JP2017194466A - Sensor self-diagnosis using multiple signal channels - Google Patents
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Abstract
Description
関連出願
本願は、2010年9月24日出願の米国特許出願第12/889,749号(U.S. application Ser. No. 12/889,749)の一部継続出願(CIP)であり、この出願をここで参照したことにより、その開示内容全体が本願に取り込まれたものとする。
RELATED APPLICATION This application is a continuation-in-part (CIP) of US application Ser. No. 12 / 889,749 (US application Ser. No. 12 / 889,749) filed on Sep. 24, 2010. The entire disclosure is incorporated herein by reference.
技術分野
本発明は、一般的には集積回路(IC)センサに関するものであり、具体的には複数の通信信号経路を用いたICセンサ自己診断に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to integrated circuit (IC) sensors, and specifically to IC sensor self-diagnosis using multiple communication signal paths.
自動車エレクトロニクス分野における開発の一部として、自動車運転技術の最近の傾向は、シートベルトやエアバッグなど確立された受動的な安全システムを、アンチロックブレーキングシステム(ABS)、電子安定化(横滑り防止)プログラム(ESP)、電動ステアリングシステムなどのような能動的な安全システムによって拡張し、運転支援機能の範囲を拡げようというものである。すでにここしばらくはドライブトレインにおいて該当してきたように、危険な運転状況を検出し、制御システムが能動的に介入して事故防止の一助となるようにするために、いまやシステムも次々と複雑になってきている。技術が進歩し続けていく中で、このような傾向はこのまま続き、将来はさらに強まることが予想される。 As part of the development in the automotive electronics field, the recent trend in vehicle driving technology is the establishment of established passive safety systems such as seat belts and airbags, anti-lock braking systems (ABS), electronic stabilization (slip prevention) ) It is intended to be expanded by an active safety system such as a program (ESP) or an electric steering system to expand the range of driving support functions. As has been the case in drivetrains for some time now, systems are now becoming increasingly complex in order to detect dangerous driving situations and allow the control system to actively intervene to help prevent accidents. It is coming. As the technology continues to advance, this trend will continue as it is, and it is expected that it will become stronger in the future.
結果として、安全関連の機能を有する電子部品数が著しく増加することで、信頼性およびシステム可用性の点でこれまでには前例のなかった要求が生じるようになってきた。そのような要求を達成できるようにする一方で、費用目標にも合致させるために、冗長性と共に統合されたテスト方法による機能的な自己監視のための効率的な方法を開発することが望まれている。しかもこれと同時に、安全システムにおいて起こり得る弱点を早い段階で検出して回避できるようにする目的で、設計技法を発展させることも望まれている。磁界センサの分野においては、たとえばこのことは安全度水準(Safety Integrity Level, SIL)規格の導入によって行われてきた。 As a result, the number of electronic components having safety-related functions has increased significantly, resulting in unprecedented requirements in terms of reliability and system availability. It would be desirable to develop an efficient method for functional self-monitoring with integrated test methods along with redundancy to be able to meet such requirements while meeting cost targets. ing. At the same time, it is also desirable to develop design techniques for the purpose of detecting and avoiding possible weaknesses in the safety system at an early stage. In the field of magnetic field sensors, for example, this has been done by the introduction of Safety Integrity Level (SIL) standards.
自動車分野においてSIL規格を満たすためには、始動時だけでなく通常運転中も、ビルトインテストを含めそれ相応のセルフテストを実装および使用すること、ならびに自動監視構造またはそれ相応の冗長機能ブロックおよび/または信号経路を設けることが求められる。慣用の磁気センサシステム、特にリニアホール測定システムでは、単一チャネルのアナログメイン信号経路が使用されてきた。このコンセプトで安全上クリティカルな用途においてSIL要求を満たすのは、技術的に非常に難しく、またはおそらくは実現不可能ですらある。よって、ただ1つのセンサシステムを用いて安全要求をカバーするのは、もはや不可能である。したがってSILの要求を満たすために他の慣用の解決策では、2つの同一の冗長的な磁界センサが用いられてきた。言うまでもなく、これらの解決策の重大な欠点は、センサが1つではなく2つ設けられていることから、コストがそれに応じて倍増することである。さらに別の解決策によって提案されているのは、信号周波数レンジ外に規定のテスト信号を重畳することであり、たとえば磁界センサに付加的なオンチップ導体ループを設けること、またはセンサに対し重畳された静電結合を有する圧力センサなどである。 In order to meet the SIL standard in the automotive field, not only at start-up but also during normal operation, implement and use corresponding self-tests, including built-in tests, and automatic monitoring structures or corresponding redundant functional blocks and / or Alternatively, it is required to provide a signal path. In conventional magnetic sensor systems, particularly linear Hall measurement systems, single channel analog main signal paths have been used. Meeting this SIL requirement in safety-critical applications with this concept is technically very difficult or perhaps even impossible to achieve. Thus, it is no longer possible to cover safety requirements with just one sensor system. Thus, two identical redundant magnetic field sensors have been used in other conventional solutions to meet SIL requirements. Needless to say, a significant disadvantage of these solutions is that the cost is doubled accordingly, since there are two sensors instead of one. Yet another solution has been proposed to superimpose a defined test signal outside the signal frequency range, for example by providing an additional on-chip conductor loop in the magnetic field sensor or superimposed on the sensor. Pressure sensors having electrostatic coupling.
SILおよび/または他の適用可能な安全規格を満たす、信頼性および費用対効果の高いセンサシステムが、依然として必要とされている。 There remains a need for reliable and cost-effective sensor systems that meet SIL and / or other applicable safety standards.
本発明の様々な実施形態に関する以下の詳細な説明を、添付の図面と併せて参酌すれば、本発明をいっそう完全に理解することができる。 A more complete understanding of the present invention can be obtained when the following detailed description of the various embodiments of the invention is taken in conjunction with the accompanying drawings.
本発明は、種々の変形や代替形態に適用可能であるが、具体例を挙げる目的で、図面にはそれらのうち特定の実施形態を示し、以下で詳しく述べることにする。ただし自明のとおり、ここで述べる特定の実施形態に本発明を限定することを意図したものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲により規定した本発明の着想および範囲に含まれるあらゆる変形形態、等価形態および代替形態の包括を意図したものである。 While the present invention is applicable to various modifications and alternative forms, for the purpose of providing specific examples, the drawings illustrate specific embodiments thereof and are described in detail below. However, it will be appreciated that the invention is not intended to be limited to the specific embodiments described herein, but on the contrary, all modifications that fall within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Intended to encompass equivalent and alternative forms.
本発明による実施形態は、複数の信号経路を用いたセンサ自己診断のためのシステムおよび方法に関する。1つの実施形態によれば、センサは磁界センサであり、システムおよび/または方法は、SIL規格など関連する安全規格または他の工業規格に合致するように、またはそれらの規格よりも優れたものとなるように構成されている。 Embodiments in accordance with the present invention relate to systems and methods for sensor self-diagnosis using multiple signal paths. According to one embodiment, the sensor is a magnetic field sensor, and the system and / or method is consistent with or superior to relevant safety standards such as SIL standards or other industry standards. It is comprised so that it may become.
図1には、1つの実施形態によるセンサシステム100の概念的なブロック図が示されている。システム100には、第1のセンサ102と第2のセンサ104とが含まれており、これらのセンサは各々、ディジタル信号プロセッサ(DSP)103と通信する。1つの実施形態によれば、第1のセンサ102、第2のセンサ104およびDSP103は、単一のチップ105に実装されたモノリシック集積回路を成しており、DSP103は外部の電子制御ユニット(ECU)106と通信する。
FIG. 1 shows a conceptual block diagram of a
これらのセンサのうちの1つは、プライマリセンサまたはメインセンサである。図1の実施形態によれば、センサ102がメインセンサであるのに対し、センサ104はセカンダリセンサである。メインセンサ102はメイン信号経路を介してDSP103と通信し、セカンダリセンサ104は、少なくとも部分的にメイン信号経路とは異なるセカンダリ信号経路を介して、DSP103と通信する。これについては、以下で詳しく説明する。
One of these sensors is a primary sensor or a main sensor. According to the embodiment of FIG. 1, the
セカンダリセンサ104およびこのセンサに対応するセカンダリ信号経路は通常、メインセンサ102と比較すると、精度が低くかつ低速であり、および/またはノイズが多く、異なる動作方式を用いて動作し、および/または付加的なセカンダリセンシングタスクを有する。このためセカンダリセンサ104には、メインセンサ102よりもコストをかけないようにすることができ、また、ポジショニングおよびチップ面積、ならびにシステム100のコストと複雑さに影響を及ぼすその他のファクタに対し、メインセンサ102よりも僅かな制約しかないようにすることもできる。上述のセカンダリセンシングタスクとして挙げられるのは、温度、機械的応力、内部動作電圧またはバイアス電圧、動作電流またはバイアス電流など補償信号の測定、および/または、対象のいっそう簡易な補助的測定である。たとえばセンサ102および104は、1つの実施形態によれば磁界センサを含み、その場合であれば、この種のセンサの測定対象となるのは磁界となる。とはいえ、いくつかの実施形態においてセカンダリセンサ104が、複数のセンサまたはセンサアレイを含むようにしてもよく、具体例として1つの実施形態によれば、メインセンサ102をミラーリングする磁界センサと、温度センサおよび応力センサを含むようにしてもよい。
The
ただし1つの実施形態によれば、セカンダリセンサおよびセカンダリ信号経路を、メインセンサおよびメイン信号経路との妥当性比較に用いることができる。さらにセカンダリセンサおよびセカンダリ信号経路を、メインセンサおよびメイン信号経路の故障検出ならびに検証のために用いることができる。このような構成によって、いくつかの利点をもたらすことができる。1つめとして、SIL互換性を実現することができる。2つめとして、慣用の解決策と対比すると、サイズおよびコストに関して優位性を実現することができ、また、余分なハードウェアをほとんど用いることなく、通常動作中にセルフテストを実行することができる。さらに、ディジタル信号プロセッサ(DSP)および信号処理ソフトウェアの付加的なセルフテスト機能を実装することができる。これらに加え、フィールド故障率および返却率も低減させることができ、これにより両者にとって、すなわち元になるチップを製造する側にとっても、チップを実装する顧客にとっても、費用対効果が改善される。 However, according to one embodiment, the secondary sensor and the secondary signal path can be used for validity comparison with the main sensor and the main signal path. Further, the secondary sensor and secondary signal path can be used for fault detection and verification of the main sensor and main signal path. Such an arrangement can provide several advantages. First, SIL compatibility can be realized. Second, in contrast to conventional solutions, an advantage in size and cost can be realized, and self-tests can be performed during normal operation with little extra hardware. In addition, additional self-test functionality of digital signal processors (DSPs) and signal processing software can be implemented. In addition to these, the field failure rate and return rate can also be reduced, which improves cost effectiveness for both, ie for the original chip manufacturer and for the customer mounting the chip.
図2を次に参照すると、図1に示したコンセプトをベースとするセンサシステム200の実施形態が、ブロック図として描かれている。システム200には、ホール効果または巨大磁気抵抗(GMR)などのような、メイン磁界センサ202およびセカンダリ磁界センサ204が含まれている。ただし別の実施形態によれば、センサ202および204を別のタイプのセンサとしてもよく、これらのセンサは磁界センサに限定されるものではない。センサ202は、コンセプトとしてセンサ102と類似しており、他方、センサ204は、コンセプトとしてセンサ104と類似しており、それらのセンサについては図1を参照しながらすでに説明した。
Referring now to FIG. 2, an embodiment of a
システム200は、1つまたは複数の付加的なセンサ208も含んでおり、これらはセカンダリセンサまたは補助センサであるとも見なされる。1つまたは複数のセンサ208は種々の実施形態において、温度センサ、応力センサ、電流センサ、磁界センサまたは何らかの他のセンサの形式を含むことができる。
The
1つの実施形態によればメインセンサ202は、ディジタル信号処理(DSP)部220と通信する。DSP部220自体は、外部のECUまたは他の制御ユニット(たとえば図1参照)と、入/出力部210を介して通信することができる。1つの実施形態によればセンサ202および204は、別個の信号経路を介してDSP部220と通信し、それら別個の信号経路は、構造的に異なるアナログ信号経路、合成信号経路を含むことができ、さらに特定の範囲に関して、ディジタル信号経路およびディジタル信号処理部、およびソフトウェアコンポーネントを含むことができる。図2では、メインセンサ202に関連づけられたメイン信号経路は太線で示されているのに対し、センサ204に関連づけられたセカンダリ信号経路はシンプルな破線で示されている。
According to one embodiment, the
たとえば図2の実施形態によればメイン信号経路は、メインセンサ202からアナログ/ディジタル(A/D)変換器212およびA/D変換チャネルのクロススイッチ214へ、信号を伝達することができる。セカンダリ信号経路は、セカンダリセンサ204からマルチプレクサ216へ信号を伝達し、マルチプレクサ216は入力として、付加的なセンサまたは補助センサ208からもすべての信号を受信する。ついでセカンダリ信号経路は、MUX216から第2のA/D変換器218へと続き、第2のA/D変換器218はその出力を、やはりクロススイッチ214へ送信する。
For example, according to the embodiment of FIG. 2, the main signal path can carry signals from the
1つの実施形態によれば、メイン信号経路の要素とセカンダリ信号経路の要素は、同一ではなく、および/または、異なる動作方式を用いて実装されている。たとえば、メイン信号経路中のA/D変換器212は、3次のデルタ・シグマ型変換器を有することができる一方、セカンダリ信号経路中のA/D変換器218は、1次のデルタ・シグマ型変換器を有することができ、または1つまたは複数のA/D変換器が、デルタ・シグマ型ではなく、逐次比較レジスタ(SAR)型またはフラッシュ型の技術を用いることができる。換言すれば、セカンダリセンサ204は通常、メインセンサ102と比較すると、精度が低くかつ低速であり、および/またはノイズが多く、異なる動作方式を用いて動作し、および/または付加的なセカンダリセンシングタスクを有するものであるが、これと同様に、A/D変換器212と比較したときに、A/D変換器218についても同じことが当てはまる。さらにセカンダリセンサ204を、メインセンサ102と比較したときに、サンプリングレートが低く、レイテンシタイムが大きく、帯域幅が小さく、アナログ/ディジタル変換分解能が低く、信号レンジが狭くなるようにすることができ、さらに信号符号化が異なり、センサ信号のマッピングが異なり、補償アルゴリズムが異なり、および/または、処理スケジュールが異なるようにすることができる。しかもセカンダリセンサ204は、第1のセンシング素子を含むメインセンサ102よりも少ない第2のセンシング素子を含むことができる。さらにセカンダリセンサ204は、第1の検知面積の第1のセンシング素子を含むメインセンサ102よりも狭い第2の検知面積の第2のセンシング素子を含むようにしてもよい。
According to one embodiment, the elements of the main signal path and the elements of the secondary signal path are not identical and / or are implemented using different modes of operation. For example, the A /
異なる動作方式を、複数の手法のうちのいずれかで実装することができる。異なる動作方式を、第1の信号経路のある機能部のためには、ハードウェア実装として実現できる一方、第2の信号経路の対応する機能部はソフトウェアで実現される。別の選択肢として、異なる動作方式を、第1の信号経路に対し第2の信号経路とは異なるセンシング技術を用いて、実現することができる。さらに別の選択肢として、異なる動作方式を、第1の信号経路の第1の機能部に関して、この第1の機能部に対応する第2の信号経路の第2の機能部とは少なくとも部分的に異なる機能処理ハードウェアを採用することによって、実装することができる。 Different modes of operation can be implemented in any of several ways. Different operating schemes can be realized as hardware implementation for the functional part with the first signal path, while the corresponding functional part of the second signal path is realized in software. As another option, different modes of operation can be realized using different sensing techniques for the first signal path than for the second signal path. As yet another option, a different mode of operation is at least partly different from the second functional part of the second signal path corresponding to the first functional part with respect to the first functional part of the first signal path. It can be implemented by adopting different functional processing hardware.
クロススイッチ214の出力は、メイン信号経路とセカンダリ信号経路の双方に関連づけられており、ディジタル信号処理(DSP)部220へ供給される。1つの実施形態によればDSP220には、状態機械222とクランピングアルゴリズム224とメモリマトリックス226とが含まれている。メイン信号経路とセカンダリ信号経路とを設けるというコンセプトに合致するように、DSP220には、メイン信号経路に関連づけられた第1のソフトウェア部と、セカンダリ信号経路に関連づけられた第2のソフトウェア部も含まれている。これらに加え、または択一的に、DSP220は、メイン信号経路と第2の信号経路とに対し、それぞれ異なるDSP技法またはDSP技術を実装してもよい。1つの実施形態によれば、DSP220は、インタフェース228を介してI/O210に接続されており、さらにI/O210自体は、(図2には示されていない)外部のECUに接続されている。
The output of the
DSP220を、マルチコアプロセッサとして、または2つ以上のDSPとして、実装することができる。この場合、マルチコアDSPは、同一のコアを有していてもよいし、または異なるコアを有していてもよい。また、DSP220は、メイン経路内ではある提供メーカーのDSPを有し、セカンダリ信号経路内では、これとは異なる提供メーカーのマルチコアDSPを有することができる。
The
このようにすれば、メイン信号経路とセカンダリ信号経路とによって、それぞれ異なるいわば冗長的な2つのアナログ信号経路を提供することができ、これらの信号経路によって数多くの有用な特性がもたらされる。たとえば、メイン信号経路を介して1つのサイクルでセンサ202からメイン磁界信号を伝送することによって、高精度の計算結果をもたらすことができる。ここでメイン信号経路自体は、チョッピングまたは他の技術を用いるなどして、少なくともセカンダリ信号経路よりも極めて高い精度で迅速に動作する。さらにメイン信号経路は、他のシステムコンポーネントによる影響を受けることなく、独立して自由に動作もする。
In this way, the main signal path and the secondary signal path can provide two different so-called redundant analog signal paths, and these signal paths provide a number of useful characteristics. For example, transmitting the main magnetic field signal from the
解析の目的でセカンダリ信号経路により、自身のデータを制御ユニットへ供給するオプションも提供され、その際にデータを正または負の極性符号のいずれかで処理することができる。システム200において、DSP220からインタフェース228およびI/O210へパラレル出力が可能なことが示されている一方、たとえば時分割多重を用いてまたは外部からの要求としてオンデマンドで、シーケンシャル伝送を実装することもできる。
An option is also provided to supply its data to the control unit via a secondary signal path for analysis purposes, where the data can be processed with either a positive or negative polarity code. While the
DSP220からインタフェース228への出力を、1つの端子のみを介して送出させることができる。この端子からはマルチプレクス方式に応じて、ある場合には、メイン信号経路に関連づけられた第1の出力信号が供給されることになり、別の場合には、マルチプレクス方式によれば、セカンダリ信号経路に関連づけられた第2の出力信号が供給されることになる。
The output from the
センサ202および204、さらにオプションとしてセンサ208は、それらの測定値に関してそれぞれ異なるセンシング方式を用いることができ、そのような種々のセンシング方式として、処理手法、技術的なパフォーマンスおよび仕様、センサ202および204自体のサイズおよび/または配置、ならびにバイアシングが含まれる。システム200の1つの実施形態には、2つのバンドギャップバイアシング部230および232と、バイアシング比較部234とが含まれている。バイアシング部230はメイン信号経路と関連づけられており、バイアシング部232はセカンダリ信号経路と関連づけられている。バイアシング部230および232によって、センサ102と104とでそれぞれ異なるバイアシングのオプションが提供される一方、バイアシング比較部234によって、DSP220への出力信号を考慮することができるようになる。
The
さらにシステム200のいくつかの実施形態によれば、A/D変換器212および218ならびにクロススイッチ214を介した、それぞれ異なるA/D変換および/またはスイッチングコンセプトを用いることもできる。たとえば既述のように、メイン信号経路中のA/D変換器212は、3次のデルタ・シグマ型変換器を有することができる一方、セカンダリ信号経路中のA/D変換器218は、1次のデルタ・シグマ型変換器を有することができ、または1つまたは複数のA/D変換器が、デルタ・シグマ型ではなく、逐次比較レジスタ(SAR)型またはフラッシュ型の技術を用いることができる。種々の実施形態において、このようなそれぞれ異なるA/D変換および/またはスイッチングコンセプトによって、それぞれ異なる故障時の挙動および/または故障の確率がもたらされるようにすることができる。さらにいくつかの実施形態において、クランピング作用または制限作用を検出する目的で、図2のA/D変換器212および218への既述の入力を介して、測定レンジを切り替えることもできる。
Further, according to some embodiments of the
さらにいくつかの実施形態によれば、センサ202および204とそれらの個々のメイン信号経路およびセカンダリ信号経路とを切り替えるオプションを、提供することもできる。たとえば、セカンダリセンサ204をメイン信号経路に切り替えることができ、センサ202とセカンダリ信号経路についても同様である。このオプションによって、たとえばセンサをその経路とは独立させることで、故障の検出および/または故障の位置特定を向上させることができる。
Further, according to some embodiments, an option may be provided to switch between the
システム200の実施形態によってもたらされるその他の利点は、商の形成などによって、メイン信号経路とセカンダリ信号経路各々の出力信号を比較して、その結果を評価できることである。この結果を評価して、センサ202および204、各信号経路、システム200、および/または他の何らかのコンポーネントの性能または機能に関連する1つまたは複数の状況を判定することができる。たとえば、出力信号の比較によって、入力信号の急速な変化を検出することができる。センサ208が温度センサを含む場合には温度補償といったような補償を用いる実施形態において、温度補償信号に依存して出力信号を比較することができる。さらに別の実施形態によれば、他の信号、特性または情報を分離するために、センサ208からの情報のクランピングまたは制限を実施することができる。
Another advantage provided by the embodiment of the
DSP220は、メイン信号経路のためのソフトウェア1と、セカンダリ信号経路のためのソフトウェア2とを使用するので、いくつかの実施形態によれば、これらの信号経路の出力結果を比較することができる。このような比較によって、ソフトウェアアルゴリズム自体のチェックを行えるようになる。DSP220の2つの信号経路または比較結果の妥当性チェックにおいて、内部または外部の窓比較(Internal or external window comparisons)を用いることができる。この種の妥当性チェックの一部として、警告および/または故障閾値を実装することができる。
Since
2つの信号経路の各出力結果の比較には、2つの信号経路の各出力結果の商、線形変換、および2つの信号経路の各出力結果の間の差分絶対値と差分閾値との比較、のうちの少なくとも1つを含めることができる。 The comparison of the output results of the two signal paths includes the quotient of each output result of the two signal paths, the linear transformation, and the comparison between the absolute value of the difference between the output results of the two signal paths and the difference threshold value. At least one of them can be included.
したがっていくつかの実施形態によれば、安全規格の互換性ならびにセンサシステムにおける故障自己診断を提供することができる。種類および厳密性ならびに着目する特定のシステムおよび/または関係する標準規格に応じて、故障の取り扱いが変わる可能性があるけれども、いくつかの実施形態によれば、検出された問題点をシステムユーザに警告する機会をもたらすことができるようになる。たとえば、磁界センサを用いる安全上クリティカルな自動車の電子パワーステアリングセンサの用途であれば、検出された故障をECUに伝達して、適切なアクションをとることができるよう、クリティカルなシステム上の問題点を運転者に警告することができる。いくつかの用途において、エラー、故障または偏差が生じた状況のときに、セーフモードまたは安全動作プロトコルに切り替えられるように、ECUをプログラミングすることができる。 Thus, according to some embodiments, safety standard compatibility as well as fault self-diagnosis in sensor systems can be provided. Depending on the type and rigor and the particular system of interest and / or related standards, the handling of faults may vary, but according to some embodiments, the detected problem is communicated to the system user. It will be possible to provide an opportunity to warn. For example, in safety critical automotive electronic power steering sensor applications that use magnetic field sensors, critical system issues can be communicated to the ECU so that appropriate actions can be taken. Can be alerted to the driver. In some applications, the ECU can be programmed to switch to safe mode or safe operating protocol in the event of an error, failure or deviation.
さらにいくつかの実施形態は、冗長的なプライマリセンサを用いた慣用の解決策よりも、スペースおよびコストの面でいっそう効率的である。たとえば、2つのプライマリセンサではなくただ1つのプライマリセンサだけしか用いず、それと共にセカンダリセンサを、パフォーマンスに対する要求が下げられた点で一般にコストが抑えられたデバイスとしながら、いくつかの実施形態によれば、メイン/セカンダリのセンサおよび信号経路によって、チップ面積を10%未満の増加に抑えることができる。セカンダリセンサのコストが抑えられているという点で、単一のチップ上で2つのプライマリセンサを用いた慣用の解決策を上回る利点も達成される。 Further, some embodiments are more efficient in space and cost than conventional solutions using redundant primary sensors. For example, according to some embodiments, only one primary sensor is used instead of two primary sensors, and the secondary sensor is a device that is generally less costly in terms of reduced performance requirements. For example, the chip area can be suppressed to less than 10% by the main / secondary sensor and the signal path. An advantage over conventional solutions using two primary sensors on a single chip is also achieved in that the cost of the secondary sensor is reduced.
これまでシステム、装置および方法に関する様々な実施形態について説明してきた。これらの実施形態は、具体例を示す目的で呈示しただけであり、本発明の範囲を限定しようというものではない。さらに、これまで述べてきた実施形態の種々の特徴を様々な態様で組み合わせて、数多くの付加的な実施形態を作り出せることも理解されたい。また、開示した実施形態と共に使用するために、種々の材料、寸法、形状、組み込み場所等について説明してきたが、ここで開示した以外のその他のものも、本発明の範囲を超えることなく使用することができる。 Various embodiments relating to systems, devices and methods have been described above. These embodiments are merely presented for the purpose of illustrating specific examples and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition, it should be understood that various features of the embodiments described above can be combined in various ways to create a number of additional embodiments. Also, although various materials, dimensions, shapes, installation locations, etc. have been described for use with the disclosed embodiments, others other than those disclosed herein may be used without exceeding the scope of the invention. be able to.
さらに当業者に自明のとおり、本発明に含めることのできる特徴が、これまで述べてきた個々のいずれの実施形態で示した特徴より僅かであるとしてもよい。さらにここで説明した実施形態は、本発明の様々な特徴を組み合わせることのできる手法を余すことなく呈示しようとしたものではない。よって、それらの実施形態は、相互排他的に特徴が組み合わせられたものではなく、むしろ本発明は、当業者には自明のとおり、個々の様々な実施形態から選ばれた個々の様々な特徴の組み合わせを含み得るものである。 Furthermore, as will be apparent to those skilled in the art, the features that can be included in the present invention may be fewer than those shown in any of the individual embodiments described above. Further, the embodiments described here are not intended to present all the techniques that can combine various features of the present invention. Thus, these embodiments are not mutually exclusive features, but rather, the present invention will be understood by those skilled in the art of various individual features selected from the various individual embodiments. Combinations can be included.
先に挙げた文献の参照によるいかなる取り込みであっても、本願の明示的な開示に反する要旨が組み込まれることのないよう制限される。また、先に挙げた文献の参照によるいかなる取り込みであっても、文献中に含まれる特許請求の範囲が参照によって取り込まれることのないよう、さらに制限される。しかも、先に挙げた文献の参照によるいかなる取り込みであろうと、文献中で呈示されたいずれの定義も、本願に別途記載されていないかぎり、参照によって取り込まれることがないよう、さらに制限される。 Any incorporation by reference of documents cited above is limited so that it does not incorporate gist contrary to the explicit disclosure of this application. Further, any incorporation by reference of the above-mentioned documents is further limited so that the claims included in the documents are not incorporated by reference. Moreover, any incorporation by reference of documents cited above is further restricted so that any definition presented in the document is not incorporated by reference unless otherwise stated herein.
本発明の特許請求の範囲を解釈する目的で特に意図されているのは、米国特許法(35 U.S.C.)第112条第6項の条項は、特定用語「〜ための手段」(means for)または「〜ためのステップ」(step for)が請求項中に記載されていないかぎり適用されない、ということである。 For the purpose of interpreting the claims of the present invention, it is specifically intended that the provisions of 35 USC 35 USC 112 (6) include the specific terms "means for" or “Step for” does not apply unless stated in the claims.
Claims (38)
物理量を指示するように構成され、半導体チップ上に第1のセンサ信号のための第1の信号経路を有する、第1のセンサデバイスと、
前記物理量を指示するように構成され、前記半導体チップ上に第2のセンサ信号のための第2の信号経路を有する、第2のセンサデバイスと、
が設けられており、
前記第2の信号経路は、前記第1の信号経路とは分離していて異なるものであり、前記第1の信号経路と比較すると前記第1の信号経路よりも、
低いサンプリングレート、長いレイテンシタイム、狭い帯域幅、低い精度、大きいノイズ、低いアナログ/ディジタル変換分解能、および、狭い信号レンジ、
から成るグループから選択された少なくとも1つの特性を有しており、
前記第2のセンサデバイスは、第1のセンシング素子を含む前記第1のセンサデバイスよりも少ない第2のセンシング素子を含み、
前記第2のセンサデバイスは、第1の検知面積の第1のセンシング素子を含む前記第1のセンサデバイスよりも狭い第2の検知面積の第2のセンシング素子を含み、かつ、異なる動作方式、異なる信号符号化、異なるセンサ信号マッピング、異なる補償アルゴリズム、および、異なる処理スケジュールを有しており、
前記第1の信号経路に関連する第1の出力信号、および、前記第2の信号経路に関連する第2の出力信号は、前記モノリシック集積回路から外部制御ユニットへ伝達可能である、
モノリシック集積回路。 A monolithic integrated circuit,
A first sensor device configured to indicate a physical quantity and having a first signal path for a first sensor signal on a semiconductor chip;
A second sensor device configured to indicate the physical quantity and having a second signal path for a second sensor signal on the semiconductor chip;
Is provided,
The second signal path is separate and different from the first signal path, and compared to the first signal path than the first signal path,
Low sampling rate, long latency time, narrow bandwidth, low accuracy, large noise, low analog to digital conversion resolution, and narrow signal range,
Having at least one characteristic selected from the group consisting of:
The second sensor device includes fewer second sensing elements than the first sensor device including a first sensing element;
The second sensor device includes a second sensing element having a second sensing area that is narrower than the first sensor device including a first sensing element having a first sensing area, and has a different operation method. Have different signal encodings, different sensor signal mappings, different compensation algorithms, and different processing schedules,
A first output signal associated with the first signal path and a second output signal associated with the second signal path can be transmitted from the monolithic integrated circuit to an external control unit;
Monolithic integrated circuit.
請求項1記載のモノリシック集積回路。 The different operating scheme is realized as a hardware implementation for the functional part of the first signal path, while the corresponding functional part of the second signal path is realized as software,
The monolithic integrated circuit according to claim 1.
請求項1記載のモノリシック集積回路。 The different modes of operation are realized using a different sensing technique for the first signal path than for the second signal path,
The monolithic integrated circuit according to claim 1.
請求項1記載のモノリシック集積回路。 The different mode of operation is at least partially different from the second functional part of the second signal path corresponding to the first functional part because of the first functional part of the first signal path. Realized by adopting functional processing hardware,
The monolithic integrated circuit according to claim 1.
請求項1記載のモノリシック集積回路。 A digital signal processor (DSP) connected to the first signal path and the second signal path is received on the semiconductor chip to receive the signals of the first signal path and the second signal path. And the DSP is configured to compare the signal of the first signal path and the signal of the second signal path.
The monolithic integrated circuit according to claim 1.
請求項2記載のモノリシック集積回路。 The DSP includes a first digital signal processor associated with the first signal path and a second digital signal processor associated with the second signal path.
The monolithic integrated circuit according to claim 2.
請求項2記載のモノリシック集積回路。 The DSP is connected to the first signal path and the second signal path by a cross-switching device of an analog / digital (A / D) conversion channel.
The monolithic integrated circuit according to claim 2.
請求項1記載のモノリシック集積回路。 There is further provided at least one additional sensor device connected to one of the first signal path and the second signal path;
The monolithic integrated circuit according to claim 1.
請求項8記載のモノリシック集積回路。 The at least one additional sensor device is selected from the group consisting of a temperature sensor, a stress sensor, a current sensor, a voltage sensor, and a magnetic field sensor.
The monolithic integrated circuit according to claim 8.
請求項8記載のモノリシック集積回路。 A multiplexer is further provided on the semiconductor chip, the multiplexer including the second sensor device and the at least one additional sensor device out of the first signal path and the second signal path. Configured to connect to one selected route,
The monolithic integrated circuit according to claim 8.
請求項1記載のモノリシック集積回路。 The first sensor device and the second sensor device include a magnetic field sensor,
The monolithic integrated circuit according to claim 1.
請求項1記載のモノリシック集積回路。 A first biasing circuit connected to the first sensor device and the first signal path; and a second biasing circuit connected to the second sensor device and the second signal path. Provided,
The monolithic integrated circuit according to claim 1.
請求項12記載のモノリシック集積回路。 A biasing comparator is further provided, wherein the biasing comparator receives a first biasing signal from the first biasing circuit, receives a second biasing signal from the second biasing circuit, and Configured to compare one biasing signal with the second biasing signal;
The monolithic integrated circuit according to claim 12.
単一半導体チップ上に、メインセンサを有するメイン信号経路を実装するステップと、
前記単一半導体チップ上に、セカンダリセンサおよびセカンダリ信号経路を実装するステップと、
ただし、前記セカンダリ信号経路は、前記メイン信号経路とは分離していて異なるものであり、前記メイン信号経路と比較すると前記メイン信号経路よりも低いサンプリングレート、長いレイテンシタイム、狭い帯域幅、低い精度、大きいノイズ、低いアナログ/ディジタル変換分解能、狭い信号レンジ、および、異なる動作方式から成るグループから選択された少なくとも1つの特性を有し、
前記セカンダリセンサは、第1のセンシング素子を含む前記メインセンサよりも少ない第2のセンシング素子を含み、前記セカンダリセンサは、第1の検知面積の第1のセンシング素子を含む前記メインセンサよりも狭い第2の検知面積の第2のセンシング素子を含み、かつ、異なる動作方式、異なる信号符号化、異なるセンサ信号マッピング、異なる補償アルゴリズム、および、異なる処理スケジュールを有し、
前記メイン信号経路の信号を第1の出力信号として供給し、前記セカンダリ信号経路の信号を第2の出力信号として供給するステップと、
前記第1の出力信号と前記第2の出力信号とを比較するステップと、
を含む方法。 A method for monitoring a monolithic integrated circuit, comprising:
Mounting a main signal path having a main sensor on a single semiconductor chip;
Mounting a secondary sensor and a secondary signal path on the single semiconductor chip;
However, the secondary signal path is separated from the main signal path and is different from the main signal path. Compared with the main signal path, the secondary signal path has a lower sampling rate, longer latency time, narrow bandwidth, and lower accuracy than the main signal path. Having at least one characteristic selected from the group consisting of: high noise, low analog / digital conversion resolution, narrow signal range, and different modes of operation;
The secondary sensor includes a second sensing element that is smaller than the main sensor including the first sensing element, and the secondary sensor is narrower than the main sensor including the first sensing element of the first detection area. Comprising a second sensing element of a second sensing area and having a different mode of operation, a different signal encoding, a different sensor signal mapping, a different compensation algorithm, and a different processing schedule,
Supplying a signal of the main signal path as a first output signal and supplying a signal of the secondary signal path as a second output signal;
Comparing the first output signal and the second output signal;
Including methods.
請求項14記載の方法。 Further comprising multiplexing at least one additional sensor into the secondary signal path;
The method of claim 14.
請求項15記載の方法。 Receiving at least one compensation signal from the at least one additional sensor;
The method of claim 15.
前記セカンダリセンサを、前記第1のバイアシング部とは異なる第2のバイアシング部によりバイアスするステップと、
前記メインセンサのバイアス電流および前記セカンダリセンサのバイアス電流を測定するステップと、
をさらに含む、
請求項14記載の方法。 Biasing the main sensor with a first biasing unit;
Biasing the secondary sensor with a second biasing unit different from the first biasing unit;
Measuring the bias current of the main sensor and the bias current of the secondary sensor;
Further including
The method of claim 14.
前記DSPの第1のソフトウェア部を用いて前記メイン信号経路の信号を処理し、前記第1の出力信号を決定するステップと、
前記DSPの、前記第1のソフトウェア部とは異なる第2のソフトウェア部を用いて、前記セカンダリ信号経路の信号を処理し、前記第2の出力信号を決定するステップと、
をさらに含む、
請求項14記載の方法。 Connecting the main signal path and the secondary signal path to a digital signal processor (DSP);
Processing the signal of the main signal path using a first software portion of the DSP to determine the first output signal;
Using the second software portion of the DSP different from the first software portion to process the signal of the secondary signal path and determining the second output signal;
Further including
The method of claim 14.
請求項18記載の方法。 Further comprising providing a parallel output section of the DSP, including a main signal path section and a secondary signal path section.
The method of claim 18.
請求項14記載の方法。 The step of comparing includes forming at least one of a quotient or linear transformation of the signal of the main signal path and the signal of the secondary signal path,
The method of claim 14.
請求項20記載の方法。 Further comprising evaluating at least one of the quotient or the linear transformation;
The method of claim 20.
請求項14記載の方法。 The method further includes the step of adjusting the measurement range of the selected sensor of the main sensor or the secondary sensor while maintaining the measurement range of the unselected sensor of the main sensor or the secondary sensor unchanged. ,
The method of claim 14.
請求項14記載の方法。 Further comprising replacing the main sensor and the secondary sensor such that the main sensor is connected to the secondary signal path and the secondary sensor is connected to the main signal path.
The method of claim 14.
前記外部制御ユニットが受信して比較した伝達可能な前記第1の出力信号および前記第2の出力信号に応答して警告を供給する、
ように構成されている、
請求項2記載のモノリシック集積回路。 The external control unit is
Providing a warning in response to the communicable first and second output signals received and compared by the external control unit;
Configured as
The monolithic integrated circuit according to claim 2.
前記セカンダリ信号経路部により前記第2の出力信号を供給するステップと、
をさらに含む、
請求項19記載の方法。 Providing the first output signal by the main signal path;
Supplying the second output signal by the secondary signal path unit;
Further including
The method of claim 19.
時分割多重方式を用いて前記出力部により前記第2の出力信号を供給するステップと、
をさらに含む、
請求項18記載の方法。 Supplying the first output signal by one output unit;
Supplying the second output signal by the output unit using time division multiplexing;
Further including
The method of claim 18.
請求項25記載の方法。 Further comprising connecting the parallel output of the DSP to an external control unit;
26. The method of claim 25.
請求項26記載の方法。 Providing a warning by the external control unit as a result of the comparing step;
27. The method of claim 26.
請求項14記載の方法。 Performing the comparing step on the single semiconductor chip;
The method of claim 14.
・前記モノリシック集積回路のエラーまたは偏差の識別、
・前記センサ、前記信号経路、または、前記DSPのうち少なくとも1つの妥当性チェック、または、
・前記センサ、前記信号経路、または前記DSPのうち少なくとも1つの検証、
のうちの少なくとも1つを提供する、
請求項14記載の方法。 As a result of the comparing step,
Identification of errors or deviations of the monolithic integrated circuit,
A validity check of at least one of the sensor, the signal path, or the DSP, or
At least one verification of the sensor, the signal path, or the DSP;
Providing at least one of
The method of claim 14.
請求項1記載のモノリシック集積回路。 The first output signal and the second output signal can be transmitted from the monolithic integrated circuit to the external control unit for comparison.
The monolithic integrated circuit according to claim 1.
前記モノリシック集積回路のエラーまたは偏差の識別、
前記センサ、前記信号経路または前記DSPのうち少なくとも1つの妥当性チェック、
前記センサ、前記信号経路または前記DSPのうち少なくとも1つの検証、
のうちの少なくとも1つが含まれる、
請求項31記載のモノリシック集積回路。 For the comparison,
Identification of errors or deviations of the monolithic integrated circuit;
A validity check of at least one of the sensor, the signal path or the DSP;
Verification of at least one of the sensor, the signal path or the DSP;
At least one of
32. A monolithic integrated circuit according to claim 31.
請求項31記載のモノリシック集積回路。 The comparison includes a quotient of the first output signal and the second output signal, linear transformation, and a comparison between a difference absolute value and a difference threshold value between the first output signal and the second output signal. Of which at least one formation is included,
32. A monolithic integrated circuit according to claim 31.
前記セカンダリ信号経路に、前記第1のA/D変換技術とは異なる第2のA/D変換技術を実装するステップと、
をさらに含む、
請求項14記載の方法。 Implementing a first analog / digital (A / D) conversion technique in the main signal path;
Implementing a second A / D conversion technique different from the first A / D conversion technique in the secondary signal path;
Further including
The method of claim 14.
前記第1のA/D変換器からの前記第1の信号経路に関連する前記第1の出力信号、および、前記第2のA/D変換器からの前記第2の信号経路に関連する第2の出力信号は、前記モノリシック集積回路から前記外部制御ユニットへ伝達可能である、
請求項1記載のモノリシック集積回路。 The first signal path includes a first analog / digital (A / D) converter, and the second signal path is a second A / D different from the first A / D converter. Including a converter,
The first output signal associated with the first signal path from the first A / D converter and the second signal path associated with the second signal path from the second A / D converter. 2 output signals can be transmitted from the monolithic integrated circuit to the external control unit;
The monolithic integrated circuit according to claim 1.
請求項35記載のモノリシック集積回路。 The first A / D converter operates by at least one operation method different from the operation method of the second A / D converter.
36. A monolithic integrated circuit according to claim 35.
請求項2記載のモノリシック集積回路。 The DSP includes a first digital signal processing unit associated only with the first signal path and a second digital signal processing unit associated only with the second signal path.
The monolithic integrated circuit according to claim 2.
請求項2記載のモノリシック集積回路。 The external control unit is configured to receive and compare the transmittable first output signal and the second output signal.
The monolithic integrated circuit according to claim 2.
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