EP4211989B1 - Kompakte steuerung für leuchtmittel im kfz - Google Patents

Kompakte steuerung für leuchtmittel im kfz Download PDF

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EP4211989B1
EP4211989B1 EP21777701.0A EP21777701A EP4211989B1 EP 4211989 B1 EP4211989 B1 EP 4211989B1 EP 21777701 A EP21777701 A EP 21777701A EP 4211989 B1 EP4211989 B1 EP 4211989B1
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EP
European Patent Office
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led driver
semiconductor technology
smaller
structure size
larger
Prior art date
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EP21777701.0A
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EP4211989C0 (de
EP4211989A1 (de
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Bernd Burchard
Christian Schmitz
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Elmos Semiconductor SE
Original Assignee
Elmos Semiconductor SE
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Publication date
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Publication of EP4211989B1 publication Critical patent/EP4211989B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • H05B47/11—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the brightness or colour temperature of ambient light
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/18—Controlling the light source by remote control via data-bus transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/82—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
    • H10D84/83—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
    • H10D84/85—Complementary IGFETs, e.g. CMOS
    • H10D84/856—Complementary IGFETs, e.g. CMOS the complementary IGFETs having different architectures than each other, e.g. high-voltage and low-voltage CMOS

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a device for controlling an LED lighting device.
  • the invention therefore relates to a method for producing, for example, a control device for a lighting device with, for example, a CAN communication data bus interface, a computer core (microcontroller) and with a driver circuit for one or more LED lamps.
  • a control device for a lighting device with, for example, a CAN communication data bus interface, a computer core (microcontroller) and with a driver circuit for one or more LED lamps.
  • the bus driver components of actuators and microcontrollers of a satellite system/bus system for controlling consumers are designed as separate modules of a bus participant, which are typically arranged on a common circuit board.
  • the reason for this is that very powerful computers are preferably required, which are then implemented in a semiconductor technology node with the smallest possible structure size.
  • the so-called bus transceivers which represent the actual interface to the data buses, comprise power transistors, the structure sizes of which cannot be arbitrarily reduced for physical reasons, namely due to the required current carrying capacity.
  • typically two different components (IC chips) in two semiconductor technologies, namely the bus transceivers and the drivers/LEDs (analog part) are manufactured separately from the powerful computers (digital part) and mounted on printed circuits.
  • a lighting device with a control device with a DALI interface is known.
  • the known control device has several modules, although it remains unclear which components the individual modules comprise.
  • LED lighting control devices with circuit elements of interface, microcontroller and LED driver circuits integrated on a common chip are made of EP-A-3 478 031 known.
  • the invention is therefore based on the object of creating an optimal solution for the production of LED drivers in automotive systems, which avoids the above disadvantages of the prior art and has further advantages.
  • the invention proposes a method for producing a device for controlling an LED lighting device with the method steps of claim 1.
  • the invention therefore proposes a manufacturing method for a control device for an LED lighting device in which several electrical circuits are integrated in a common semiconductor substrate. These are the circuits for the data interface, the microcontroller and the at least one LED driver. It is essential for the invention that the semiconductor technology to be used (and thus the smallest possible structure size of the circuit components) is determined by the minimum Structure size for the circuit components of the data interface and the at least one LED driver is still permissible to ensure their functionalities.
  • the smallest "structure size” that can be achieved when producing an integrated circuit using semiconductor technology refers, as is known in specialist circles, to the shortest edge length of a component (i.e. a structure size of a component) of a circuit component, whereby this typically means the shortest possible length of the gate of a field effect transistor.
  • the shortest edge length of a component of a circuit component of the data interface and/or the LED driver circuit(s) is therefore equal to the shortest edge length of a component of a circuit component of the microcontroller, namely the shortest gate length of a field effect transistor or field effect transistors of the microcontroller.
  • the invention does not use the semiconductor technology that could determine the minimum permissible structure sizes for the circuit components of the microcontroller. It is known that the circuit components such as transistors and gates of microcontrollers do not need to have the same current-carrying capacity as is the case with data interfaces and LED drivers, for example.
  • the circuit components of the microcontroller can therefore be designed to be smaller than the analog part of the overall circuit integrated into the semiconductor substrate. This semiconductor technology, which is tailored to the microcontroller, would then typically be used to produce larger circuit components for the data interface and the at least one LED driver. However, this is more costly overall because the semiconductor technology that allows a higher density of circuit components is more complex to implement.
  • the invention therefore deviates from the previously known concept of IC chip design, which, as will be described below, is associated with significant technical and economic advantages.
  • Semiconductor technology is particularly suitable for those whose smallest possible structure size is larger than 85 nm and smaller than 200 nm. All values in the previously mentioned range for the smallest possible structure size of the semiconductor technology to be used are hereby included in the application.
  • the device produced according to the invention can be provided with a voltage regulator which has circuit elements which are integrated in the semiconductor substrate, wherein the semiconductor technology used is determined by the minimum structural size that is permissible for the circuit elements of the data interface, the LED driver circuit or the LED driver circuits and the voltage regulator in order to ensure their functionality.
  • the semiconductor substrate therefore has a further component which is designed as an analog circuit and therefore also includes, for example, power transistors and wider conductor tracks.
  • the device produced according to the invention is provided with a test interface having electronic and/or electrical circuit elements integrated in the semiconductor substrate for testing the functionality of the data interface and/or the microcontroller and/or the LED driver circuit or the LED driver circuits and/or the voltage regulator, if present, wherein the semiconductor technology used is determined by which minimum structure size is still permissible for the circuit elements of the data interface, the LED driver circuit or the LED driver circuits, the voltage regulator and the test interface to ensure their functionality.
  • This can be, for example, a boundary scan test or tests that specifically address and test certain components of the semiconductor IC.
  • the device produced according to the invention has a sensor interface integrated in the semiconductor substrate with electrical and/or electronic circuit elements for connecting at least one sensor, such as a light brightness and/or a light color sensor and/or a sun sensor, which is or can be connected to a data communication bus that can be connected to the sensor interface, the semiconductor technology used being determined by the minimum structural size that is still permissible for the circuit elements of the data interface, the LED driver circuit or the LED driver circuits, the voltage regulator, the test interface and the sensor interface to ensure their functionality.
  • a sensor interface can, for example, be one in accordance with the PSI5 or PSI3 protocol.
  • the microcontroller only has a functionality that is required to control the LED driver circuit or the LED driver circuits in accordance with signals received from the data interface and/or signals received from the sensor interface, if present, and is required to process signals received from the test interface, if present.
  • the circuit elements whose functionality must be ensured during production using the semiconductor technology used can be transistors and/or conductor tracks.
  • the device has a voltage regulator with circuit elements that are integrated in the semiconductor substrate, wherein the semiconductor technology used is determined by which minimum structure size is still permissible for the circuit elements of the data interface, the LED driver circuit or the LED driver circuits and the voltage regulator to ensure their functionality.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention can provide that the device has a test interface having electronic and/or electrical circuit elements integrated in the semiconductor substrate for testing the functionality of the data interface and/or the microcontroller and/or the LED driver circuit or the LED driver circuits and/or the voltage regulator, if present, wherein the semiconductor technology used is determined by which minimum structure size is still permissible for the circuit elements of the data interface, the LED driver circuit or the LED driver circuits, the voltage regulator and the test interface to ensure their functionality.
  • a further advantageous embodiment of the method can include that the control device has a sensor interface integrated in the semiconductor substrate with electrical and/or electronic circuit elements for connecting at least one sensor, such as a light brightness and/or a light color sensor and/or a sun sensor, which is or can be connected to a data communication bus that can be connected to the sensor interface, wherein the semiconductor technology used is determined by which minimum Structure size for the circuit elements of the data interface, the LED driver circuit or circuits, the voltage regulator, the test interface and the sensor interface (PSI5, PSI3) is still permissible to ensure their functionality.
  • the semiconductor technology used is determined by which minimum Structure size for the circuit elements of the data interface, the LED driver circuit or circuits, the voltage regulator, the test interface and the sensor interface (PSI5, PSI3) is still permissible to ensure their functionality.
  • the microcontroller is only provided with a functionality that is required to control the LED driver circuit or the LED driver circuits according to signals received from the data interface and/or signals received from the sensor interface, if available, and is required to process signals received from the test interface, if available.
  • the semiconductor technology used is a semiconductor technology with a smallest possible structure size that is larger than 85 nm or larger than 90 nm or larger than 100 nm or larger than 110 nm or larger than 120 nm or larger than 130 nm or larger than 140 nm or larger than 150 nm or larger than 160 nm or larger than 170 nm or larger than 180 nm or larger than 190 nm.
  • the semiconductor technology used is a semiconductor technology with a smallest possible structure size that is smaller than 200 nm or smaller than 190 nm or smaller than 180 nm or smaller than 170 nm or smaller than 160 nm or smaller than 150 nm or smaller than 140 nm or smaller than 130 nm or smaller than 120 nm or smaller than 110 nm or smaller than 100 nm or smaller than 90 nm or smaller than 85 nm.
  • the invention represents a departure from the traditional technical paths and previous technical developments by co-integrating LED drivers, transceivers and microcontrollers on a semiconductor substrate without any loss of computing power required for the application.
  • the inventive proposal increases the usability of the control device, since on the one hand the chip area is reduced and on the other hand the assembly effort when implementing the control device is reduced.
  • the computing power of the microcontroller would not be reduced in favor of the co-integration according to the invention, since this would reduce the possibilities for software design of the control device, which goes against the aim of the experts to give new systems better computing performance.
  • the use of the device produced according to the invention is primarily seen in vehicles and thus in "mass-produced goods". Especially with mass-produced goods or mass-produced items, even the smallest advances can have a major impact or give rise to the recognition of an invention.
  • the invention significantly simplifies production, manufacture and technical use and thus offers considerable economic advantages as a consequence of these technical advantages, which in the present case is the basis for recognition as an invention.
  • the lower computing power of the microcontroller possible according to the invention is offset by the technical advantage of simplification and the resulting increased cost-effectiveness that overrides all of this.
  • the reduction in the computing power of the microcontroller thus leads to a technically improved solution as co-integration, as described above.
  • This runs counter to the efforts of the experts, who know that according to Mour's Law, the complexity of integrated circuits regularly doubles with minimal component costs, with Gordon Mour understanding complexity as the number of circuit components on an integrated circuit.
  • this technical development forms an essential basis of the "digital revolution".
  • the inventive idea clearly runs counter to this effort, namely to use semiconductor technology based on the smallest possible structure size of the circuit components of the data interface (transceiver) and the LED drivers as well as possibly other analog parts of the circuit and not based on the smallest possible structure sizes for the digital part (microcontroller).
  • the aim is to use the semiconductor technology to manufacture the semiconductor IC whose smallest possible structure size is tailored to the needs and requirements as well as the conditions of the digital part.
  • the transistors and gates of the digital part of a semiconductor IC are much smaller in size than the transistors of analog parts, which usually have to be designed as power transistors with the corresponding current-carrying capacity. You are always on the safe side when it comes to semiconductor technology if you choose this technology based on the fact that it can provide the smallest possible structure sizes for the digital part. This means that the larger-area circuit elements of the analog part can also be manufactured using this semiconductor technology.
  • the invention therefore takes a different approach.
  • the starting point for selecting the semiconductor technology to be used is no longer the smallest possible permissible structure size for the digital part of the circuit, but the minimum structure size that ensures the functionality of the analog part. This means that the gates and transistors of the digital part now take up larger chip areas. This additional chip area can be compensated for at least in part by reducing the computer performance to what is required for the application.
  • the reduction in the computing performance of the microcontroller can be accepted with the advantage of co-integrating all circuit elements in a semiconductor technology whose smallest possible structure size is certainly larger than that of semiconductor technologies for the realization of digital parts, which, however, leads to an advantage due to the lower costs when using such a comparatively "rough" semiconductor technology.
  • a further advantage of the invention is that the control of lighting devices, in particular light-emitting diodes, requires only a limited amount of computing power of the computer system, so that special performance of the computer system can be dispensed with here.
  • compromises can be made in the bit width of the ALU (and/or CPU) of the computer system and in the computing power of the computer system in such a way that by implementing the computer system in the technology such as that for the data bus interface and the lighting device drivers, the chip area required by the computer system increases and the realizable computing power of the computer system decreases as a result of the increased area required for the conductor tracks within the computer system (while the chip area available for the computer system remains the same), but on the other hand, the computing power associated with the otherwise increasing chip area of the computer system with the same number of gates is not required at all for controlling the lighting devices and for operating the data bus interface, which is surprising to experts.
  • K gd K TDB *(K DBDB +K DB +K GDBRS )+K TRS *(K GRSDB +K RS + K GRSLEDD )+n LED * K TLEDD *(K GLEDDRS +K LEDD + K GLEDDLED )
  • K gLEDDDS K TDB * K DBDB + K DB + K GDBRS + n LED * K GLEDDRS + K LEDD + K GLEDDLED + K TRS * K GRSDB + K RS + K GRSLEDD .
  • the integration proposed by the invention relates to the fact that all overall system components are manufactured in a common semiconductor technology on and in a common semiconductor substrate (IC chip), whereby This semiconductor technology is primarily determined by that used to realize the lamp drivers.
  • a CAN transceiver for example, as an exemplary data bus interface together with a microcontroller as a computer system for processing the CAN protocol and for controlling an actuator together with the actuator driver (e.g. driver of the light source) is proposed here.
  • a microcontroller as a computer system for processing the CAN protocol and for controlling an actuator together with the actuator driver (e.g. driver of the light source) is proposed here.
  • a control device for a lighting device with, for example, a CAN bus data bus interface and with a computer system and with a driver circuit as a driver for one or more LED lighting means, which can typically comprise one or more light-emitting diodes.
  • the CAN bus transceiver and the computer system and the driver circuit for one or more lamps are housed on a common semiconductor crystal or substrate, such as a p-doped silicon substrate.
  • the device produced according to the invention can also be used to control lighting devices with other lighting devices, or to control an optical and/or acoustic and/or tactile signaling device or to control a measuring device, in particular an optical, electrical, inductive or capacitive measuring device.
  • the at least one driver circuit is then a driver for a signaling device (light, loudspeaker, buzzer, vibration element) or for a measuring device (measurement sensor).
  • the invention enables cost-effective production of lighting devices for e.g. vehicle applications as interior lighting or for ambient light applications in vehicles.

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  • Led Device Packages (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)

Description

    Feld der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Ansteuerung einer LED-Beleuchtungsvorrichtung.
  • Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Herstellung beispielsweise einer Steuervorrichtung für eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer z.B. CAN-Kommunikationsdaten-busschnittstelle, einem Rechnerkern (Mikrocontroller) und mit einer Treiberschaltung für ein oder mehrere LED-Leuchtmittel.
    • Allgemeine Einleitung
  • Normalerweise sind die Bustreiberbausteine von Aktoren und Mikrocontrollern eines Satellitensystems/Bussystems zur Ansteuerung von Verbrauchern, beispielsweise in Kraftfahrzeugen als getrennte Module eines Busteilnehmers ausgebildet, die typischerweise auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind. Dies hat den Grund, dass vorzugsweise sehr leistungsstarke Rechner notwendig sind, die dann in einem Halbleitertechnologieknoten mit einer möglichst kleinen Strukturgröße realisiert werden. Im Gegensatz dazu umfassen die sogenannten Bus-Transceiver, die die eigentliche Schnittstelle zu den Datenbussen darstellen, Leistungstransistoren, deren Strukturgrößen aus physikalischen Gründen, nämlich aufgrund der geforderten Stromtragfähigkeit nicht beliebig verkleinert werden können. Dies hat zur Folge, dass typischerweise zwei verschiedene Bauteile (IC-Chips) in zwei Halbleitertechnologien, nämlich die Bus-Transceiver und die Treiber/LED-(Analogteil) getrennt von den leistungsstarken Rechnern (Digitalteil) gefertigt und auf gedruckten Schaltungen montiert werden.
  • Aus der DE 20 2004 006 292 U1 ist beispielsweise eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Steuerungsvorrichtung mit einer DALI-Schnittstelle bekannt. Die bekannte Steuerungsvorrichtung weist mehrere Module auf, wobei offenbleibt, welche Bestandteile die einzelnen Module umfassen.
  • Aus DE-A-10 2009 004 117 ist ein Projektionsmodul bekannt.
  • LED-Leuchtmittelsteuerungsvorrichtungen mit auf einem gemeinsamen Chip integrierten Schaltungselementen von Schnittstelle, Mikrocontroller und LED-Treiberschaltungen sind aus EP-A-3 478 031 bekannt.
  • Aus EP-A-2 440 018 ist eine kompakte Leuchtmittelsteuerung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 8 bekannt.
  • Aus US-B-9 936 552 ist ein LED-Treiber mit Analog- und Digital-Schaltungsbauteilen bekannt.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine für die Herstellung von LED-Treibern in automobilen Systemen optimale Lösung zu schaffen, die die obigen Nachteile des Stands der Technik vermeidet und weitere Vorteile aufweist.
    • Lösung der Aufgabe
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Ansteuerung einer LED-Beleuchtungsvorrichtung mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
  • Mit der Erfindung wird also ein Herstellungsverfahren für eine Ansteuerungsvorrichtung für eine LED-Beleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen, bei der mehrere elektrische Schaltungen in einem gemeinsamen Hableitersubstrat integriert sind. Hierbei handelt es sich um die Schaltungen für die Datenschnittstelle, den Mikrocontroller und den mindestens einen LED-Treiber. Dabei ist für die Erfindung wesentlich, dass sich die zu verwendende Halbleitertechnologie (und damit die kleinstmögliche Strukturgröße der Schaltkreiskomponenten) danach bemisst, welche minimale Strukturgröße für die Schaltkreiskomponenten der Datenschnittstelle und des mindestens einen LED-Treibers zur Sicherstellung von deren Funktionalitäten noch zulässig ist.
  • Die bei der Herstellung einer integrierten Schaltung mit einer Halbleitertechnologie realisierbare kleinste "Strukturgröße" bezeichnet dabei, wie in den Fachkreisen bekannt, die kürzeste Kantenlänge eines Bestandteils (also eine Strukturgröße eines Bestandteils) einer Schaltkreiskomponente, wobei hierbei typischerweise die kürzest mögliche Länge des Gates eines Feldeffekttransistors gemeint ist. Bei der Erfindung ist also die kürzeste Kantenlänge eines Bestandteils einer Schaltkreiskomponente der Datenschnittstelle und/oder der LED-Treiberschaltung(en) gleich der kürzesten Kantenlänge eines Bestandteils einer Schaltkreiskomponente des Microcontrollers, nämlich der kürzesten Gatelänge eines Feldeffekttransistors oder der Feldeffekttransistoren des Mikrocontrollers.
  • Anders als nach dem Stand der Technik üblich und aus diesem bekannt, wird also erfindungsgemäß nicht diejenige Halbleitertechnologie eingesetzt, die die minimal zulässigen Strukturgrößen für die Schaltkreiskomponenten des Mikrocontrollers bestimmen könnte. Bekanntlich brauchen die Schaltkreiskomponenten wie beispielsweise Transistoren und Gatter von Mikrocontrollern nicht diejenige Stromtragfähigkeit aufzuweisen, wie es bei beispielsweise Datenschnittstellen und LED-Treibern der Fall ist. Daher können die Schaltkreiskomponenten des Mikrocontrollers durchaus kleinformatiger ausgeführt sein, als es für den Analogteil der in das Halbleitersubstart integrierten Gesamtschaltung der Fall ist. Man würde nun also typischerweise diese auf den Mikrocontroller abgestimmte Halbleitertechnologie verwenden, um dann mit ihr für die Datenschnittstelle und den mindestens einen LED-Treiber großformatigere Schaltkreiskomponente herzustellen. Das aber ist insgesamt kostenintensiver, weil nämlich die eine höhere Dichte an Schaltkreiskomponenten erlaubende Halbleitertechnologie aufwändiger umzusetzen ist.
  • Mit der Erfindung wird also von dem bisher bekannten Konzept der Auslegung von IC-Chips abgewichen, was, wie weiter unten noch beschrieben werden wird, mit signifikanten technischen und wirtschaftlichen Vorteilen verbünde ist. Als Halbleitertechnologie eignen sich insbesondere solche, deren kleinstmögliche Strukturgröße größer als insbesondere 85nm und kleiner als insbesondere 200nm ist. Sämtliche in dem zuvor genannten Bereich liegenden Werte für die kleinstmögliche Strukturgröße der zu verwendenden Halbleitertechnologie sind hiermit von der Anmeldung umfasst.
  • In zweckmäßiger Ausgestaltung kann die erfindungsgemäß hergestellte Vorrichtung versehen sein mit einem Spannungsregler, der Schaltungselemente aufweist, die in dem Halbleitersubstrat integriert sind, wobei sich die verwendete Halbleitertechnologie danach bestimmt, welche minimale Strukturgröße für die Schaltungselemente der Datenschnittstelle, der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen und des Spannungsreglers zur Sicherstellung von deren Funktionalität zulässig ist. Mit dem Spannungsregler weist das Halbleitersubstrat also eine weitere Komponente auf, die als Analogschaltung ausgebildet ist und demzufolge beispielsweise auch Leistungstransistoren und breitere Leiterbahnen umfasst.
  • In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltungkann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäß hergestellte Vorrichtung mit einer in dem Halbleitersubstrat integrierte elektronische und/oder elektrische Schaltungselemente aufweisende Testschnittstelle versehen ist zum Testen der Funktionalität der Datenschnittstelle und/oder des Mikrocontrollers und/oder der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen und/oder des Spannungsreglers, sofern vorhanden, wobei sich die verwendete Halbleitertechnologie danach bestimmt, welche minimale Strukturgröße für die Schaltungselemente der Datenschnittstelle, der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen, des Spannungsreglers und der Testschnittstelle zur Sicherstellung von deren Funktionalität noch zulässig ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Boundary Scan Test oder um Tests handeln, die ganz speziell bestimmte Komponenten des Halbleiter-IC ansprechen und testen.
  • In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung kann es von Vorteil sein, wenn die erfindungsgemäß hergestellte Vorrichtung eine in dem Halbleitersubstrat integrierte elektrische und/oder elektronische Schaltungselemente aufweisende Sensorikschnittstelle für den Anschluss mindestens eines Sensors wie z.B. eines Lichthelligkeits- und/oder eines Lichtfarbensensors und/oder eines Sonnensensors aufweist, der oder die an einen mit der Sensorikschnittstelle verbindbaren Datenkommunikationsbus angeschlossen sind oder angeschlossen sein können, wobei sich die verwendete Halbleitertechnologie danach bestimmt, welche minimale Strukturgröße für die Schaltungselemente der Datenschnittstelle, der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen, des Spannungsreglers, der Testschnittstelle und der Sensorikschnittstelle zur Sicherstellung von deren Funktionalität noch zulässig ist. Bei einer derartigen Sensorikschnittstelle kann es sich beispielsweise um eine gemäß dem PSI5- oder PSI3-Protokoll handeln.
  • In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Mikrocontroller lediglich eine Funktionalität aufweist, die zur Ansteuerung der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen entsprechend von der Datenschnittstelle empfangenen Signalen und/oder von der Sensorikschnittstelle, sofern vorhanden, empfangenen Signalen erforderlich ist und zur Verarbeitung von der Testschnittstelle, sofern vorhanden, empfangenen Signalen erforderlich ist. Durch die Reduktion der Performance des Mikrocontrollers kann der für dessen Gatter, Transistoren und weiteren Schaltungselementen und Leiterbahnen erforderliche Platzbedarf reduziert werden, was insbesondre vor dem Hintergrund von Vorteil ist, dass für den Mikrocontroller nicht diejenige Halbleitertechnologie eingesetzt wird, die die für Digitalteile noch zulässige kleinstmögliche Strukturgröße liefert.
  • Bei den Schaltungselementen, deren Funktionalität bei Herstellung mittels der verwendeten Halbleitertechnologie sichergestellt sein muss, kann es sich um Transistoren und/oder Leiterbahnen handeln.
  • Mit der Erfindung lässt sich eine LED-Beleuchtungsvorrichtung herstellen, die versehen ist mit
    • einem LED-Leuchtmittel, das eine LED oder eine Serienschaltung von LEDs oder eine Gruppe verschiedenfarbiger LEDs oder eine Serienschaltung von Gruppen jeweils verschiedenfarbiger LEDs aufweist,
    • wobei das LED-Leuchtmittel mit dem Ausgang einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche elektrisch verbunden ist.
  • Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es sein, dass die Vorrichtung einen Spannungsregler mit Schaltungselementen aufweist, die in dem Halbleitersubstrat integriert sind, wobei sich die verwendete Halbleitertechnologie danach bestimmt, welche minimale Strukturgröße für die Schaltungselemente der Datenschnittstelle, der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen und des Spannungsreglers zur Sicherstellung von deren Funktionalität noch zulässig ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass die Vorrichtung eine in dem Halbleitersubstrat integrierte elektronische und/oder elektrische Schaltungselemente aufweisende Testschnittstelle zum Testen der Funktionalität der Datenschnittstelle und/oder des Mikrocontrollers und/oder der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen und/oder des Spannungsreglers aufweist, sofern vorhanden, wobei sich die verwendete Halbleitertechnologie danach bestimmt, welche minimale Strukturgröße für die Schaltungselemente der Datenschnittstelle, der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen, des Spannungsreglers und der Testschnittstelle zur Sicherstellung von deren Funktionalität noch zulässig ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens kann beinhalten, dass die Ansteuerungsvorrichtung eine in dem Halbleitersubstrat integrierte elektrische und/oder elektronische Schaltungselemente aufweisende Sensorikschnittstelle für den Anschluss mindestens eines Sensors wie z.B. eines Lichthelligkeits- und/oder eines Lichtfarbensensors und/oder eines Sonnensensors aufweist, der oder die an einen mit der Sensorikschnittstelle verbindbaren Datenkommunikationsbus angeschlossen sind oder angeschlossen sein können, wobei sich die verwendete Halbleitertechnologie danach bestimmt, welche minimale Strukturgröße für die Schaltungselemente der Datenschnittstelle, der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen, des Spannungsreglers, der Testschnittstelle und der Sensorikschnittstelle (PSI5, PSI3) zur Sicherstellung von deren Funktionalität noch zulässig ist.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der der Mikrocontroller lediglich mit einer Funktionalität versehen wird, die zur Ansteuerung der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen entsprechend von der Datenschnittstelle empfangenen Signalen und/oder von der Sensorikschnittstelle, sofern vorhanden, empfangenen Signalen erforderlich ist und zur Verarbeitung von der Testschnittstelle, sofern vorhanden, empfangenen Signalen erforderlich ist.
  • Zweckmäßig ist es, wenn als Halbleitertechnologie eine Halbleitertechnologie mit einer kleinstmöglichen Strukturgröße verwendet wird, die größer als 85nm oder größer als 90nm oder größer als 100nm oder größer als 110nm oder größer als 120nm oder größer als 130nm oder größer als 140nm oder größer als 150nm oder größer als 160nm oder größer als 170nm oder größer als 180nm oder größer als 190nm ist.
  • Ferner ist es zweckmäßig, wenn als Halbleitertechnologie eine Halbleitertechnologie mit einer kleinstmöglichen Strukturgröße verwendet wird, die kleiner als 200nm oder kleiner als 190nm oder kleiner als 180nm oder kleiner als 170nm oder kleiner als 160nm oder kleiner als 150nm oder kleiner als 140nm oder kleiner als 130nm oder kleiner als 120nm oder kleiner als 110nm oder kleiner als 100nm oder kleiner als 90nm oder kleiner als 85nm ist.
  • Bei der Erfindung handelt es sich um eine Abkehr von bisher technisch typischen eingefahrenen Wegen und der bisherigen technischen Entwicklung, indem nämlich eine Ko-Integration von LED-Treibern, Transceiver und Mikrocontroller ohne Verlust an für die Applikation erforderliche Rechenleistung auf einem Halbleitersubstrat betrieben wird.
  • Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird die Brauchbarkeit der Ansteuerungsvorrichtung erhöht, da zum einen die Chip-Fläche verringert und zum anderen der Montageaufwand bei der Implementierung der Ansteuerungsvorrichtung gesenkt wird. In den Fachkreisen würde man die Rechenleistung des Mikrocontrollers zu Gunsten der erfindungsgemäßen Ko-Integration nicht absenken, da dadurch die Möglichkeiten der Software-Gestaltung der Ansteuerungsvorrichtung gesenkt werden, was gegen das Bestreben der Fachwelt ist, neuen Systemen eine bessere Rechenperformance verleihen zu wollen.
  • Der Einsatz der erfindungsgemäß hergestellten Vorrichtung ist vor allem in Fahrzeugen und damit in "Massenware" zu sehen. Gerade bei Massenware bzw. bei Massenartikeln können auch schon kleinste Fortschritte große Wirkung enthalten bzw. Anlass für die Anerkennung einer Erfindung geben. Die Erfindung vereinfacht die Produktion, Herstellung und die technische Verwendung wesentlich und bietet somit als Konsequenz dieser technischer Vorteile erhebliche wirtschaftliche Vorzüge, was im vorliegenden Fall Grundlage der Zuerkennung als Erfindung ist.
  • Die erfindungsgemäß mögliche geringere Rechenleistung des Mikrocontrollers steht dem all dies überlagernden technischen Vorteil der Vereinfachung und der daraus resultierenden erhöhten Wirtschaftlichkeit gegenüber. Die Absenkung der Rechenperformance des Mikrocontrollers führt also als Ko-Integration, wie oben beschrieben, zu einer technisch verbesserten Lösung. Dies widerläuft den Bestrebungen der Fachwelt, in der es bekannt ist, dass sich nach dem Mourschen Gesetz die Komplexität integrierter Schaltkreise mit minimalen Komponentenkosten regelmäßig verdoppelt, wobei Gordon Mour unter Komplexität die Anzahl der Schaltkreiskomponenten auf einen integrierten Schaltkreis versteht. Mitunter wird auch von einer Verdopplung der Integrationsdichte, also der Anzahl an Transistoren pro Flächeneinheit gesprochen. Bekanntlich bildet diese technische Entwicklung eine wesentliche Grundlage der "digitalen Revolution". Wenn also die Fachwelt bestrebt ist, diese sich stets verdoppelnde Integrationsdichte zu nutzen, widerläuft der erfinderische Gedanke eindeutig diesem Bestreben, nämlich die Halbleitertechnologie anhand der kleinstmöglichen Strukturgröße der Schaltkreiskomponenten der Datenschnittstelle (Transceiver) und der LED-Treiber sowie eventuell weiterer Analogteile der Schaltung und eben nicht anhand der kleinstmöglichen Strukturgrößen für den Digitalteil (Mikrocontroller) auszuwählen.
  • Grundsätzlich ist es beim Design von Halbleiter-ICs mit Digital- und Analogteilen so, dass man bestrebt ist, diejenige Halbleitertechnologie zum Herstellen des Halbleiter-IC zu verwenden, deren kleinstmögliche Strukturgröße auf die Bedürfnisse und Erfordernisse sowie Gegebenheiten des Digitalteils abgestimmt ist. Die Transistoren und Gatter des Digitalteils eines Halbleiter-IC sind wesentlich kleinformatiger als die Transistoren von Analogteilen, die zumeist als Leistungstransistoren mit entsprechender Stromtragfähigkeit ausgeführt sein müssen. Man ist hinsichtlich der Halbleitertechnologie immer auf der sicheren Seite, wenn man die Auswahl dieser Technologie daran orientiert, dass sie kleinstmögliche Strukturgrößen für den Digitalteil bereitstellen kann. Damit lassen sich dann auch die größerflächigeren Schaltungselemente des Analogteils in dieser Halbleitertechnologie herstellen.
  • Je kleiner die kleinstmögliche Strukturgröße der verwendeten Halbleitertechnologie ist, desto aufwändiger und kostenintensiver ist ihr Einsatz. Bei der Erfindung geht man daher einen anderen Weg. Ausgangspunkt für die Auswahl der zu verwendenden Halbleitertechnologie ist jetzt nicht mehr die kleinstmögliche zulässige Strukturgröße für den Digitalteil der Schaltung, sondern die minimale Strukturgröße, die die Funktionstüchtigkeit des Analogteils gewährleistet. Das bedeutet, dass die Gatter und Transistoren des Digitalteils nun grö-ßere Chip-Flächen in Anspruch nehmen. Dieses Mehr an Chip-Fläche kann man zumindest in Teilen kompensieren, indem die Rechnerperformance auf das runtergefahren wird, was für die Applikation benötigt wird. Damit mag also die Chip-Fläche, die für den Digitalteil im Vergleich zur Verwendung einer Halbleitertechnologie mit höherer Integrationsdichte erforderlich ist, größer sein, was aber insgesamt zu einem für die Wirtschaftlichkeit vorteilhaften Ergebnis führt, da nämlich eine einfachere und weniger aufwändigere Halbleitertechnologie eingesetzt wird, deren Integrationsdichte, weil für Analogteile ausgelegt, geringer ist.
  • Aus den zuvor genannten Gründen kann man also die Reduktion der Rechnerperformance des Mikrocontrollers in Kauf nehmen mit dem Vorteil der Ko-Integration sämtlicher Schaltungselemente in einer Halbleitertechnologie, deren kleinstmögliche Strukturgröße sicherlich größer ist als bei Halbleitertechnologien für die Realisierung von Digitalteilen, was aber durch die geringeren Kosten bei der Verwendung einer derartigen vergleichsweise "groben" Halbleitertechnologie wieder zu einem Vorteil führt.
  • Es wurde also erfindungsgemäß erkannt, dass im Gegensatz zu den gängigen Integrationsstrategien, wie sie oben beschrieben sind, bei der Kombination mit Leuchtmitteltreibern deren Treibertransistoren nicht beliebig verkleinert werden können, überraschenderweise ein signifikanter Kostenvorteil dadurch entsteht, dass eine Vollintegration in dem Technologieknoten mit der größeren Strukturgröße vorgenommen wird, obwohl sich die Chip-Fläche für den Mikrocontroller hierdurch vergrößert. Durch diese Kombination dieser technischen Merkmale entsteht eine überraschende Reduktion des technischen Aufwands und damit verbunden ein überraschender, wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil.
  • Es bestand in der Fachwelt das technische Vorurteil, dass eine Ko-Integration von Leuchtmitteltreibern, Rechnersystem (Mikrocontroller) und Datenbusschnittstelle zu einer erheblichen Vergrößerung der benötigten Chip-Fläche und damit zu einem erheblich höheren Kostenpunkt führen würde; denn dadurch wird das Rechnersystem mit einer Halbleitertechnologie produziert, was wegen der größeren minimal realisierbaren Strukturgröße der Schalterkreiskomponenten auch für Digitalschaltungen und Gatter von Mikrocontrollern zu einer Vergrößerung des Chip-Flächenbedarfs des Rechnersystems führen würde. Die hier vorgelegte Lösung aus der Kombination einer an sich bekannten Datenbusschnittstelle mit einem an sich bekannten Rechnersystem und mehreren an sich bekannten LED-Treibern ergibt den auch für Experten überraschenden Effekt, dass die insgesamt benötigte Chip-Fläche durch eine Ko-Integration in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat nicht in dem Maße steigt, als dass dieser Anstieg der Chip-Fläche des Rechnersystems ab einer gewissen Anzahl an LED-Treibern durch die Einsparungen an Bond-Drähten, Bond-Pad-Flächen und Gehäusen nicht aufgewogen wäre. Dieser für Experten unerwartete Synergieeffekt durch die Vereinfachung der Systemarchitektur aufgrund der Verwendung einer Halbleitertechnologie für die Herstellung der integrierten Schaltungselemente übertrifft den zu erwartenden Summeneffekt der Vergrößerung der Chip-Fläche des Rechnersystems bei weitem. Weder in den im Markt verfügbaren Produkten noch in der Patentliteratur oder in der wissenschaftlichen oder sonstigen Fachliteratur findet sich ein Hinweis auf die erfindungsgemäße Lösung, da die Fachwelt ein Anwachsen der Chip-Fläche des Rechnersystems vermeiden würde; denn für sie stellt es einen Paradigmenwechsel dar, wenn das Rechnersystem, wie nach der Erfindung vorgeschlagen, nicht in einer Halbleitertechnologie mit einer möglichst kleinen Strukturgröße realisiert wird.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Ansteuerung von Leuchtmitteln, insbesondere lichtemittierenden Dioden, nur eine begrenzte Menge an Rechenleistung des Rechnersystems benötigt, so dass hier auf eine besondere Performanz des Rechnersystems verzichtet werden kann. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass infolge dessen auch bei der Bitbreite der ALU (und/oder CPU) des Rechnersystems und bei der Rechenleistung des Rechnersystems Kompromisse dahingehend eingegangen werden können, dass durch eine Realisierung des Rechnersystems in der Technologie wie derjenigen für die Datenbusschnittstelle und die Leuchtmitteltreiber zwar die durch das Rechnersystem benötigte Chip-Fläche steigt und die realisierbare Rechenleistung des Rechnersystems infolge des vergrößerten Flächenbedarfs für die Leiterbahnen innerhalb des Rechnersystems (bei gleichbleibender für das Rechensystem zur Verfügung stehender Chip-Fläche) sinkt, auf der anderen Seite aber die mit der bei gleicher Gatteranzahl ansonsten ansteigenden Chip-Fläche des Rechnersystems einhergehende Rechenleistung für eine Ansteuerung der Leuchtmittel und für den Betrieb der Datenbusschnittstelle gar nicht benötigt wird, was für Fachleute überraschend ist.
  • Der Aufwand für ein System lässt sich nachdem Stand der Technik wie folgt abschätzen: Kgd=KTDB*(KDBDB+KDB+KGDBRS)+KTRS*(KGRSDB+KRS+ KGRSLEDD)+nLED* KTLEDD*(KGLEDDRS+KLEDD+ KGLEDDLED)
  • Die Bedeutung der Parameterbezeichnungen ist dabei wie folgt:
    • KDBDB
    technischer Hardware-Aufwand der Schnittstelle zum Datenbus in der Datenbusschnittstelle, umfassend z.B. Bond-Pads, Gehäuseanschlüsse etc.;
    KDB
    technischer Hardware-Aufwand der Schnittstelle, der von der Integrationsform unabhängig ist;
    KGDBRS
    technischer Hardware-Aufwand der Schnittstelle zwischen Datenbusschnittstelle und Rechnersystem auf Seite der Datenbusschnittstelle, umfassend z.B. Bond-Pads, Gehäuseanschlüsse der Datenbusschnittstelle etc.;
    KTDB
    Halbleitertechnologie spezifischer, monetärer Kostenfaktor für die Realisierung des Hardware-Aufwands der Datenbusschnittstelle;
    KGRSDB
    technischer Hardware-Aufwand der Schnittstelle zwischen Datenbusschnittstelle und Rechnersystem auf Seite des Rechnersystems, umfassend z.B. Bond-Pads, Gehäuseanschlüsse des Rechnersystems etc.;
    KRS
    technischer Hardware-Aufwand des Rechnersystems, der von der Integrationsform unabhängig ist;
    KGRSLEDD
    technischer Hardware-Aufwand der Schnittstelle zwischen dem Rechnersystem und den nLED Leuchtmitteltreibern auf Seite des Rechnersystems, umfassend z.B. Bond-Pads, Gehäuseanschlüsse des Rechnersystems etc.;
    KTRS
    Halbleitertechnologie spezifischer, monetärer Kostenfaktor für die Realisierung des Hardware-Aufwands des Rechnersystems;
    KGLEDDRS
    technischer Hardware-Aufwand der Schnittstelle zwischen Rechnersystem und einem Treiber für ein Leuchtmittel auf Seite des Treibers für das Leuchtmittel, umfassend z.B. BondPads, Gehäuseanschlüsse des Treibers für das Leuchtmittel etc.;
    KLEDD
    technischer Hardware-Aufwand des Treibers für das Leuchtmittel, der von der Integrationsform unabhängig ist;
    KGLEDLEDD
    technischer Hardware-Aufwand der Schnittstelle zwischen dem Treiber für das Leuchtmittel, und dem Leuchtmittel, das der betreffende Treiber für das Leuchtmittel mit elektrischer Energie versorgt, auf Seite des Treibers für das Leuchtmittel, umfassend z.B. Bond-Pads, Gehäuseanschlüsse des Treibers für das Leuchtmittel etc.;
    KTDB
    Halbleitertechnologie spezifischer, monetärer Kostenfaktor für die Realisierung des Hardware-Aufwands des Treibers für das Leuchtmittel;
    nLED
    Anzahl an Leuchtmitteln bzw. Leuchtmittelgruppen und damit an Treibern für Leuchtmittel in dem Gesamtsystem;
    Kgd
    wirtschaftlicher Aufwand für das Gesamtsystem mit diskreten Komponenten;
  • So könnten z.B. die Gesamtsystemanteile, deren Chip-Fläche von Leistungstreibern dominiert wird, was bei der Datenbus- und/oder Testschnittstelle und/oder Sensorikschnittstelle und den Leuchtmitteltreibern sowie bei einem Spannungsregler, sofern vorhanden, der Fall wäre, in einer ersten Technologie auf einem ersten Halbleitersubstrat (IC-Chip) in einer ersten Halbleitertechnologie mit einer ersten Strukturgröße gefertigt werden während das Rechnersystem, das vorwiegend kleine Digitaltransistoren aufweist, auf einem zweiten Halbleitersubstrat (IC-Chip) in einer zweiten Halbleitertechnologie mit einer zweiten Strukturgröße gefertigt werden könnte, wobei die zweite Strukturgröße kleiner ist als die erste Strukturgröße.
    • KgLEDDDS
    wirtschaftlicher Aufwand für ein System, bei dem nur das Rechnersystem separat von der Datenbusschnittstelle und den Treibern für die Leuchtmittel realisiert wird;
  • Dieser wirtschaftliche Aufwand berechnet sich dann wie folgt: K gLEDDDS = K TDB * K DBDB + K DB + K GDBRS + n LED * K GLEDDRS + K LEDD + K GLEDDLED + K TRS * K GRSDB + K RS + K GRSLEDD .
    Figure imgb0001
  • Gesucht wird nun: K gd > K gLEDDDS
    Figure imgb0002
  • Dies entspricht: K TDB * K DBDB + K DB + K GDBRS + K TRS * K GRSDB + K RS + K GRSLEDD + n LED * K TLEDD * K GLEDDRS + K LEDD + K GLEDDLED < K TDB * K DBDB + K DB + K GDBRS + n LED * K GLEDDRS + K LEDD + K GLEDDLED + K TRS * K GRSDB + K RS + K GRSLEDD
    Figure imgb0003
  • Dies ist äquivalent zu: K TDB * K DBDB + K DB + K GDBRS + n LED * K TLEDD * K GLEDDRS + K LEDD + K GLEDDLED < K TDB * K DBDB + K DB + K GDBRS + n LED * K GLEDDRS + K LEDD + K GLEDDLED
    Figure imgb0004
  • Für KTLEDD= KTDB ergibt sich hier kein wesentlicher Unterschied, was ja auch im Markt beobachtet werden kann und ursächlich für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist, die im Stand der Technik, nicht existiert.
  • Die mit der Erfindung vorgeschlagene Integration bezieht sich jedoch darauf, dass alle Gesamtsystemanteile in einer gemeinsamen Halbleitertechnologie auf und in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (IC-Chip) gefertigt werden, wobei diese Halbleitertechnologie vornehmend durch diejenige zur Realisierung der Leuchtmitteltreiber bestimmt wird.
  • Man kann also definieren:
    • KgV
    wirtschaftlicher Aufwand für ein System, bei dem nur das Rechnersystem und die Datenbusschnittstelle und die Treibern für die Leuchtmittel auf einem gemeinsamen Halbleiterkristall realisiert wird;
  • Dieser berechnet sich dann wie folgt, wobei KGDBRS, KGLEDDRS, KGRSDB und KGLEDDLED als Kosten für die Gesamtsystem-internen Schnittstellen nun entfallen: K gV = K TDB * K DBDB + K DB + K RS + n LED * K LEDD + n LED + K GLEDDLED
    Figure imgb0005
  • Gesucht ist nun: K gV < K gLEDDDS
    Figure imgb0006
  • Dies entspricht: K TDB * K DBDB + K DB + K RS + n LED * K LEDD + n LED * K GLEDDLED < K TBD * K DBDB + K DB + K GDBRS + n LED * K GLEDDRS + K LEDD + K GLEDDLED + K TRS * K GRSDB + K RS + K GRSLEDD
    Figure imgb0007
  • Diese Berechnung kann vereinfacht werden zu: K RS < K GDBRS + n LED * K GLEDDRS + K TRS / K TDB * K GRSDB + K RS + K GRSLEDD
    Figure imgb0008
  • Auflösen nach nLED ergibt: K RS − K GRSDB * 1 − K TRS / K TDB − K TRS / K TDB * K GRSLEDD / K GLEDDRS < n LED
    Figure imgb0009
  • Es wurde somit erfindungsgemäß erkannt, dass es ab einer gewissen Anzahl an Treibern für die Leuchtmittel günstiger ist, diese entgegen der allgemein verbreiteten Meinung der Fachwelt vorteilhafterweise das Gesamtsystem aus Datenbusschnittstelle, Rechnersystem und Treibern der Leuchtmittel auf einem Halbleiterkristall unterzubringen.
  • Somit wird hier insbesondere die Integration eines z.B. CAN-Transceivers als beispielhafte Datenbusschnittstelle zusammen mit einem Mikrocontroller als Rechnersystem zur Abarbeitung des CAN-Protokolls und zur Steuerung eines Aktors zusammen mit dem Aktor-Treiber (z.B. Treiber des Leuchtmittels) vorgeschlagen.
  • Es wird hier somit eine Steuervorrichtung für eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer z.B. CAN-Bus-Datenbusschnittstelle und mit einem Rechnersystem und mit einer Treiberschaltung als Treiber für ein oder mehrere LED-Leuchtmittel vorgeschlagen, die typischerweise ein oder mehrere Leuchtdioden umfassen kann.
  • Der CAN-Bus-Transceiver und das Rechnersystem und die Treiberschaltung für das eine Leuchtmittel oder die mehreren Leuchtmittel sind dabei auf einem gemeinsamen Halbleiterkristall - oder -substrat wie z.B. einem p-dotierten Siliziumsubstrat, untergebracht.
  • Statt für die Ansteuerung einer LED-Beleuchtungsvorrichtung kann die erfindungsgemäß hergestellte Vorrichtung auch zur Ansteuerung von Beleuchtungsvorrichtungen mit anderen Leuchtmitteln, oder zur Ansteuerung einer optischen und/oder akustischen und/oder taktilen Signalisierungsvorrichtung oder zur Ansteuerung eines Messmittels, insbesondere eines optischen, elektrischen, induktiven oder kapazitiven Messmittels eingesetzt werden. Entsprechend handelt es sich dann bei der mindestens einen Treiberschaltung um einen Treiber für ein Signalisierungsmittel (Leuchte, Lautsprecher, Buzzer, Vibrationselement) oder für ein Messmittel (Messwertaufnehmer).
    • Vorteil der Erfindung
  • Die Erfindung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von Beleuchtungsvorrichtungen für z.B. Fahrzeuganwendungen als Innenraumbeleuchtung oder für Ambientlight-Anwendungen in Fahrzeugen.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Ansteuerung einer LED-Beleuchtungsvorrichtung,
    - wobei die Vorrichtung versehen ist mit:
    - einer als Datenschnittstelle für den Anschluss an einem Kommunikationsdatenbus ausgebildeten Eingang,
    - einem Ausgang mit mindestens einem Anschluss für mindestens ein LED-Leuchtmittel, das eine LED oder eine Serienschaltung von LEDs oder eine Gruppe verschiedenfarbiger LEDs oder eine Serienschaltung von Gruppen jeweils verschiedenfarbiger LEDs aufweist,
    - einem Mikrocontroller,
    - einer oder mehreren LED-Treiberschaltungen, wobei jedem Anschluss des Ausgangs für ein LED-Leuchtmittel eine LED-Treiberschaltung zugeordnet ist,
    - wobei die Datenschnittstelle, der Mikrocontroller und die LED-Treiberschaltung oder die LED-Treiberschaltungen elektronische und/oder elektrische Schaltungselemente aufweisen, und
    - einem Halbleitersubstrat,
    - wobei die Schaltungselemente der Datenschnittstelle, des Mikrocontrollers und der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen unter Verwendung einer Halbleitertechnologie zur Herstellung integrierter Schaltungen mit einer durch die Halbleitertechnologie bedingt vorgegebenen kleinstmöglichen Strukturgröße in das Halbleitersubstrat integriert werden und
    - wobei sich die verwendete Halbleitertechnologie danach bestimmt, welche minimale Strukturgröße für die Schaltungselemente der Datenschnittstelle und der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen zur Sicherstellung von deren Funktionalität zulässig ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Datenschnittstelle und/oder die mindestens eine LED-Treiberschaltung Schaltungselemente aufweisen, deren Strukturgröße gleich der durch die Halbleitertechnologie bestimmten kleinstmöglichen Strukturgröße ist, und
    - dass der Mikrocontroller Schaltungselemente aufweist, von denen diejenigen mit der kleinsten Strukturgröße eine Strukturgröße aufweisen, die gleich der Strukturgröße der Schaltungselemente der Datenschnittstelle und/oder der mindestens einen LED-Treiberschaltung mit der durch die Halbleitertechnologie bestimmten kleinstmöglichen Strukturgröße ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Spannungsregler mit Schaltungselementen aufweist, die in dem Halbleitersubstrat integriert sind, wobei sich die verwendete Halbleitertechnologie danach bestimmt, welche minimale Strukturgröße für die Schaltungselemente der Datenschnittstelle, der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen und des Spannungsreglers zur Sicherstellung von deren Funktionalität zulässig ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine in dem Halbleitersubstrat integrierte elektronische und/oder elektrische Schaltungselemente aufweisende Testschnittstelle zum Testen der Funktionalität der Datenschnittstelle und/oder des Mikrocontrollers und/oder der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen und/oder des Spannungsreglers aufweist, sofern vorhanden, wobei sich die verwendete Halbleitertechnologie danach bestimmt, welche minimale Strukturgröße für die Schaltungselemente der Datenschnittstelle, der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen, des Spannungsreglers und der Testschnittstelle zur Sicherstellung von deren Funktionalität zulässig ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine in dem Halbleitersubstrat integrierte elektrische und/oder elektronische Schaltungselemente aufweisende Sensorikschnittstelle für den Anschluss mindestens eines Sensors wie z.B. eines Lichthelligkeits- und/oder eines Lichtfarbensensors und/oder eines Sonnensensors aufweist, der oder die an einen mit der Sensorikschnittstelle verbindbaren Datenkommunikationsbus angeschlossen sind oder angeschlossen sein können, wobei sich die verwendete Halbleitertechnologie danach bestimmt, welche minimale Strukturgröße für die Schaltungselemente der Datenschnittstelle, der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen, des Spannungsreglers, der Testschnittstelle und der Sensorikschnittstelle (PSI5, PSI3) zur Sicherstellung von deren Funktionalität zulässig ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller lediglich mit einer Funktionalität versehen wird, die zur Ansteuerung der LED-Treiberschaltung oder der LED-Treiberschaltungen entsprechend von der Datenschnittstelle empfangenen Signalen und/oder von der Sensorikschnittstelle, sofern vorhanden, empfangenen Signalen erforderlich ist und zur Verarbeitung von der Testschnittstelle, sofern vorhanden, empfangenen Signalen erforderlich ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Schaltungselementen, deren Funktionalität bei Herstellung mittels der verwendeten Halbleitertechnologie sichergestellt sein muss, um Transistoren und/oder Leiterbahnen handelt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleitertechnologie eine Halbleitertechnologie mit einer kleinstmöglichen Strukturgröße verwendet wird, die größer als 85nm oder größer als 90nm oder größer als 100nm oder größer als 110nm oder größer als 120nm oder größer als 130nm oder größer als 140nm oder größer als 150nm oder größer als 160nm oder größer als 170nm oder größer als 180nm oder größer als 190nm ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleitertechnologie eine Halbleitertechnologie mit einer kleinstmöglichen Strukturgröße verwendet wird, die kleiner als 200nm oder kleiner als 190nm oder kleiner als 180nm oder kleiner als 170nm oder kleiner als 160nm oder kleiner als 150nm oder kleiner als 140nm oder kleiner als 130nm oder kleiner als 120nm oder kleiner als 110nm oder kleiner als 100nm oder kleiner als 90nm oder kleiner als 85nm ist.
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