NL1010303C2

NL1010303C2 - Beveiliging.

Info

Publication number: NL1010303C2
Application number: NL1010303A
Authority: NL
Inventors: Paulus Van Kempen
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2000-04-17
Also published as: JP2002527807A; CA2314147C; EP1051674B1; IL136195A; US6452771B1; EP1051674A1; CN1287635A; AU755671B2; AU6339999A; DE69914059T2; CN1333322C; ATE257606T1; DE69914059D1; IL136195A0; WO2000022500A1; CA2314147A1

Description

Beveiliging

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het detecteren van een potentieel destructieve toestand waarin 5 een elektronica bevattende inrichting zich kan bevinden en voor het beëindigen van die toestand, waarbij voortdurend door de elektronica via aansluitmiddelen opgenomen stromen Ij, I2, .In uit tenminste één voedingsspanning worden vergeleken met in een geheugen opgeslagen maximaal toelaat-10 bare stromen Im,# Im2, .Im„ en waarbij de aansluitmiddelen worden losgekoppeld van de tenminste één voedingsspanning en vervolgens worden geaard zodra tenminste één opgenomen stroom Ij groter is dan de bijbehorende maximaal toelaatbare stroom Imj, met je{l,2,..,m}.

15

De werkwijze heeft tot doel te voorkómen dat de elektronica defect raakt, in het bijzonder door een in het vakgebied bekende latch-up toestand. Bij deze toestand raakt tenminste één component van de elektronica in een bij het 20 ontwerp niet voorziene, althans uitgesloten geachte toestand, die het defect raken van tenminste die ene component tot gevolg heeft, waardoor in het algemeen de bruikbaarheid van de inrichting nadelig wordt beïnvloed. Latch-up kan ontstaan door sterke elektromagnetische 25 velden, statische ontladingen, sterk wisselende voedingspanningen of door hoog-energetische deeltjes.

Bij professionele apparatuur, bedoeld voor bijvoorbeeld de ruimtevaart of voor militaire applicaties, worden bij 30 voorkeur componenten benut waarvoor geen latch-up mogelijk is. Voor toepassing in meer alledaagse apparatuur zijn deze componenten te duur. Met name in computerapparatuur worden vrijwel uitsluitend componenten van het vierlaags type toegepast die in hoge mate gevoelig zijn voor latch-up.

35 1010303 2

Computerapparatuur wordt massaal gebruikt en heeft een ongemeen hoge graad van perfectie bereikt. Daardoor is een toepassing van deze COTS (Commercial Off The Shelf) apparatuur ook bij professionele toepassingen niet langer 5 te vermijden. Het gevaar bestaat dan dat deze professionele apparatuur defect raakt ten gevolge van latch-up van een component in COTS apparatuur. In de ruimtevaart kan dit optreden tengevolge van zonneactiviteiten die met een hoge straling gepaard gaan. In militaire applicaties moet 10 apparatuur bestand zijn tegen relatief nabije nucleaire explosies. In meer voor de hand liggende applicaties kan latch-up optreden door een blikseminslag in de nabijheid van de apparatuur of door problemen met het boordnet van bijvoorbeeld een schip of een vliegtuig.

15

Het doel van de uitvinding kan daarom worden omschreven als het beveiligen van COTS apparatuur tegen de gevolgen van latch-up, zonder deze COTS apparatuur als zodanig te wijzigen.

20

De uitvinding heeft tevens betrekking op een beveiliging voor het detecteren van een potentieel destructieve toestand waarin een elektronica bevattende inrichting zich kan bevinden en voor het beëindigen van die toestand, 25 voorzien van meetmiddelen voor het meten van door de elektronica in de gebruikstoestand opgenomen stromen uit tenminste één voedingsspanning, van geheugenmiddelen voor het opslaan van door de elektronica onder operationele omstandigheden maximaal toelaatbare stromen, van een 30 digitale processor voor het voortdurend vergelijken van opgenomen stromen met overeenkomstige in het geheugen opgeslagen stromen en van door de processor gestuurde schakelmiddelen voor het van de tenminste één voedingsspanning losnemen en vervolgens met aarde verbinden van de 35 elektronica als tenminste één opgenomen stroom de overeen- 1010303 3 komstige in het geheugen opgeslagen maximaal toelaatbare stroom overschrijdt.

Doorgaans kan een te beveiligen inrichting zich in 5 verschillende gebruiksmodes bevinden. Ze kan bijvoorbeeld in een stand-by mode staan of volledig operationeel zijn. Een gunstige realisatie van de werkwijze heeft als kenmerk, dat voor elke gebruiksmode een in die gebruiksmode te hanteren set maximaal toelaatbare stromen in het geheugen 10 is opgeslagen.

Uit metingen blijkt dat de stromen in de verschillende gebruiksmodes in het algemeen afhangen van een omgevingstemperatuur waarbij de inrichting wordt gebruikt. Een 15 uitvoeringsvorm volgens een verder aspect van de uitvinding, waarbij eveneens met een wisselende omgevingstemperatuur rekening wordt gehouden heeft als kenmerk, dat voor elke gebruiksmode voor een aantal omgevingstemperaturen een in die gebruiksmode bij die temperatuur te 20 hanteren set maximaal toelaatbare stromen in het geheugen is opgeslagen. Men kan dan voor een bepaalde omgevingstemperatuur een maximaal toelaatbare stroom afleiden van de voor de meest nabijgelegen temperaturen opgeslagen maximaal toelaatbare stromen, bijvoorbeeld op basis van lineaire 25 interpolatie.

Bij het omschakelen van een eerste mode in een tweede mode kunnen bepaalde stromen tijdsafhankelijk variëren. Meer precies zal vaak bij inschakeling van een bepaalde functie 30 de stroom in eerste instantie hoog zijn, bijvoorbeeld door het aanlopen van een motor of het stappen van een stappen-motor. Een gunstige realisatie van de werkwijze heeft daarom als kenmerk, dat in de in het geheugen opgeslagen set maximaal toelaatbare stromen deze stromen tijds-35 afhankelijk zijn opgeslagen.

1010303 4

Het bepalen van de sets maximaal toelaatbare stromen gebeurt bij voorkeur voor elk apparaat afzonderlijk, omdat de spreiding in het stroomverbruik van elektronische componenten en daarmee de spreiding in het stroomverbruik 5 per apparaat aanzienlijk kan zijn. Een gunstige werkwijze volgens een verder aspect van de uitvinding die dit op een eenvoudige wijze mogelijk maakt heeft als kenmerk, dat in een pre-operationele fase voor de verschillende omgevingstemperaturen en gebruiksmodes de opgenomen stromen Ij, I2, 10 . . , In worden bepaald en dat de maximaal toelaatbare waarden

Imj, Im2, . Imn worden bepaald uit de waarden Ilt I2,

In door deze met een factor te vermenigvuldigen. In een gunstige realisatie wordt de factor in het interval 1,05- 1,2 gekozen.

15

In een gunstige uitvoeringsvorm volgens een verder aspect van de uitvinding heeft de beveiliging als kenmerk, dat de inrichting zich in een aantal verschillende gebruiksmodes kan bevinden, dat de geheugenmiddelen zijn ingericht voor 20 het per gebruiksmode voor een aantal temperatuurbereiken opslaan van een set maximaal toelaatbare stromen en dat de processor is ingericht voor het per gebruiksmode en per temperatuurbereik vergelijken van de opgenomen stromen met de daarbij behorende set van maximaal toelaatbare stromen.

25

Een gunstige uitvoeringsvorm volgens een verder aspect van de uitvinding, waarbij de sets maximaal toelaatbare stromen semi-automatisch worden verkregen heeft als kenmerk, dat de processor tevens is ingericht voor het in een pre-30 operationele fase bepalen van de per gebruiksmode en per temperatuurbereik opgenomen stromen, voor het daaruit bepalen van de maximaal toelaatbare stromen en voor het opslaan van deze maximaal toelaatbare stromen in de geheugenmiddelen.

35 1010303 5

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de figuur. Ze toont schematisch een inrichting 1 voor het voorkomen van schade tengevolge van latch-up aan een inrichting 2, welke inrichting 2 is aangesloten aan een 5 host 3. Host 3 is bijvoorbeeld een militaire installatie of een kunstmaan en is doorgaans zo uitgevoerd dat latch-up niet kan optreden. Bij inrichting 2, in deze uitvoeringsvorm een hard disk, kan wel latch-up optreden doordat goedkope halfgeleiders zijn toegepast. Latch-up kan worden 10 vastgesteld door een plotselinge toename van tenminste één opgenomen voedingsstroom van inrichting 2. Daarom zijn volgens de uitvinding de +5 volt voedingslijn 4 en de +12 volt voedingslijn 5 voorzien van sense weerstanden 6, 7, welke sense weerstanden zijn aangesloten op een analoge 15 interface 8, voorzien van twee differentiaalversterkers en twee A/D omzetters die op een in het vakgebied bekende wijze de opgenomen stromen omzetten naar digitale signalen die door een digitale processor 9 verwerkt kunnen worden. Processor 9 kan met behulp van schakelaars 10, 11 20 inrichting 2 aansluiten op de +5 en +12 volt voedingslijnen 4, 5 of hij kan inrichting 2 aarden, waarbij de afvlak-condensatoren 12, 13, die deel uitmaken van inrichting 2, worden ontladen. Dit laatste vindt volgens de uitvinding plaats zodra latch-up is geconstateerd, omdat in de 25 afvlakcondensatoren 12, 13 opgeslagen energie mogelijk voldoende is om de halfgeleider waarin latch-up plaats vindt te vernielen.

Om te constateren of latch up plaats vindt vergelijkt 30 processor 9 voortdurend de met behulp van analoge interface 8 gedigitaliseerde opgenomen stromen met in een geheugen van processor 9 opgeslagen stromen. Wordt latch-up geconsta-teerd dan worden de schakelaars 10, 11 onverwijld in de aardstand gezet, waarna na bijvoorbeeld vijf seconden 35 de +5 en +12 volt voedingspanningen weer worden aangesloten.

1010303 6

Inrichting 2 kan doorgaans in verschillende toestanden verkeren. Voor een hard disk onderscheiden we bijvoorbeeld het aanlopen van de disk bij het inschakelen, het transporteren van data tussen inrichting 2 en host 3, het 5 stappen naar een andere cilinder, het lezen en schrijven van data en een idle stand.

De overgang van een toestand naar een andere toestand wordt bewerkstelligd door een commando aan inrichting 2 te geven 10 via een set commandolijnen 14,, .., 14n, welke commando- lijnen ook door processor 9 worden gelezen. Een verandering van een van de commandolijnen resulteert in een interrupt van processor 9. In een preoperationele fase wordt na elke interrupt de opgenomen stroom uit de +5 volt en de +12 volt 15 voedingslijnen 4, 5 gedurende enige tijd gemeten en opgeslagen in het geheugen van processor 9, samen met de logische levels van de commandolijnen 14,, .., 14n en de verandering die de interrupt genereerde. Meer precies wordt niet de meting bewaard maar het maximum van de actuele 20 meting en van eerdere metingen die tengevolge van dezelfde verandering zijn gedaan. Feitelijk wordt dus voor elke verandering precies één meting onthouden, die de maximaal optredende stromen als functie van de tijd weergeven die door de verandering worden veroorzaakt.

25

Zijn in een preoperationele fase deze maximaal optredende stromen bepaald, dan worden deze waarden met een veiligheidsfactor vermenigvuldigd om drempelwaarden te verkrijgen. In een operationele fase wordt vervolgens de 30 beveiliging ingeschakeld als de actuele stroom uit de +5 volt of de +12 volt groter is dan de zo verkregen drempelwaarden.

De veiligheidsfactor wordt bij voorkeur klein gekozen, 35 omdat dit de kans vergroot dat een latch-up tijdig wordt gedetecteerd. Een te kleine veiligheidsfactor geeft een 1010303 7 relatief grote vals-alarm kans en dus een nodeloos uitschakelen van inrichting 2. De veiligheidsfactor wordt bij voorkeur voor een bepaalde applicatie experimenteel bepaald door voor verschillende veiligheidsfactoren de 5 vals-alarm kans te meten en afhankelijk van de applicatie een compromiswaarde te kiezen. Deze compromiswaarde ligt doorgaans rond 1,1.

Het blijkt dat voor sommige COTS apparatuur de opgenomen 10 stromen variëren met de omgevingstemperatuur. In dat geval kan een temperatuursensor 15 op het COTS apparaat worden aangebracht, bijvoorbeeld een NTC weerstand, en kunnen de opgenomen stromen in een preoperationele fase voor een aantal temperaturen worden bepaald. Voor elke temperatuur 15 kan vervolgens op de hiervoor beschreven wijze een set maximaal toelaatbare stromen worden bepaald. In de operationele fase kunnen dan de actuele maximaal toelaatbare stromen hieruit worden bepaald, bijvoorbeeld door lineaire interpolatie tussen de opgeslagen waarden 20 verkregen voor de meest nabijgelegen temperaturen.

In het algemeen zal een COTS apparaat zich vrijwel steeds in één bepaalde toestand bevinden, bijvoorbeeld een idle toestand bij kamertemperatuur. Het kan dan nuttig zijn 25 inrichting 1 van een testschakelaar te voorzien, waarmee een bepaalde voedingsstroom kunstmatig bijvoorbeeld 10% kan worden verhoogd. Hiermee kan periodiek de werking van de inrichting worden gecontroleerd.

1010303

Claims

1. Werkwijze voor het detecteren van een potentieel destructieve toestand waarin een elektronica bevattende 5 inrichting zich kan bevinden en voor het beëindigen van die toestand, waarbij voortdurend door de elektronica via aansluitmiddelen opgenomen stromen I,, I2, .., I„ uit tenminste één voedingsspanning worden vergeleken met in een geheugen opgeslagen maximaal toelaatbare stromen Imt, Im2, 10 .., IiDn en waarbij de aansluitmiddelen worden losgekoppeld van de tenminste één voedingsspanning en vervolgens worden geaard zodra tenminste één opgenomen stroom Ij groter is dan de bijbehorende maximaal toelaatbare stroom Imj, met je{l,2,..,m}. 15

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting zich in een aantal verschillende gebruiks-modes kan bevinden en dat voor elke gebruiksmode een in die gebruiksmode te hanteren set maximaal toelaatbare stromen 20 in het geheugen is opgeslagen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat voor elke gebruiksmode voor een aantal omgevingstemperaturen een in die gebruiksmode bij die temperatuur te 25 hanteren set maximaal toelaatbare stromen in het geheugen is opgeslagen.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat in de in het geheugen opgeslagen set maximaal toelaatbare 30 stromen deze stromen tijdsafhankelijk zijn opgeslagen.

5. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat in een pre-operationele fase voor de verschillende omgevingstemperaturen en gebruiksmodes de opgenomen stromen I]( I2, 35 . . , In worden bepaald en dat de maximaal toelaatbare waarden 1010303 Iirij, Im2, .., Imn worden bepaald uit de waarden Ilf I2, ··» In door deze met een factor te vermenigvuldigen.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de 5 factor in het interval 1,05-1,2 wordt gekozen.

7. Beveiliging voor het detecteren van een potentieel destructieve toestand waarin een elektronica bevattende inrichting zich kan bevinden en voor het beëindigen van die 10 toestand, voorzien van meetmiddelen voor het meten van door de elektronica in de gebruikstoestand opgenomen stromen uit tenminste één voedingsspanning, van geheugenmiddelen voor het opslaan van door de elektronica onder operationele omstandigheden maximaal toelaatbare stromen, van een 15 digitale processor voor het voortdurend vergelijken van opgenomen stromen met overeenkomstige in het geheugen opgeslagen stromen en van door de processor gestuurde schakelmiddelen voor het van de tenminste één voedingsspanning losnemen en vervolgens met aarde verbinden 20 van de elektronica als tenminste één opgenomen stroom de overeenkomstige in het geheugen opgeslagen stroom overschrijdt.

8. Beveiliging volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat 25 de inrichting zich in een aantal verschillende gebruiks- modes kan bevinden, dat de geheugenmiddelen zijn ingericht voor het per gebruiksmode voor een aantal temperatuur-bereiken opslaan van een set maximaal toelaatbare stromen en dat de processor is ingericht voor het per gebruiksmode 30 en per temperatuurbereik vergelijken van de opgenomen stromen met de daarbij behorende set van maximaal toelaatbare stromen.

9. Beveiliging volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat 35 de processor tevens is ingericht voor het in een pre- operationele fase bepalen van de per gebruiksmode en per 1010303 temperatuurbereik opgenomen stromen, voor het daaruit bepalen van de maximaal toelaatbare stromen en voor het opslaan van deze maximaal toelaatbare stromen in de geheugenmiddelen. 5

10. Beveiliging volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de beveiliging is voorzien van een testschakelaar, waarmee een bepaalde voedingsstroom kunstmatig kan worden verhoogd. 101 0303