner Fehler einer Membran sicher erkannt wird. Auch ist nach dem Einbau eines solchen Halbleiterchips in eine Druckmeßeinrichtung eine weitere optische Kontrolle in der Regel ausgeschlossen.
Es besteht auch keine realistische Aussicht, durch zyklisch wiederholte Nachmessung einer charakteristischen Kennlinie eines gesamten entsprechenden Halbleiterchips auf die Intakt- heit einzelner Membranen zu schließen, da Kennlinien mehrerer als gleichartig anzusehender solcher Halbleiterchips selbst unter der Voraussetzung der Intaktheit sämtlicher Membranen stark voneinander abweichen können. Es ist dementsprechend nicht möglich, eine modellhafte Kennlinie für eine derartige Messung vorzugeben.
Entsprechend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung einer Intaktheit einer Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen der eingangs definierten Art anzu- geben, welches ein zuverlässiges Urteil über die Intaktheit der Anordnung erlaubt und vorzugsweise jederzeit, insbesondere nach Einbau des Halbleiterchips in eine entsprechende Meßeinrichtung, durchführbar ist. Es soll auch eine entsprechend ausgestaltete Anordnung mit einer Vielzahl von Sensor- gruppen angegeben werden.
Zur Lösung der auf ein Verfahren bezogenen Aufgabe angegeben wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Intaktheit einer Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen, durch deren je- de ein elektrisches Signal lieferbar ist und welchen eine
Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines aus allen Signalen summierten Summensignals zugeordnet ist, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Zu jeder Sensorgruppe Bilden eines zugehörigen Prüfsignals durch Summierung von Signalen aller jeweiligen anderen Sen- sorgruppen;
Vergleichen aller Prüfsignale untereinander; und Bestimmung der Intaktheit als vorhanden, wenn alle Prüfsignale untereinander gleich sind, und Bestimmung der Intaktheit als nicht vorhanden, wenn nicht alle Prüfsignale unter- einander gleich sind.
Dieses Verfahren benutzt für die zur Bestimmung der Intaktheit erforderlichen Messungen die der Anordnung zum besti - mungsgemäßen Betrieb ohnehin zugeordnete Auswerteeinrichtung; auch ist die Bildung von Prüfsignalen vorgesehen, welche von dieser Auswerteeinrichtung sinnvoll und mit aller notwendigen Präzision verarbeitbar sind. Zur Bestimmung der Intaktheit werden Prüfsignale gebildet, indem jeweils eine einzelne Sensorgruppe, umfassend eine angemessen ausgewählte Anzahl ein- zelner Sensoren oder Meßbrücken, von der Summierung ausgeschlossen wird. Anschließend werden die Prüfsignale untereinander verglichen. Sind alle Prüfsignale untereinander gleich, wobei vorliegend "untereinander gleich" bedeutet: "untereinander gleich im Rahmen einer angemessenen Toleranz", so kann davon ausgegangen werden, daß alle Sensorgruppen intakt sind. Gibt es eine Sensorgruppe oder wenige Sensorgruppen, deren Prüfsignal bzw. deren Prüfsignale wesentlich von anderen Prüfsignalen abweichen, so ist davon auszugehen, daß diese Sensorgruppe fehlerhaft ist bzw. diese Sensorgruppen fehler- haft sind. Abweichungen der Prüfsignale sind dabei sowohl zu höheren als auch zu niedrigeren Werten denkbar; im Falle von Sensorgruppen mit Drucksensoren der beschriebenen Art wird eine mit einem Riß behaftete Membran eine deutlich kleinere Kapazität haben als eine intakte Membran, eine festhängende Membran eine deutlich höhere Kapazität als eine intakte Membran. Bei dem Verfahren wird vorzugsweise zusätzlich jede Sensorgruppe ermittelt, deren zugehöriges Prüfsignal verschieden ist von mehreren anderen PrüfSignalen; auf diese Weise erfolgt eine Lokalisierung derjenigen Sensorgruppe, welche als nicht intakt zu beurteilen ist.
Bevorzugt ist auch ein Verfahren, bei dem die Anordnung der Sensorgruppen, die Auswerteeinrichtung und eine Schaltanordnung zur Bildung der Prüfsignale in einer Schaltung auf einem einzigen Halbleiterchip realisiert sind und bei dem die Prüfsignale durch Schaltvorgänge innerhalb der Schaltung gebildet werden. Diese Weiterbildung erschließt die Anwendung der Erfindung für den CMOS-kompatiblen Drucksensor wie eingangs beschrieben und baut darauf auf, daß zur Realisierung des Ver- fahrens nur ein vergleichsweise geringer apparativer Aufwand in Form der erwähnten Schaltanordnung notwendig ist. Dieser vergleichsweise geringe Aufwand, welcher durch Gruppierung der einzelnen Sensoren in eine angemessen geringe Anzahl von Sensorgruppen noch weiter reduziert werden kann, ermöglicht es, eine Schaltung zur Realisierung des Verfahrens auf einem einzigen Halbleiterchip unterzubringen, unter entsprechender Erweiterung der herkömmlichen Schaltung.
Zur Lösung der auf die Anordnung selbst bezogenen Aufgabe der Erfindung angegeben wird eine Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen, durch deren jede ein elektrisches Signal lieferbar ist und welchen eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines aus allen Signalen summierten Summensignal zugeordnet ist, bei welcher außerdem eine Schaltanordnung vor- gesehen ist, mit der jede Sensorgruppe zur Ausschließung ihres Signals von der Summierung abschaltbar ist.
Die Schaltanordnung beinhaltet vorzugsweise für jede Sensorgruppe einen Schalter, durch den diese Sensorgruppe von einer elektrischen Energieversorgung abtrennbar ist. Weiterhin vorzugsweise umfaßt ede Sensorgruppe der Anordnung eine Gruppe kapazitiver Sensoren. Dabei umfaßt die Auswerteeinrichtung weiterhin vorzugsweise einen Sigma-Delta- Modultor, und jeder kapazitive Sensor ist als Kapazitatsmeß- br cke verschaltet. Zusätzlich vorzugsweise umfaßt jeder kapazitive Sensor zumindest eine drucksensitive Membran.
Die Anordnung ist vorzugsweise in einer Schaltung auf einem einzigen Halbleiterchip realisiert, wobei weiterhin vorzugs- weise die Auswerteeinrichtung und die Schaltanordnung m CMOS-Technologie realisiert sind.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Anordnung besteht darin, daß zusätzlich ein Speicher vorgesehen ist, m welchem Infor- mation für einen permanenten Zustand der Schaltanordnung speicherbar ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, m der Anordnung zusatzlich zu den für die beabsichtigte Funktion unbedingt notwendigen Sensoren oder Sensorgruppen redundante Sensorgruppen vorzusehen, die bei Vorhandensein nicht intak- ter Sensorgruppen deren Funktion übernehmen können. Für diesen Zweck leistet der vorzugsweise vorgesehene Speicher gute Dienste, denn m diesem Speicher kann die Information zur Auswahl allein der intakten Sensorgruppen für den bestim- mungsgemaßen Betrieb der Anordnung abgelegt werden.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt eine schema- tische Darstellung einer Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen, eingerichtet für das beschriebene Verfahren zur Bestimmung einer Intaktheit.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Halbleiterchip 1, auf dem u.a. eine Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen 2, 3, 4, 5 angebracht ist. Zu erkennen sind zwei Sen- sorgruppen, symbolisch dargestellt als einzelne Kapazitats- meßbrucken. Je nach den Umstanden des konkreten Einzelfalles kann eine Sensorgruppe eine Mehrzahl oder Vielzahl solcher Meßbrücken, die untereinander parallel geschaltet sind, aufweisen. Auch ist die Anzahl von zwei Sensorgruppen durchaus nicht repräsentativ für einen speziellen Anwendungsfall . Eine erste Sensorgruppe umfaßt zwei kapazitive Sensoren 2, ausge- führt in Mikromechanik wie vorstehend erläutert, und zwei Referenzkondensatoren 3 mit jeweils unveränderlicher Kapazität. Die Referenzkondensatoren 3 sind mit derselben Technologie hergestellt wie die kapazitiven Sensoren 2, um eine Funktionsstörung durch herstellungsbedingte Unsymmetrien weitgehend auszuschließen. Ebenso hergestellt und angeordnet sind kapazitive Sensoren 4 und Referenzkondensatoren 5 einer zweiten Sensorgruppe. Zur Messung eines äußeren Drucks, welcher die kapazitiven Sensoren 2 und 4 beaufschlagt, sind die erste Sensorgruppe und die zweite Sensorgruppe parallel zueinander geschaltet, um die Präzision der Messung zu erhöhen. Um die Intaktheit der Sensorgruppen unter Vermeidung unnötigen Aufwandes bestimmen zu können, ist eine Schaltanordnung 6, 7 und 8 vorgesehen, die vier der ersten Sensorgruppe zugeordnete Schalter 6, vier der zweiten Sensorgruppe zugeordnete Schal- ter 7 und eine Steuerung 8 für die Schalter 6 und 7 umfaßt. Mit dieser Schaltanordnung 6, 7 und 8 sind zur Bildung eines Prüfsignals, wobei das Signal einer der Sensorgruppen von einer Summierung der Signale aller verbleibenden Sensorgruppen ausgeschlossen wird, die erste Sensorgruppe durch die Schal- ter 6 und die zweite Sensorgruppe durch die Schalter 7 wahlweise abschaltbar. Somit ist für jede Sensorgruppe ein Prüfsignal erzeugbar, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die betroffene Sensorgruppe bei der Bildung dieses Prüfsignals durch Summierung nicht berücksichtigt wird, anders als bei einem bestimmungsgemäßen Meßvorgang, bei welchem alle Sensorgruppen zu einem auszuwertenden Summensignal beitragen. Sind alle entsprechend erhaltenen Prüfsignale untereinander gleich, so kann davon ausgegangen werden, daß die kapazitiven Sensoren aller Sensorgruppen intakt sind. Gibt es wesentliche Differenzen unter den PrüfSignalen, so ist darauf zu schließen, daß zumindest eine Sensorgruppe nicht intakt ist, und eine solche nicht intakte Sensorguppe ist auch ermittelbar, indem das von den anderen Prüfsignalen abweichende Prüfsignal identifiziert wird. Nicht alle auf dem Halbleiterchip 1 vorgesehenen Sensorgruppen müssen für einen bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterchips notwendig sein, es kann zumindest eine redundante Sensorgruppe vorgesehen sein, welche eine eventuell aufgefundene nicht intakte funktionell ersetzen kann. Da bereits wesentliche Teile der Schaltanordnung auf dem Halbleiterchip realisiert sind, ist eine Prüfung unter Bestimmung der Intaktheit der Sensorgruppen auf dem Halblei- terchip nicht nur unmittelbar nach Fertigstellung des Halbleiterchips, sondern auch zu praktisch jedem beliebigen späteren Zeitpunkt möglich. Zu einem solchen späteren Zeitpunkt kann dann ggf. eine nicht mehr intakte Sensorgruppe stillgelegt und stattdessen eine noch vorhandene, intakte Sensor- gruppe zum Zwecke der bestimmungsgemäßen Verwendung des Halbleiterchips 1 aktiviert werden. Zu diesem Zweck enthält der Halbleiterchip 1 einen Speicher 9, in welchem entsprechende Information für die Steuerung 8 abgelegt werden kann. Zur bestimmungsgemäßen Verwendung des Halbleiterchips wie auch zur Bestimmung der Intaktheit der Sensorgruppen werden die Sensorgruppen beaufschlagt mit einer Referenzspannung aus einer Spannungsquelle 10, wobei zur Bestimmung der Intaktheit einzelne Sensorgruppen mittels der Schalter 6 oder 7 abgeschaltet werden. Die Summierung der entsprechenden Signale der ka- pazitiven Meßbrücken und die Auswertung des so erhaltenen
Summen- bzw. Prüfsignals erfolgt durch eine Auswerteeinrichtung 11, vorliegend durch einen Sigma-Delta-Modulator 11. Dessen Aufbau und Funktion sind grundsätzlich bekannt und bedürfen an dieser Stelle keiner Erläuterung.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung erschließen Anordnungen mit Sensorgruppen wie herkömmliche "CMOS-kompatible Drucksensoren" sowohl einer unkomplizierten Fertigungskontrolle als auch einer nach Bedarf wiederholbaren Betriebskontrolle und tragen somit wesentlich bei zur Ausweitung der Anwendung entsprechender Sensorsysteme .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer Intaktheit einer Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen (2, 4), durch deren jede ein elektrisches Signal lieferbar ist und welchen eine Auswerteeinrichtung (11) zur Auswertung eines aus allen Signalen summierten Summensignals zugeordnet ist, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: zu jeder Sensorgruppe (2, 4) Bildung eines zugehörigen Prüfsignals durch Summierung von Signalen aller jeweiligen anderen Sensorgruppen (2, 4);
Vergleich aller Prüfsignale untereinander; und Bestimmung der Intaktheit als vorhanden, wenn alle Prüfsignale untereinander gleich sind, und Bestimmung der Intakt- heit als nicht vorhanden, wenn nicht alle Prüfsignale untereinander gleich sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich jede Sensorgruppe (2, 4) ermittelt wird, deren zugehöriges Prüfsignal verschieden ist von mehreren anderen PrüfSignalen.
3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Anordnung der Sensorgruppen (2, 4), die Auswerteeinrichtung
(11) und eine Schaltanordnung (6, 7, 8) zur Bildung der Prüf- Signale in einer Schaltung auf einem einzigen Halbleiterchip (1) realisiert sind, und bei dem die Prüfsignale durch Schaltvorgänge innerhalb der Schaltung gebildet werden.
4. Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorgruppen (2, 4), durch deren jede ein elektrisches Signal lieferbar ist und welchen eine Auswerteeinrichtung (11) zur Auswertung eines aus allen Signalen summierten Summensignals zugeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung (6, 7, 8), mit der jede Sensorgruppe (2, 4) zur Ausschließung ihres Signals von der Summierung abschaltbar ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Schaltanordnung (6, 7, 8) für jede Sensorgruppe (2, 4) einen Schalter (6, 7) beinhaltet, durch den diese Sensorgruppe (2, 4) von einer elektrischen Spannungsquelle (10) abtrennbar ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 und 5, bei der jede Sensorgruppe (2, 4) eine Gruppe kapazitiver Sensoren (2, 4) umfaßt .
7. Anordnung nach Anspruch 6, bei der die Auswerteeinrichtung (11) einen Sigma-Delta-Modulator (11) umfaßt, und bei der jeder kapazitive Sensor (2, 4) in einer Kapazitätsmeßbrücke (2, 3, 4, 5) verschaltet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, bei der jeder kapazitive Sensor (2, 4) zumindest eine drucksensitive Membran umfaßt.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, welche in einer Schaltung auf einem einzigen Halbleiterchip realisiert ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, bei der die Auswerteeinrichtung (11) und die Schaltanordnung (6, 7, 8) in CMOS-Technik realisiert sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, welche zusätzlich einen Speicher (9) umfaßt, in welchem Information für einen permanenten Zustand der Schaltanordnung (6, 7, 8) speicherbar ist.
EP99945875A 1998-07-14 1999-07-01 Anordnung mit einer vielzahl von sensorgruppen und verfahren zur bestimmung ihrer intaktheit Withdrawn EP1097353A1 (de)

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EP (1) EP1097353A1 (de)
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