KR102043210B1

KR102043210B1 - 다중 신호 경로들을 사용하는 센서 자체 진단

Info

Publication number: KR102043210B1
Application number: KR1020170049162A
Authority: KR
Inventors: 페르디난트 가스팅거; 볼프강 가라니크; 디르크 하머슈미트; 마리오 모츠; 프리드리히 라스보르니크; 베른하르트 샤퍼
Original assignee: 인피니온 테크놀로지스 아게
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2019-11-12
Also published as: JP2017194466A; JP6895793B2; CN107305235A; KR20170119636A

Abstract

실시예들은 다중 신호 경로들을 사용하는 센서 자체 진단을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 실시예에서, 센서들은 자계 센서들이고, 시스템들 및/또는 방법들은 SIL 표준들과 같은, 관련된 안전도 또는 다른 산업 표준들을 충족시키거나 초과하도록 구성된다. 예를 들어, 단일 반도체 칩 상에 구현된 모놀리식 집적 회로 센서 시스템은 반도체 칩 상에 제1 센서 신호를 위한 제1 신호 경로를 갖는 제1 센서 디바이스; 및 반도체 칩 상에 제2 센서 신호를 위한 제2 신호 경로를 갖는 제2 센서 디바이스를 포함할 수 있고, 제2 신호 경로는 제1 신호 경로와 구별되고, 제1 신호 경로 신호와 제2 신호 경로 신호의 비교가 센서 시스템 자체 테스트를 제공한다.

Description

다중 신호 경로들을 사용하는 센서 자체 진단{SENSOR SELF-DIAGNOSTICS USING MULTIPLE SIGNAL PATHS}

관련 출원

본 출원은 그 전체가 본원에 참조로 포함된, 2010년 9월 24일자 출원된 미국 출원 번호 12/889,749의 일부 계속(continuation-in-part)(CIP) 출원이다.

기술분야

본 발명은 일반적으로 집적 회로(IC) 센서들 및 더욱 구체적으로 다중 통신 신호 경로들을 사용하는 IC 센서 자체 진단에 관한 것이다.

자동차 전자 장치 분야의 발전들의 부분으로서, 자동차 운행 기술의 최신 경향은 증가한 범위의 운전자 지원 기능성들을 제공하기 위해, 안전벨트들 및 에어백들과 같은 확립된 수동적 안전 시스템에서 잠김 방지 브레이크 시스템(anti-lock braking system)(ABS), 전자 안정성 프로그램(electronic stability program)(ESP) 및 전기 스티어링 시스템(electrical steering system)과 같은, 능동적 안전 시스템들까지 확장되고 있다. 얼마 전부터 이미 이루어진 운전 트레인에서의 경우와 같이, 시스템 복잡성은 또한 위험한 운전 상황들을 검출하고 제어 시스템에 의한 능동적 개입들을 통해 사고 방지에 기여하기 위해 현재 계속적으로 증가하고 있다. 계속 진행 중인 기술적 진보들로, 이들 경향은 앞으로 계속되고 더욱 강력하게 성장할 것으로 기대된다.

안전 관련 기능성을 갖는 전자 소자들의 수의 결과적인 상당한 증가는 신뢰성 및 시스템 가용성의 면에서 이전에 예기치 못한 요구사항들을 생기게 하였다. 비용 목적들을 동시에 충족시키면서 이것을 달성할 수 있기 위해서, 중복성들과 함께 통합된 테스트 방법들을 통해 기능적 자체 감시를 위한 효율적인 방법들을 개발하는 것이 바람직하다. 동시에, 안전 시스템들에 있어서 가능한 약점을 조기에 식별하고 피할 수 있기 위해 설계 방법론들에서 진행이 요구된다. 자계 센서들의 영역에서, 예를 들어, 안전도 무결성 기준(SIL) 표준의 도입에 의해 이것이 행해졌다.

자동차 분야에서의 SIL 표준들을 충족시키기 위해서, 자동 감시 구조들 또는 대응하는 중복 기능적 블록들 및/또는 신호 경로들뿐만 아니라, 시동에서뿐만 아니라 정상 동작들 중에, 내장된 자체 테스트들을 포함하는 대응하는 자체 테스트들을 구현하고 사용하는 것이 바람직하다. 종래의 자기 센서 시스템들, 특히 선형 홀(Hall) 측정 시스템들은 단일-채널 아날로그 주 신호 경로를 사용하여 왔다. 이 개념으로 안전이 중요한 응용들에서 SIL 요구 사항들을 충족시키는 것은 기술적으로 매우 어렵고, 또는 아마도 심지어 불가능할 수 있다. 단지 하나의 센서 시스템으로 안전 요구 사항들을 다루는 것은 그러므로 더 이상 가능하지 않다. 그러므로, 다른 종래의 해결책들은 SIL 요구 사항들을 충족시키기 위해 2개의 동일한 중복 자계 센서들을 사용하였다. 분명히, 이들 해결책의 상당한 단점은 하나가 아닌 2개의 센서를 위한 비용의 대응하는 배가이다. 또 다른 해결책들은 부가 온-칩 도체 루프를 갖는 자계 센서들 또는 센서와의 중첩된 정전 결합을 갖는 압력 센서들과 같은, 신호 주파수 범위들 밖의 정해진 중첩된 테스트 신호를 제안한다.

SIL 및/또는 다른 적용가능한 안전 표준들을 충족시키는 신뢰성있고 비용 효율적인 센서 시스템에 대한 필요성이 남아 있다.

본 발명은 첨부 도면과 함께 발명의 다양한 실시예들의 다음의 상세한 설명을 고려하면 더욱 완전히 이해될 수 있다:
도 1은 실시예에 따른 시스템 블록도를 도시한다.
도 2는 실시예에 따른 시스템 블록도를 도시한다.
본 발명은 다양한 수정들 및 대안적 형태들로 보정가능하지만, 그 상세들이 도면에 예로서 도시되었고 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 설명된 특정한 실시예들로 제한하려는 의도는 아니라는 것을 이해하여야 한다. 반대로, 의도하는 것은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 것과 같은 본 발명의 취지 및 범위 내에 드는 모든 수정들, 등가물들, 및 대안들을 커버하는 것이다.

실시예들은 다중 신호 경로들을 사용하는 센서 자체 진단을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 실시예에서, 센서들은 자계 센서들이고, 시스템들 및/또는 방법들은 SIL 표준들과 같은 관련 안전도 또는 다른 산업 표준들을 충족시키거나 초과하도록 구성된다.

도 1은 실시예에 따른 센서 시스템(100)의 개념적 블록도를 도시한다. 시스템(100)은 각각 디지털 신호 프로세서(DSP)(103)와 통신하는 제1 센서(102) 및 제2 센서(104)를 포함한다. 실시예에서, 제1 센서(102), 제2 센서(104) 및 DSP(103)는 단일 칩(105) 상에 구현된 모놀리식 집적 회로를 포함하고, DSP(103)는 외부 전자 제어 유닛(ECU)(106)과 통신한다.

센서들 중 하나는 일차 또는 주 센서이다. 도 1의 실시예에서, 센서(102)는 주 센서이고, 센서(104)는 보조 센서이다. 아래에 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 주 센서(102)는 주 신호 경로를 통해 DSP(103)와 통신하고, 보조 센서(104)는 주 신호 경로와 적어도 부분적으로 구별되는 보조 신호 경로를 통해 DSP(103)와 통신한다.

보조 센서(104) 및 그것의 대응하는 보조 신호 경로는 일반적으로 주 센서(102)와 비교될 때, 덜 정밀하고, 더 느리고/또는 더 잡음이 있고; 상이한 작동 원리들을 사용하여 동작하고/또는; 부가 보조 감지 작업들을 포함하는 것이다. 보조 센서(104)는 그러므로 주 센서(102)보다 덜 비쌀 수 있고 또한 시스템(100)의 비용 및 복잡성에 영향을 주는 위치 설정, 칩 면적 및 다른 요인들에 대해 더 적은 제약을 줄 수 있다. 이들 보조 감지 작업은 온도, 기계적 응력, 내부 동작 또는 바이어스 전압들, 동작 또는 바이어스 전류들, 및/또는 부가적인 더 간단한 대상 측정들과 같은, 보상 신호들의 측정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서들(102 및 104)은 실시예에서 자계 센서들을 포함하고, 이러한 센서들의 대상 측정은 자계들일 것이다. 그러나, 실시예들에서, 보조 센서(104)는 한 예시적인 실시예에서 온도 센서 및 응력 센서뿐만 아니라 주 센서(102)를 미러링하기 위한 자계 센서와 같은, 복수의 센서 또는 센서 어레이를 포함할 수 있다.

그러나, 실시예에서, 보조 센서 및 신호 경로는 주 센서 및 신호 경로와의 타당성 비교에서 사용될 수 있다. 또한, 보조 센서 및 신호 경로는 주 센서 및 신호 경로의 검증뿐만 아니라 장애 검출을 위해 사용될 수 있다. 몇가지 장점들이 이러한 구성에 의해 제공될 수 있다. 첫째로, SIL 호환성이 달성될 수 있다. 둘째로, 종래의 해결책들에 비해 크기 및 비용 장점들이 실현될 수 있고, 자체 테스팅이 상당한 부가적인 하드웨어 없이 정상 동작 중에 수행될 수 있다. 게다가, 디지털 신호 처리(DSP) 및 신호 처리 소프트웨어의 부가적인 자체 테스팅 특징들이 구현될 수 있다. 부가적으로, 현장 불량 및 반품율들이 또한 감소될 수 있어서, 양 측면에서, 즉, 칩을 구현하는 고객뿐만 아니라 원래의 칩 제조자를 위해 비용 효율성들을 개선시킨다.

도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 개념에 기초한 센서 시스템(200)의 실시예의 블록도가 도시된다. 시스템(200)은 홀 효과 또는 자이언트 자기 저항(giant magneto-resistive)(GMR)과 같은, 주 자계 센서(202) 및 보조 자계 센서(204)를 포함하지만, 센서들(202 및 204)은 다른 실시예들에서 다른 유형들의 센서들일 수 있고 자계 센서들로 제한되지 않는다. 센서(202)는 도 1을 참조하여 위에 논의된 센서(102)와 개념적으로 유사하고, 센서(204)는 도 1을 참조하여 위에 논의된 센서(104)와 개념적으로 유사하다.

시스템(200)은 보조 또는 부수적 센서들로 또한 고려되는 하나 이상의 부가 센서(208)를 또한 포함한다. 센서(들)(208)는 다양한 실시예들에서 온도, 응력, 전류, 자계 또는 일부 다른 센서 형태를 포함할 수 있다.

실시예에서, 주 센서(202)는 디지털 신호 처리(DSP)부(220)와 통신한다. DSP부(220)는 결국 입/출력(210)을 통해 외부 ECU 또는 다른 제어 유닛(예를 들어, 도 1을 참조)과 통신할 수 있다. 실시예에 따르면, 센서들(202 및 204)은 구조적으로 상이한 아날로그 신호 경로들, 혼합된 신호 경로들, 및 어느 정도까지는 디지털 신호 경로들과 프로세스들, 및 소프트웨어 구성요소들을 포함할 수 있는 구별되는 신호 경로들을 통해 DSP 부(220)와 통신한다. 도 2에서, 주 센서(202)와 연관된 주 신호 경로는 굵은 선으로 도시되고, 센서(204)와 연관된 보조 신호 경로는 단순한 쇄선으로 도시된다.

예를 들어, 도 2의 실시예에서, 주 신호 경로는 주 센서(202)로부터의 신호를 아날로그-디지털(A/D) 변환기(212) 및 A/D 변환 채널 크로스-스위치(214)에 통신할 수 있다. 보조 신호 경로는 보조 센서(204)로부터의 신호를, 부가적 또는 부수적 센서들(208)로부터의 임의의 신호들을 입력(들)으로서 또한 수신하는 멀티플렉서(216)에 통신한다. 보조 신호 경로는 다음에 MUX(216)로부터 그것의 출력을 크로스-스위치(214)에 또한 보내는 제2 A/D 변환기(218)로 이어진다.

실시예에서, 주 신호 경로의 요소들 및 보조 신호 경로의 요소들은 동일하지 않고/또는 상이한 작동 원리들을 사용하여 구현된다. 예를 들어, 주 신호 경로 내의 A/D 변환기(212)는 3차의 시그마-델타 변환기를 포함할 수 있고 보조 신호 경로 내의 A/D 변환기(218)는 1차의 시그마-델타 변환기를 포함할 수 있고, 또는 하나 이상의 A/D 변환기는 시그마-델타 대신에 연속 근사화 레지스터(SAR) 또는 플래시 기술을 이용할 수 있다. 바꾸어 말하면, 일반적으로, 주 센서(102)와 비교될 때, 덜 정밀하고, 더 느리고/또는 더 잡음이 있고, 상이한 작동 원리들을 사용하여 동작하고/또는, 부가적인 보조 감지 작업들을 포함하는 것인 보조 센서(204)와 같이, A/D 변환기(212)와 비교될 때 A/D 변환기(218)에 대해서도 마찬가지일 수 있다. 또한, 주 센서(102)와 비교될 때 보조 센서(204)는 더 낮은 샘플링률, 더 높은 지연 시간, 더 낮은 대역폭, 더 작은 아날로그-디지털 변환 해상도, 더 작은 신호 범위, 상이한 신호 인코딩들, 센서 신호들의 상이한 맵핑, 상이한 보상 알고리즘들, 및/또는 상이한 처리 스케줄을 가질 수 있다. 더 또한, 보조 센서(204)는 주 센서(102)가 제1 감지 요소들을 포함하는 것보다 더 적은 수의 제2 감지 요소들을 포함할 수 있다. 보조 센서(204)는 또한 주 센서(102)가 제1 감지 영역의 제1 감지 요소들을 포함하는 것보다 더 작은 제2 감지 영역의 제2 감지 요소들을 포함할 수 있다.

상이한 작동 원리가 임의 수의 많은 방식들로 구현될 수 있다. 상이한 작동 원리가 하드웨어 구현으로서 제1 신호 경로의 기능부를 위해 구현될 수 있고, 제2 신호 경로의 대응하는 기능부는 소프트웨어로서 구현된다. 대안적으로, 상이한 작동 원리가 제1 신호 경로에 대해 제2 신호 경로에 대해서와 상이한 감지 기술을 사용하여 구현될 수 있다. 대안적으로, 상이한 작동 원리가 제1 기능부에 대응하는 제2 신호 경로의 제2 기능부와 적어도 부분적으로 상이한 기능 처리 하드웨어를 제1 신호 경로의 제1 기능부를 위해 이용함으로써 구현될 수 있다.

크로스-스위치(214)의 출력들은 주 및 보조 신호 경로들 둘 다와 관련되고 디지털 신호 처리(DSP)부(220)에 공급된다. DSP(220)는 실시예에서 상태 머신(222), 클램핑 알고리즘(224) 및 메모리 매트릭스(226)를 포함한다. 주 및 보조 신호 경로들 개념과 일치하여, DSP(220)는 주 신호 경로와 연관된 제1 소프트웨어 부분 및 보조 신호 경로와 연관된 제2 소프트웨어 부분을 또한 포함한다. 부가적으로 또는 대안적으로, DSP(220)는 또한 주 신호 경로 및 제2 신호 경로에 대해 상이한 DSP 방법론들 또는 기술들을 구현할 수 있다. 실시예에서, DSP(220)는 인터페이스(228)를 통해 I/O(210)에 결합되고, I/O(210)는 결국 외부 ECU(도 2에 도시 안됨)에 결합된다.

DSP(220)는 멀티코어 프로세서, 또는 하나보다 많은 DSP로서 구현될 수 있다. 멀티-코어 DSP들은 동일한 코어들 또는 상이한 코어들을 포함할 수 있다. DSP(200)는 주 경로 내에 한 제공업자의 DSP, 및 보조 신호 경로 내에 상이한 제공업자로부터의 멀티-코어 DSP를 가질 수 있다.

주 및 보조 신호 경로들은 그럼으로써 많은 유리한 특성들을 제공하는 2개의 상이한, 준-중복 아날로그 신호 경로들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 주 신호 경로를 통하는 사이클 내의 센서(202)로부터의 주 자계 신호의 송신은 상당히 정밀한 계산 결과를 제공할 수 있고, 여기서 주 신호 경로 자체는 초핑 또는 다른 기술들을 사용함으로써와 같이, 매우 정밀하게, 그리고 적어도 보조 신호 경로에 대해, 빠르게 동작한다. 주 신호 경로는 다른 시스템 소자들에 의해 영향받지 않고서, 또한 독립적으로 그리고 자유롭게 동작한다.

분석 목적들을 위해, 보조 신호 경로는 또한 그것의 데이터를 제어 유닛에 제공하는 가능성을 제공하고, 여기서 데이터는 양의 또는 음의 부호로 처리될 수 있다. DSP(220)로부터 인터페이스(228) 및 I/O(210)로의 가능한 병렬 출력들이 시스템(200)에 도시되고, 순차적 송신들이 또한 시분할 멀티플렉스를 사용하여 또는 예를 들어, 외부적으로 요구된 대로 온 디맨드로 구현될 수 있다.

DSP(220)로부터 인터페이스(228)로의 출력들은 멀티플렉싱 방식에 따라, 하나의 인스턴스에서 주 신호 경로와 연관된 제1 출력 신호를 제공하고 그리고 멀티플렉싱 방식에 따라, 다른 인스턴트에서 보조 신호 경로와 연관된 제2 출력 신호를 제공하는 단지 하나의 단자를 통해 출력될 수 있다.

센서들(202 및 204 및 선택적으로 208)은 센서들(202 및 204) 자체의 프로세스들, 기술적 성능 및 규격들, 크기 및/또는 배치, 및 바이어싱을 포함하는, 그들의 측정된 값들에 대해 상이한 감지 원리들을 이용할 수 있다. 시스템(200)의 실시예는 2개의 밴드갭 바이어싱 부분들(230 및 232) 및 바이어싱 비교(234)를 포함한다. 바이어싱 부분(230)은 주 신호 경로와 연관되고, 바이어싱 부분(232)은 보조 신호 경로와 연관된다. 바이어싱 부분들(230 및 232)은 각각 센서들(102 및 104)의 상이한 바이어싱의 선택을 제공하고, 바이어싱 비교(234)는 고려를 위해 DSP(220)에 출력 신호를 제공할 수 있다.

시스템(200)의 실시예들은 또한 A/D 변환기들(212 및 218) 및 크로스-스위치(214)를 통해, 상이한 A/D 변환 및/또는 스위칭 개념들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 앞서 언급된 바와 같이, 주 신호 경로 내의 A/D 변환기(212)는 3차의 시그마-델타 변환기를 포함할 수 있고 보조 신호 경로 내의 A/D 변환기(218)는 1차의 시그마-델타 변환기를 포함할 수 있고, 또는 하나 이상의 A/D 변환기는 시그마-델타 대신에 연속 근사화 레지스터(SAR) 또는 플래시 기술을 이용할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 이들 상이한 A/D 변환 및/또는 스위칭 개념들은 상이한 장애 동작들 및/또는 불량 확률들을 제공할 수 있다. 측정 범위들은 클램핑 또는 제한 효과들을 검출하기 위해, 도 2 내의 A/D 변환기들(212 및 218)로의 주목된 입력들을 통해, 실시예들에서 또한 스위치될 수 있다.

실시예들은 또한 그들의 각각의 주 및 보조 신호 경로들로 센서들(202 및 204)을 스위칭하는 선택을 제공할 수 있다. 예를 들어, 보조 센서(204)는 주 신호 경로와 교환될 수 있고, 마찬가지로 센서(202)는 보조 신호 경로와 교환될 수 있다. 이 선택은 예를 들어, 센서를 그것의 경로와 분리시킴으로써 개선된 장애 검출 및/또는 위치 찾기를 제공할 수 있다.

시스템(200)의 실시예들에 의해 제시된 또 하나의 장점은 지수들을 형성함으로써와 같이, 주 및 보조 신호 경로들 각각의 출력 신호들을 비교하고 그 결과를 평가하는 능력이다. 이 결과는 센서들(202 및 204), 신호 경로들, 시스템(200) 및/또는 일부 다른 소자의 성능 및 기능과 관련된 하나 이상의 양태를 결정하도록 평가될 수 있다. 예를 들어, 출력 신호들을 비교하면 입력 신호의 급속한 변화가 검출될 수 있다. 센서(208)가 온도 센서를 포함할 때 온도 보상과 같은, 보상을 이용하는 실시예들에서, 출력 신호들은 온도 보상 신호의 함수로서 비교될 수 있다. 다른 실시예들에서, 센서들(208)로부터의 정보의 클램핑 또는 제한은 다른 신호들, 특성들 또는 정보를 분리하도록 구현될 수 있다.

DSP(220)가 주 신호 경로를 위한 소프트웨어 1 및 보조 신호 경로를 위한 소프트웨어 2를 이용하기 때문에, 신호 경로들의 출력 결과들이 실시예들에서 비교될 수 있다. 이러한 비교는 소프트웨어 알고리즘들 자체들의 체크를 제공할 수 있다. 내부 또는 외부 윈도우 비교들은 또한 2개의 신호 경로들 또는 DSP(220)의 계산 결과들의 타당성 체크들에서 사용될 수 있다. 이러한 타당성 체크의 결과로서, 경고 및/또는 불량 임계들이 구현될 수 있다.

2개의 신호 경로들의 출력 결과들의 비교는 2개의 신호 경로들의 출력 결과들의 지수, 또는 선형 변환 중 적어도 하나를 형성하는 것, 및 차이 임계에 대한 2개의 신호 경로들의 출력 결과들 사이의 절대차의 비교를 포함할 수 있다.

실시예들은 그러므로 센서 시스템에서의 장애 자체 진단뿐만 아니라 안전 표준 호환성을 제공할 수 있다. 장애들의 취급이 문제 및/또는 관련 안전 표준들에서의 특정한 시스템뿐만 아니라 유형 및 엄격성에 따라 변화할 수 있지만, 실시예들은 검출된 문제들을 시스템 사용자들에게 경보할 기회들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 자계 센서들을 이용하는 안전이 중요한 자동차 전자 파워 스티어링 센서 응용에서, 검출된 장애들은 적절한 조치가 취해질 수 있도록 ECU가 중대한 시스템 문제를 운전자에게 경보하게 할 수 있다. 소정의 응용들에서, ECU는 오류 장애 또는 편차 상황에서 안전 모드 또는 안전 동작 프로토콜로 전환하도록 프로그램될 수 있다.

또한, 실시예들은 중복 일차 센서들(redundant primary sensors)을 이용하는 종래의 해결책들보다 더 공간 및 비용 효율적이다. 예를 들어, 주/보조 센서 및 신호 경로는 2개라기보다는, 단일의 일차 센서만을 이용하면서 실시예들에서 10%미만 만큼 칩 면적을 증가시킬 수 있고, 보조 센서는 전형적으로 그것의 성능에 대한 감소된 요구들에 비추어서 덜 비싼 디바이스이다. 덜 비싼 보조 센서에 비추어서, 단일 칩 상에 2개의 일차 센서들을 이용하는 종래의 해결책들보다 나은 장점들이 또한 달성될 수 있다.

시스템들, 디바이스들 및 방법들의 다양한 실시예들이 여기에 설명되었다. 이들 실시예는 예로서만 주어지고 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 더구나, 설명된 실시예들의 다양한 특징들이 수많은 추가 실시예들을 만들어내기 위해 다양한 방식들로 조합될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 다양한 재료들, 치수들, 형상들, 주입 위치들 등이 개시된 실시예들에 사용하기 위해 설명되었지만, 개시된 것들 이외의 다른 것들이 본 발명의 범위를 넘지 않고서 이용될 수 있다.

관련 기술 분야들의 통상의 기술자들은 본 발명이 위에 설명된 임의의 개별적인 실시예에서 예시된 것보다 적은 수의 특징들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 여기에 설명된 실시예들은 본 발명의 다양한 특징들이 조합될 수 있는 방식들의 한정된 제시로 의도되지 않는다. 따라서, 실시예들은 특징들의 상호 배타적인 조합들이 아니고; 오히려, 본 발명은 본 기술 분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되는 바와 같이, 상이한 개별적인 실시예들로부터 선택된 상이한 개별적인 특징들의 조합을 포함할 수 있다.

상기 문서들이 참조로 포함되는 것은 본원의 명시적인 개시내용과 반대되는 주제가 포함되지 않도록 제한된다. 상기 문서들이 참조로 포함되는 것은 문서들 내에 포함된 청구범위가 본원에 참조로 포함되지 않도록 더 제한된다. 상기 문서들이 참조로 포함되는 것은 문서들에서 제공된 어떤 정의들이 본원에 분명히 포함되지 않는다면 본원에 참조로 포함되지 않도록 더 제한된다.

본 발명의 청구범위를 해석하는 목적들을 위해, 특정한 용어들 "하는 수단" 또는 "하는 단계"가 청구범위에 나열되지 않는다면 35 U.S.C.의 제112조, 제6항의 규정들이 적용되지 않는 것이 분명히 의도된다.

Claims

모놀리식 집적 회로로서,
물리적 양(physical quantity)을 표시하도록 구성되고, 반도체 칩 상의 제1 센서 신호를 위한 제1 신호 경로를 갖는 제1 센서 디바이스; 및
상기 물리적 양을 표시하도록 구성되고, 상기 반도체 칩 상의 제2 센서 신호를 위한 제2 신호 경로를 갖는 제2 센서 디바이스
를 포함하고,
상기 제2 신호 경로는 상기 제1 신호 경로와 분리되고 구별되고, 상기 제1 신호 경로와 비교될 때, 더 낮은 샘플링률, 더 높은 지연 시간, 더 낮은 대역폭, 덜 정밀한 것, 더 많은 잡음을 갖는 것, 더 작은 아날로그-디지털 변환 해상도(analog-to-digital conversion resolution), 및 더 작은 신호 범위를 갖는 것으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 특성을 갖고,
상기 제2 센서 디바이스는 상기 제1 센서 디바이스가 제1 감지 요소들을 포함하는 것보다 적은 수의 제2 감지 요소들을 포함하고, 상기 제2 센서 디바이스는 상기 제1 센서 디바이스가 제1 감지 영역의 제1 감지 요소들을 포함하는 것보다 작은 제2 감지 영역의 제2 감지 요소들을 포함하고, 상이한 작동 원리(working principle), 상이한 신호 인코딩들, 센서 신호들의 상이한 맵핑, 상이한 보상 알고리즘들, 및 상이한 처리 스케줄을 갖고,
상기 제1 신호 경로와 관련된 제1 출력 신호 및 상기 제2 신호 경로와 관련된 제2 출력 신호는 상기 모놀리식 집적 회로로부터 외부 제어 유닛에 통신가능하며,
상기 제1 신호 경로는 제1 아날로그-디지털(A/D) 변환기를 포함하고 상기 제2 신호 경로는 상기 제1 A/D 변환기와 상이한 제2 A/D 변환기를 포함하고 상기 제1 A/D 변환기는 상기 제2 A/D 변환기의 변환 개념과 구별되는 적어도 하나의 변환 개념으로 동작하는 모놀리식 집적 회로.
제1항에 있어서, 상기 상이한 작동 원리는 하드웨어 구현으로서 상기 제1 신호 경로의 일부분을 위해 구현되고, 상기 제2 신호 경로의 대응하는 부분은 소프트웨어로서 구현되는 모놀리식 집적 회로.
제1항에 있어서, 상기 상이한 작동 원리는 상기 제1 신호 경로에 대해 상기 제2 신호 경로에 대해서와 상이한 감지 기술을 사용하여 구현되는 모놀리식 집적 회로.
제1항에 있어서, 상기 상이한 작동 원리는 상기 제1 신호 경로의 제1 부분을 위해 상기 제1 부분에 대응하는 상기 제2 신호 경로의 제2 부분과 적어도 부분적으로 상이한 기능적 처리 하드웨어를 이용함으로써 구현되는 모놀리식 집적 회로.
제1항에 있어서,
상기 반도체 칩 상에 있고 상기 제1 및 제2 신호 경로 신호들을 수신하기 위해 상기 제1 및 제2 신호 경로들에 결합된 디지털 신호 프로세서(DSP)를 더 포함하고, 상기 DSP는 상기 제1 신호 경로 신호와 상기 제2 신호 경로 신호를 비교하도록 구성된 모놀리식 집적 회로.
제5항에 있어서, 상기 DSP는 상기 제1 신호 경로와 연관된 제1 디지털 신호 처리부 및 상기 제2 신호 경로와 연관된 제2 디지털 신호 처리부를 포함하는 모놀리식 집적 회로.
제5항에 있어서, 상기 DSP는 아날로그-디지털(A/D) 변환 채널 크로스-스위칭 디바이스에 의해 상기 제1 및 제2 신호 경로들에 결합된 모놀리식 집적 회로.
제1항에 있어서,
상기 제2 신호 경로에 결합된 적어도 하나의 부가 센서 디바이스를 더 포함하는 모놀리식 집적 회로.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부가 센서 디바이스는 온도 센서, 응력 센서, 전류 센서, 전압 센서, 및 자계 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택된 모놀리식 집적 회로.
제8항에 있어서,
상기 제2 센서 디바이스 및 상기 적어도 하나의 부가 센서 디바이스를 상기 제2 신호 경로에 결합시키도록 구성된 상기 반도체 칩 상의 멀티플렉서를 더 포함하는 모놀리식 집적 회로.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 센서 디바이스들은 자계 센서들을 포함하는 모놀리식 집적 회로.
제1항에 있어서,
상기 제1 센서 디바이스 및 상기 제1 신호 경로에 결합된 제1 바이어싱 회로, 및 상기 제2 센서 디바이스 및 상기 제2 신호 경로에 결합된 제2 바이어싱 회로를 더 포함하는 모놀리식 집적 회로.
제12항에 있어서,
상기 제1 바이어싱 회로로부터 제1 바이어싱 신호를 그리고 상기 제2 바이어싱 회로로부터 제2 바이어싱 신호를 수신하여 상기 제1 바이어싱 신호와 상기 제2 바이어싱 신호를 비교하도록 구성된 바이어싱 비교기를 더 포함하는 모놀리식 집적 회로.
모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법으로서,
주 센서를 포함하는 주 신호 경로를 단일 반도체 칩 상에서 구현하는 단계;
보조 센서 및 보조 신호 경로를 상기 단일 반도체 칩 상에서 구현하는 단계 - 상기 보조 신호 경로는 상기 주 신호 경로와 분리되고 구별되고, 상기 주 신호 경로와 비교될 때, 더 낮은 샘플링률, 더 높은 지연 시간, 더 낮은 대역폭, 덜 정밀한 것, 더 많은 잡음을 갖는 것, 더 작은 아날로그-디지털 변환 해상도, 더 작은 신호 범위, 및 상이한 작동 원리를 갖는 것으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 특성을 갖고,
상기 보조 센서는 상기 주 센서가 제1 감지 요소들을 포함하는 것보다 적은 수의 제2 감지 요소들을 포함하고, 상기 보조 센서는 상기 주 센서가 제1 감지 영역의 제1 감지 요소들을 포함하는 것보다 작은 제2 감지 영역의 제2 감지 요소들을 포함하고, 상이한 감지 원리, 상이한 신호 인코딩들, 센서 신호들의 상이한 맵핑, 상이한 보상 알고리즘들, 및 상이한 처리 스케줄을 가짐 -;
상기 주 신호 경로 상에서 제1 아날로그-디지털(A/D) 변환 기술을 구현하는 단계;
상기 보조 신호 경로 상에서, 상기 제1 A/D 변환 기술과 상이한 제2 A/D 변환 기술을 구현하는 단계;
제1 출력 신호로서 상기 주 신호 경로의 신호 및 제2 출력 신호로서 상기 보조 신호 경로의 신호를 제공하는 단계; 및
상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호를 비교하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 A/D 변환 기술은 상기 제2 A/D 변환 기술의 변환 개념과 구별되는 적어도 하나의 변환 개념으로 동작하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제14항에 있어서, 적어도 하나의 부가 센서를 상기 보조 신호 경로에 멀티플렉싱하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부가 센서로부터 적어도 하나의 보상 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제14항에 있어서,
제1 바이어싱 부분에 의해 상기 주 센서를 바이어싱하는 단계;
상기 제1 바이어싱 부분과 상이한 제2 바이어싱 부분에 의해 상기 보조 센서를 바이어싱하는 단계; 및
상기 주 센서의 바이어싱 전류 및 상기 보조 센서의 바이어싱 전류를 측정하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 주 및 보조 신호 경로들을 디지털 신호 프로세서(DSP)에 결합하는 단계;
상기 제1 출력 신호를 결정하기 위해 상기 DSP의 제1 소프트웨어 부분을 사용하여 상기 주 신호 경로의 신호를 처리하는 단계; 및
상기 제2 출력 신호를 결정하기 위해 상기 DSP의 제2 소프트웨어 부분을 사용하여 상기 보조 신호 경로의 신호를 처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 소프트웨어 부분은 상기 제1 소프트웨어 부분과 상이한, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제18항에 있어서,
주 신호 경로 부분 및 보조 신호 경로 부분을 포함하는 상기 DSP의 병렬 출력들을 제공하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 비교하는 단계는 상기 주 신호 경로의 신호 및 상기 보조 신호 경로의 신호의 지수(quotient) 또는 선형 변환 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 지수 또는 선형 변환을 평가하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 주 센서 또는 상기 보조 센서 중 선택되지 않은 것에 대한 측정 범위는 변경되지 않은 채로 남기면서, 상기 주 센서 또는 상기 보조 센서 중 선택된 것의 측정 범위를 조정하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 주 센서가 상기 보조 신호 경로에 결합되고 상기 보조 센서가 상기 주 신호 경로에 결합되도록 상기 주 센서와 상기 보조 센서를 교환하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 외부 제어 유닛은 상기 외부 제어 유닛에 의해 수신되고 비교되는 상기 통신가능한 제1 및 제2 출력 신호들에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 모놀리식 집적 회로.
제19항에 있어서,
상기 주 신호 경로 부분에 의해 상기 제1 출력 신호를 제공하는 단계; 및
상기 보조 신호 경로 부분에 의해 상기 제2 출력 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제18항에 있어서,
출력 부분에 의해 상기 제1 출력 신호를 제공하는 단계; 및
시간 멀티플렉싱 방식을 사용하여 상기 출력 부분에 의해 상기 제2 출력 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제25항에 있어서, 외부 제어 유닛에 상기 DSP의 상기 병렬 출력들을 결합하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제27항에 있어서, 상기 비교의 결과로서 상기 외부 제어 유닛에 의해 경보를 제공하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 비교하는 단계는 상기 단일 반도체 칩에서 수행되는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 모놀리식 집적 회로 내의 오류 또는 편차의 식별;
상기 센서들, 상기 신호 경로들, 또는 상기 DSP 중 적어도 하나의 타당성 체크(plausibility check); 또는
상기 센서들, 상기 신호 경로들, 또는 상기 DSP 중 적어도 하나의 검증
중 적어도 하나를 상기 비교하는 단계의 결과로서 제공하는 단계를 더 포함하는, 모놀리식 집적 회로를 모니터하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 제1 출력 신호 및 상기 제2 출력 신호는 상기 모놀리식 집적 회로로부터 비교를 위해 상기 외부 제어 유닛에 통신가능한 모놀리식 집적 회로.
제31항에 있어서, 상기 비교는 상기 모놀리식 집적 회로 내의 에러 또는 편차의 식별, 상기 센서들, 상기 신호 경로들, 또는 상기 DSP 중 적어도 하나의 타당성 체크, 또는 상기 센서들, 상기 신호 경로들, 또는 상기 DSP 중 적어도 하나의 검증 중 적어도 하나를 포함하는 모놀리식 집적 회로.
제31항에 있어서, 상기 비교는 상기 제1 출력 신호 및 상기 제2 출력 신호의 지수, 선형 변환, 차이 임계(difference threshold)에 대한 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호 사이의 절대차(absolute difference)의 비교 중 적어도 하나를 형성하는 것을 포함하는 모놀리식 집적 회로.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제1 A/D 변환기로부터의 상기 제1 신호 경로와 관련된 상기 제1 출력 신호 및 상기 제2 A/D 변환기로부터의 상기 제2 신호 경로와 관련된 상기 제2 출력 신호는 상기 모놀리식 집적 회로로부터 상기 외부 제어 유닛에 통신가능한 모놀리식 집적 회로.
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삭제
제2항에 있어서, 상기 외부 제어 유닛은 상기 통신가능한 제1 출력 신호와 제2 출력 신호를 수신하여 비교하도록 구성된 모놀리식 집적 회로.