傳感器系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及傳感器系統(tǒng)和方法。本公開教導(dǎo)了一種傳感器系統(tǒng)，包括至少兩個傳感器元件，其通過使用相異的信號路徑，相異的傳感器信號的協(xié)議表示，各個傳感器信號的合并而引起由于增加的診斷覆蓋范圍而導(dǎo)致的各個傳感器信號的增加的可靠性，所述各個傳感器信號維持在其協(xié)議表示中包括的各個傳感器信號的無關(guān)性。
【專利說明】傳感器系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請是要求2015年2月3日提交的美國臨時申請N0.62/111，557的優(yōu)先權(quán)的非臨時申請，所述美國臨時申請整體并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]鑒于現(xiàn)代汽車車輛的日益增多的自動化和半導(dǎo)體內(nèi)容，復(fù)雜系統(tǒng)，例如但不限于汽車車輛內(nèi)的電子系統(tǒng)的功能安全是一個重要的主題。期望具有作為用于安全相關(guān)的系統(tǒng)的部件的可靠并且安全的集成電路。部件的安全能力可由導(dǎo)致安全狀態(tài)的對非故意故障的限定反應(yīng)來描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，需要發(fā)明方法和設(shè)備，其為復(fù)雜系統(tǒng)，例如汽車車輛，提供所要求的安全特征。
[0005]對于半導(dǎo)體襯底上的集成電路，若干故障情況與襯底相關(guān)。由與襯底相關(guān)的問題引起的系統(tǒng)中的故障可以被認(rèn)為是具有共同的原因的故障。由于襯底上系統(tǒng)的若干部分可能對由襯底引起的共同原因，例如襯底內(nèi)的裂縫、溫度變化、濕度、機(jī)械應(yīng)力、電荷載流子密度和/或電荷載流子迀移率，基本上相同起反應(yīng)，所以這些失效可能保持不被檢測到。
[0006]本公開尤其描述了安全特征、協(xié)議和/或方法，其使得能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的診斷以便評估系統(tǒng)或系統(tǒng)的部分是否可以仍然是可信的。換句話說，存在對提供具有增加的診斷覆蓋范圍的復(fù)雜系統(tǒng)的需要。
[0007]本公開的目的是發(fā)明具有增加的診斷覆蓋范圍的復(fù)雜系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0008]下面將參考下面的附圖對本公開進(jìn)行解釋。
[0009]圖1示出具有增加的診斷覆蓋范圍的傳感器系統(tǒng)10，
[0010]圖2示出關(guān)于傳感器系統(tǒng)10的各種部件的相互作用的細(xì)節(jié)，
[0011]圖3示出多對相異的傳感器的響應(yīng)函數(shù)的示例，
[0012]圖4示出用于集成電路的雙列直插封裝的剖面圖，
[0013]圖5A-5C示出現(xiàn)有技術(shù)中的各種集成電路封裝的進(jìn)一步示例，
[0014]圖6示出封裝內(nèi)管芯的橫截面視圖，
[0015]圖7示出封裝內(nèi)用倒裝芯片技術(shù)的管芯的橫截面視圖，
[0016]圖8示出用于集成電路的層離的可能形式，
[0017]圖9示出η型硅樣品的壓電電阻相對于壓力的相關(guān)性，以及
[0018]圖1O示出連同電容性探針結(jié)構(gòu)一起的封裝內(nèi)的集成電路。
【具體實(shí)施方式】
[0019]附圖連同下面的描述一起不應(yīng)以限制的方式進(jìn)行解釋，而僅僅解釋為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何可以實(shí)施本公開的非限制性示例。
[0020]對于半導(dǎo)體襯底上的集成電路，若干故障情況可以與襯底相關(guān)。由與襯底相關(guān)的問題引起的系統(tǒng)中的故障可以被認(rèn)為是具有共同的原因的故障。由于襯底上系統(tǒng)的若干部分可能對由襯底引起的共同原因，例如襯底內(nèi)的裂縫、溫度變化、濕度、機(jī)械應(yīng)力、電荷載流子密度和/或電荷載流子迀移率，基本上起相同的反應(yīng)，所以這些失效可能保持不被檢測至IJ。因此，為了增加復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性，令人感興趣的是，在它達(dá)到相同原因故障時增加用于這些系統(tǒng)的診斷覆蓋范圍。
[0021]圖1示出具有增加的診斷覆蓋范圍的傳感器系統(tǒng)10。下面將使用如可用于角度測量的磁傳感器系統(tǒng)的示例對傳感器系統(tǒng)10進(jìn)行解釋，但不限制于此。
[0022]根據(jù)本公開的傳感器系統(tǒng)10可分為主部分12和副部分14?？梢粤钊烁信d趣的是，副部分14比主部分12更小、更弱的性能、和/或更不準(zhǔn)確，如下面可以解釋的。
[0023]主部分12可包括配置為測量物理量，例如外部旋轉(zhuǎn)磁場角度的主傳感器元件100。主傳感器元件100可實(shí)現(xiàn)為一組(耦合的)傳感器元件。作為非限制性示例，主傳感器元件100可包括八個(耦合的)霍爾板或霍爾傳感器，但不限于此。
[0024]副部分14可包括配置為測量物理量，例如旋轉(zhuǎn)磁場的角度的副傳感器元件200。副傳感器元件200可實(shí)現(xiàn)為一組(耦合的)傳感器元件，稱作一組一個或多個(耦合的)霍爾傳感器或霍爾板。可以令人感興趣的是，為主傳感器元件100提供比副傳感器元件多的霍爾板。這將是有利的以便提供不同于副傳感器元件200的信噪比(SNR)的用于主傳感器元件100的信噪比(SNR)。因此，主信號路徑1I將提供具有不同于副路徑102的SNR的SNR的信號。
[0025]此外，可以令人感興趣的是，根據(jù)環(huán)境提供具有與副或第二傳感器元件200不同的操作電壓或偏置電壓105的主傳感器元件100。在圖1的示例中，主傳感器元件100被提供有比針對第二傳感器元件200提供的偏置205高的偏置105，然而，在不脫離本公開的情況下，它可以是相反的。
[0026]如果第一和副傳感器元件200具有依賴于操作電壓或偏置的靈敏度時，則為第一傳感器元件100和副傳感器元件200提供不同的偏置105、205可以是特別令人感興趣的。對于這樣的傳感器元件100、200，如果第一偏置105在量值方面高于或大于第二偏置205，則第一傳感器元件100可具有比副傳感器元件200更高的靈敏度。因此，第一和副傳感器元件100、200將測量具有不同靈敏度且因此不同準(zhǔn)確度的物理量。
[0027]可以進(jìn)一步令人感興趣的是，第一傳感器元件100和副傳感器元件200在測量原理方面是相異的，這可通過提供作為GMR傳感器元件的第一傳感器元件而副傳感器元件200實(shí)現(xiàn)為一組(耦合的)霍爾元件來實(shí)現(xiàn)。
[0028]作為進(jìn)一步的示例，第一傳感器元件100和副傳感器元件200可實(shí)現(xiàn)為在它們各自的對外部參數(shù)的響應(yīng)方面相異。特別地，外部參數(shù)可具有對襯底的性質(zhì)的影響，這可導(dǎo)致由于共同原因，即外部參數(shù)而導(dǎo)致的未檢測到的故障。在沒有限制的情況下，外部參數(shù)可以是電荷載流子密度、電荷載流子迀移率、溫度、機(jī)械應(yīng)力、濕度等等。
[0029]提供在對外部參數(shù)的響應(yīng)方面相異的第一傳感器元件100和副傳感器元件200將引起第一傳感器元件100和副傳感器元件200不同地響應(yīng)于外部參數(shù)。這種在響應(yīng)方面的不同可以被用作外部參數(shù)正顯著影響系統(tǒng)行為的指示。
[0030]在沒有限制的情況下，第一和副傳感器元件100、200甚至可相異地實(shí)現(xiàn)為上面提到的霍爾傳感器元件。作為非限制性示例，第一傳感器元件100和副傳感器元件200可具有不同的溫度相關(guān)性。僅僅作為示例，第一傳感器元件100可實(shí)現(xiàn)為具有基本上沒有或非常小的溫度相關(guān)性，而副傳感器元件200轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)為具有明顯的溫度相關(guān)性，比如說正溫度相關(guān)性。這樣的選擇將使來自第一傳感器元件100的物理量(即磁場角度)的測量值與由副傳感器元件200測量的物理量的測量值可檢測地不同。這樣，在第一傳感器元件100和副傳感器元件200處的溫度情況中的不同是可檢測的。依賴于環(huán)境，由相異的第一傳感器元件100和副傳感器元件200測量的不同值可以指示外部參數(shù)(例如溫度)具有導(dǎo)致共同原因差錯的影響。共同原因差錯通過使用相異的第一和副傳感器元件100、200而現(xiàn)在是可檢測的。
[0031]可以方便的是，提供如在主電壓上可操作的主傳感器元件100和/或主部分12，所述主電壓高于副部分14和/或副傳感器元件200在其上可操作的副電壓，或反之亦然。對于具有依賴于偏置電壓的靈敏度的第一傳感器元件100和副傳感器元件200，不同的電壓電平可以是令人感興趣的。
[0032]在圖1的示例中，由主電壓供電的傳感器系統(tǒng)10的第一部分12由包圍第一部分12的點(diǎn)劃線指示，而由副電壓供電的副部分14由包圍第二部分14的點(diǎn)線指示。普通技術(shù)人員將容易理解這僅僅構(gòu)成設(shè)計(jì)選擇而決不被解釋為限制對本公開的教導(dǎo)。
[0033]第一傳感器元件100將沿著第一信號路徑101轉(zhuǎn)發(fā)物理量的第一值。第一信號路徑101可包括第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器140，下面稱作HDAC 140。第一 HADC 140提供第一測量值的第一數(shù)字表示142。第一數(shù)字表示可被轉(zhuǎn)發(fā)到第一數(shù)字信號處理器150，下面稱作第一 DSP 150。第一 DSP 150可將第一處理過的信號152提供給協(xié)議生成器310。可以令人感興趣的是，在第一存儲器160內(nèi)提供第一固件，如下面將進(jìn)一步解釋的。在圖1的示例中，傳感器系統(tǒng)10實(shí)現(xiàn)為根據(jù)當(dāng)前協(xié)議，例如PSI5但不限于此來操作。
[0034]副傳感器元件200將沿著第二信號路徑201轉(zhuǎn)發(fā)物理量的副值或第二值。第二信號路徑201可包括第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器240，下面稱作副ADC 240。第一副ADC 240提供測量副值的第二數(shù)字表示142?？梢粤钊烁信d趣的是，為副DSP 250提供第二固件。可將第二數(shù)字表示142轉(zhuǎn)發(fā)到第二數(shù)字信號處理器250，下面稱作第二或副DSP 250。副DSP 250可將處理過的副信號252提供給協(xié)議生成器310。在圖1的示例中，傳感器系統(tǒng)10實(shí)現(xiàn)為根據(jù)當(dāng)前協(xié)議，例如PSI5但不限于此來操作。然而，普通技術(shù)人員將容易理解根據(jù)本公開的概念可以在沒有限制的情況下同樣地被實(shí)現(xiàn)用于其它協(xié)議。
[0035]為了增加傳感器系統(tǒng)10的診斷覆蓋范圍，可以令人感興趣的是，實(shí)現(xiàn)截然不同的第一 DSP 150和副DSP250。作為進(jìn)一步的選項(xiàng)，第一 DSP和副DSP 150、250可實(shí)現(xiàn)為相異的。作為第一級相異性，第一 DSP和副DSP可使用截然不同的固件來實(shí)現(xiàn)，所述固件即是用于第一DSP 150的第一固件，可選地存儲在第一存儲器160中，以及第二軟件，例如將存儲在第二存儲器260中的用于副DSP160的第二固件。第一存儲器和/或第二存儲器可使用已知的糾錯記錄來保護(hù)，以便確保正確的值存儲在第一和第二存儲器160、260中的每一個內(nèi)。
[0036]還是作為進(jìn)一步的選項(xiàng)，第一DSP150可使用與由副DSP 250使用的計(jì)算算法截然不同或甚至各樣的計(jì)算算法。
[0037]在副信號路徑202內(nèi)存在多路復(fù)用器230。多路復(fù)用器230配置為接收來自副溫度傳感器210和副應(yīng)力傳感器220的副傳感器信號和溫度信號。副溫度傳感器210可以方便地布置在副應(yīng)力傳感器220附近。
[0038]多路復(fù)用器230可進(jìn)一步配置為接收來自第一應(yīng)力傳感器120的第一應(yīng)力信號，和/或來自第一溫度傳感器110的第一溫度信號。可以方便的是，將第一溫度傳感器110和第一應(yīng)力傳感器120布置為鄰近于第一傳感器元件100。
[0039]應(yīng)注意的是，可部署第一溫度傳感器110、第一應(yīng)力傳感器120、第二溫度傳感器210和副應(yīng)力傳感器220，以便分別監(jiān)控外部參數(shù)，例如在第一傳感器元件100和第二傳感器元件200的位置處的溫度和/或機(jī)械應(yīng)力。
[0040]可以進(jìn)一步令人感興趣的是，實(shí)現(xiàn)與第二溫度傳感器210相異的第一溫度傳感器110。同樣，第一應(yīng)力傳感器120可實(shí)現(xiàn)為與第二或副應(yīng)力傳感器220相異。普通技術(shù)人員將理解，第一和第二溫度傳感器110、210和第一和第二應(yīng)力傳感器120和220是測量外部參數(shù)的輔助傳感器的例證性示例，潛在地總體上具有對傳感器系統(tǒng)10的可靠性的影響，即由于共同原因而導(dǎo)致的差錯。在總體上不脫離本公開的教導(dǎo)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將構(gòu)思關(guān)于潛在地具有對傳感器系統(tǒng)10的影響的參數(shù)的其它輔助傳感器。
[0041]再次，相異的輔助傳感器110、210和120和220可以分別具有對所測量的外部參數(shù)的不同的響應(yīng)特性。輔助傳感器的這樣的相異的響應(yīng)在圖3中圖示。
[0042]在圖3的左部分中，存在左上部中所示的第一溫度傳感器110的響應(yīng)特性，其示出正溫度系數(shù)。相反，在圖3的左下部中示出第二溫度傳感器或副溫度傳感器210的溫度相關(guān)性。
[0043]在傳感器系統(tǒng)10的許多實(shí)際應(yīng)用中，外部參數(shù)，例如溫度、機(jī)械應(yīng)力和/或濕度對于第一輔助傳感器110、120和第二輔助傳感器210、220來說可被合理地預(yù)期為基本上相同。如果第一和第二溫度傳感器110、210每一個應(yīng)該提供不同的溫度值。則溫度的差異將隨著由于第一溫度傳感器110和副溫度傳感器210的相異設(shè)計(jì)而導(dǎo)致的增加的差異變得更加明顯。
[0044]將理解的是，第一和副溫度傳感器110、210的相異性可用于進(jìn)一步增加傳感器系統(tǒng)10的診斷覆蓋范圍。如果可能的是，副ADC 240表示在主或第一值范圍中的由第一溫度傳感器110測量的第一溫度以及在副值范圍中的由第二溫度傳感器210測量的第二溫度，則這特別正確。可以進(jìn)一步有利的是，具有與副值范圍不同且不重疊的第一值范圍。
[0045]如果第一溫度信號的數(shù)字表示處于第一值范圍內(nèi)，而副溫度信號的數(shù)字表示不處于第二或副值范圍內(nèi)，則這可以指示溫度傳感器110、210中的一個不再可靠地工作并且可以在由協(xié)議發(fā)生器310發(fā)出的協(xié)議信號內(nèi)發(fā)出警告。然而，如果第一處理過的傳感器信號152和第二傳感器信號252應(yīng)該是基本上相同的，則這可以指示副ADC 240可能正具有問題并且可以發(fā)出對應(yīng)的警告。
[0046]關(guān)于各樣的第一應(yīng)力傳感器120和副應(yīng)力傳感器220，對機(jī)械應(yīng)力的響應(yīng)行為的示例在圖3的右部示出。第一應(yīng)力傳感器120示出正應(yīng)力行為，而副應(yīng)力傳感器220示出負(fù)應(yīng)力行為。然而對于相異的輔助傳感器，可能困難的是，提供在與用于第二輔助傳感器的數(shù)字表示的第二值范圍不同或不重疊的第一值范圍中的第一輔助傳感器信號的數(shù)字表示。圖3的右部中描繪了這樣的情形，其中來自第一應(yīng)力傳感器120的信號的數(shù)字表示不落在與用于第二應(yīng)力傳感器220信號的數(shù)字表示的第二應(yīng)力值范圍截然不同且不重疊的第一值范圍中。即使對于數(shù)字應(yīng)力傳感器信號表示的重疊范圍，各自的值應(yīng)該是在交叉值周圍稍微對稱的。
[0047]因此，如果現(xiàn)在第一和第二溫度傳感器信號導(dǎo)致不一致的數(shù)字溫度值表示，而第一和副應(yīng)力傳感器120、220的數(shù)字表示在預(yù)期范圍內(nèi)，則這指示溫度傳感器110、210中的一個不在可靠地工作并且可以發(fā)出對應(yīng)的警告。
[0048]然而，如果第一應(yīng)力信號和副應(yīng)力信號的數(shù)字表示應(yīng)該不在圖3的預(yù)期行為內(nèi)，則這可以指示傳感器系統(tǒng)10內(nèi)存在由于一些封裝問題(例如與傳感器系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的封裝的部分層離)而導(dǎo)致的相當(dāng)大的應(yīng)力梯度并且可以發(fā)出對應(yīng)的警告。
[0049]代替地，如果第一應(yīng)力信號和副應(yīng)力信號的數(shù)字表示應(yīng)該不在圖3的預(yù)期行為內(nèi)，而第一溫度信號和第二溫度信號的數(shù)字表示在預(yù)期的值范圍內(nèi)，則這可以指示溫度傳感器110、210中的一個具有問題，而副ADC 240正在可靠地工作。
[0050]相反地，在不可靠的副ADC240的情況下，人們將預(yù)期用于數(shù)字溫度信號表示和數(shù)字應(yīng)力傳感器信號表示的不一致的值。
[0051 ] 如圖1所示的第二信號路徑202可進(jìn)一步包括多路輸出選擇器235，其與副DSP 250和多路復(fù)用器230—起可操作。將理解的是，多路輸出選擇器235配置為向副DSP 250分別提供副傳感器信號242、第一溫度傳感器信號Temp_Main、主或第一應(yīng)力信號Stress_Main、副傳感器的偏置Hall_Supply、副溫度傳感器信號Temp_Sub、以及副應(yīng)力傳感器信號Stress_Sub的數(shù)字表示。因此，相異的輔助傳感器信號之間的關(guān)系可如關(guān)于圖3所解釋的那樣被檢查和/或評估。
[0052]第一溫度傳感器110的溫度系數(shù)和/或偏移、第一應(yīng)力傳感器120、副偏置205、副溫度傳感器信號Temp_Sub以及副應(yīng)力傳感器220可分別方便地存儲在EPROM 300中，以便促進(jìn)如上所述的在副DSP 250內(nèi)的輔助傳感器信號的評估。副DSP 250可進(jìn)一步包括如本領(lǐng)域所已知的低通濾波器功能。其適用于第一 DSP250。
[0053]雖然輔助傳感器信號的數(shù)字表示可能被提供給第一和副DSP150、250兩者，但應(yīng)注意的是，第一傳感器信號142的數(shù)字表示被提供給第一DSP 150而不被提供給副DSP 250。這令人感興趣的是，保持第一傳感器信號的處理與副傳感器信號的處理無關(guān)與相異，即使在DSP層級處。因此，與第一信號路徑101相關(guān)的任何問題將不具有對第二信號路徑202的影響。
[0054]第一DSP 150可根據(jù)選擇的協(xié)議，例如PSI5協(xié)議提供協(xié)議處理。此外，第一DSP 150可根據(jù)已知的差錯保護(hù)方案，例如CRC碼來提供差錯保護(hù)。替換地并且在沒有任何限制的情況下，其它合適的線性塊碼也可用于編碼和/或差錯保護(hù)，例如曼徹斯特編碼。
[0055]第一 DSP 150可計(jì)算第一傳感器信號142的差錯保護(hù)碼，更確切地說，第一傳感器信號142的數(shù)字表示144的差錯保護(hù)碼?？梢苑奖愕氖?，使用任何線性塊碼用于差錯保護(hù)，例如曼徹斯特編碼(Manchester encoding)、哈達(dá)瑪碼(Hadamard-Code)、里德-所羅門碼(Reed-Solomon-Code)或格雷碼(Golay-Code)，僅提到一些合適的示例。
[0056]如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，第一傳感器信號142的數(shù)字表示144可作為協(xié)議生成器310的第一幀152被轉(zhuǎn)發(fā)。
[0057]第二DSP250可計(jì)算第二傳感器信號242的差錯保護(hù)碼，更確切地說，第二傳感器信號242的第二數(shù)字表示244的差錯保護(hù)碼。可以方便的是，使用任何線性塊碼以用于第二數(shù)字表示的差錯保護(hù)。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，第二傳感器信號242的第二數(shù)字表示244可作為協(xié)議生成器310的第二幀152被轉(zhuǎn)發(fā)。
[0058]根據(jù)本公開，第一幀和第二幀可使用合適的運(yùn)算來合并入合并幀中。合適的運(yùn)算為維持第一幀和第二幀的可分離性的運(yùn)算。第一和第二幀的可分離性可理解為即使在合并幀的協(xié)議層處也維持第一傳感器信號142和副傳感器信號242的相異性的運(yùn)算。
[0059]合適的運(yùn)算可以在下面進(jìn)行解釋。對于CRC差錯保護(hù)來說，人們可提供足夠?qū)挾鹊牡谝粠?，其中第一位?shù)表示處理過的第一傳感器信號的協(xié)議表示以及關(guān)于這個協(xié)議表示的差錯保護(hù)的糾錯信息。然而，幀內(nèi)的剩余位可被保持在零水平(level)處或零填充。
[0060]通過使用CRC差錯保護(hù)，人們可提供相同的足夠?qū)挾鹊牡诙渲惺Ｓ嗟奈粩?shù)表示處理過的第二傳感器信號的協(xié)議表示，其包括這個協(xié)議表示的糾錯信息。該第一位數(shù)被填充有零作為處理過的第一傳感器信號的協(xié)議表示的占位符或補(bǔ)零填充空間(zeropadding making room)。
[0061]合適的合并運(yùn)算可使用處理過的第二傳感器信號的協(xié)議表示代替填充零的位置。然而，合適的合并運(yùn)算可以不變更處理過的第一傳感器信號的的協(xié)議表示。通過使用CRC碼，這樣的合適的運(yùn)算將是如上所述的足夠長度的第一幀和第二幀的異或(X-OR)運(yùn)算。
[0062]普通技術(shù)人員將理解可能存在針對線性塊碼的其它合適的函數(shù)。因此，作為合適的函數(shù)的異或函數(shù)的示例將不被解釋為限制本公開的教導(dǎo)。
[0063]幀的合并可方便地由協(xié)議生成器310提供。
[0064]可替換地，如圖1所示，第一DSP 150可將受保護(hù)的第一幀提供給副DSP250，使得如上所述的合并由副DSP 250執(zhí)行。
[0065]可以方便的是，第一DSP計(jì)算用于第一幀的差錯保護(hù)的種子值，而第二 DSP計(jì)算用于第二幀的差錯保護(hù)的第二種子值。
[0066]可替換地，第一DSP可基于處理過的第一幀計(jì)算用于第二 DSP的CRC計(jì)算的種子值。對于這樣的差錯保護(hù)的計(jì)算，副DSP 250可基于由第一處理過的幀和第二處理過的幀導(dǎo)出的種子值計(jì)算公共CRC。
[0067]利用如所述的合并幀，第一幀的(協(xié)議)表示和第二幀的(協(xié)議)表示的可分離性被維持，即使當(dāng)合并幀正在通過不可靠信道傳送時。不管什么實(shí)體影響沿著信道的合并幀，(填充的)第一信號幀和(填充的)第二信號幀的可分離性被維持。
[0068]傳感器系統(tǒng)10可進(jìn)一步包括如現(xiàn)有技術(shù)中已知的欠電壓和/或過電壓檢測單元400。同樣，傳感器系統(tǒng)10可包括如現(xiàn)有技術(shù)中已知的反向保護(hù)。此外，耦合到反向保護(hù)410，可以存在副模擬調(diào)節(jié)器422，其向副路徑202的模擬元件提供模擬供電電壓。此外，傳感器系統(tǒng)10可包括主模擬調(diào)節(jié)器421，配置為向主信號路徑101的模擬部分和或振蕩器440提供模擬供電電壓.
[0069]副模擬調(diào)節(jié)器422，主模擬調(diào)節(jié)器421以及數(shù)字調(diào)節(jié)器450可將電源信號，即電壓饋送到啟動和電源診斷元件430中。啟動和電源診斷元件430可以是令人感興趣的，以便保證傳感器系統(tǒng)10的所有電源系統(tǒng)被正確啟動和/或正確操作。
[0070]傳感器系統(tǒng)10可進(jìn)一步包括同步脈沖檢測元件330，其被配置為檢測與所選擇的當(dāng)前協(xié)議，例如PSI5協(xié)議相關(guān)的同步脈沖。
[0071 ]可以方便的是，進(jìn)一步將第一溫度信號的數(shù)字表不Temp_Main和/或第一應(yīng)力信號的數(shù)字表示Stress_Main提供給第一 DSP 150。
[0072]圖2給出了第一DSP 150和第二DSP 250內(nèi)的功能的可能實(shí)現(xiàn)的概觀，第一DSP 150和第二DSP 250兩者都可在傳感器系統(tǒng)10的數(shù)字核心內(nèi)提供。為了容易理解，類似的實(shí)體用相同的附圖標(biāo)記來指示。
[0073]第一信號的數(shù)字表示144進(jìn)入第一DSP 150作為HADC的原始數(shù)據(jù)。第一溫度傳感器110的第一溫度信號1'_1^化和副溫度傳感器210的溫度信號Temp_Sub—起可以用于執(zhí)行溫度比較和過熱溫度保護(hù)。如果所測量的溫度應(yīng)該超過上限，則提供協(xié)議幀輸出的傳感器系統(tǒng)10的接口可能被切斷。
[0074]可以令人感興趣的是，為了達(dá)到傳感器系統(tǒng)10的可用的溫度和/或應(yīng)力值的極限，提供用于溫度補(bǔ)償和/或應(yīng)力補(bǔ)償?shù)暮线m的多項(xiàng)式(polynoms)。
[0075]第一溫度信號T_Main可進(jìn)一步用于執(zhí)行第一傳感器元件100的偏移補(bǔ)償?？苫诘谝粶囟刃盘枅?zhí)行第一傳感器元件100的溫度補(bǔ)償，這在執(zhí)行第一傳感器元件100的靈敏度補(bǔ)償時被考慮。如上所述，第一傳感器元件100與第二傳感器元件200相比可具有不同的靈敏度。在偏移補(bǔ)償和靈敏度補(bǔ)償后，第一信號可經(jīng)歷第一校準(zhǔn)過程HADC PRECAL，后面是某一零移位和增益修正。隨后可對增益修正后的第一信號施加低通濾波，后面是某一鉗位或限幅，后面是某一第二校準(zhǔn)，其用于鉗位后的第一信號的CRC計(jì)算。
[0076]作為用來增加本公開的傳感器系統(tǒng)10的功能安全和/或可靠性的進(jìn)一步的措施，一旦通過溫度比較已經(jīng)確定最大溫度值，如上所述，就可以發(fā)出警告并可以將傳感器信號遺棄或標(biāo)記為無效。
[0077]如果可能，可以令人感興趣的是，主信號路徑101保持發(fā)送它的測量數(shù)據(jù)，而副信號路徑202可以使用數(shù)字協(xié)議(PSI5或SPC)轉(zhuǎn)發(fā)差錯消息或警告，其由此被轉(zhuǎn)發(fā)到電子控制單元EQJ。
[0078]來自第一應(yīng)力傳感器120的信號Stress_Main可與來自副應(yīng)力傳感器220的信號StresS_Sub—起使用以進(jìn)行應(yīng)力比較，以便檢測所測量的應(yīng)力水平是否超過預(yù)定義的用于安全操作的可允許的最大值。此外，信號Stress_Main和Stress_Sub可用于評估傳感器系統(tǒng)10內(nèi)的如何應(yīng)力梯度量，其可以指示潛在的層離過程或作為其前兆。如果這樣的過應(yīng)力或過應(yīng)力梯度應(yīng)該出現(xiàn)，則可采取合適的措施，類似發(fā)出應(yīng)力警告或切斷接口。
[0079]類似地，第一溫度傳感器110和第二溫度傳感器210可被定位為分開在傳感器系統(tǒng)上，如針對第一應(yīng)力傳感器120和第二應(yīng)力傳感器220解釋的那樣，以便允許溫度梯度和/或應(yīng)力梯度在傳感器系統(tǒng)10內(nèi)被測量。
[0080]關(guān)于第一信號路徑101，第二信號的數(shù)字表示244進(jìn)入副DSP250作為副HADC的原始數(shù)據(jù)。
[0081]副溫度信號T_Sub可進(jìn)一步被用于執(zhí)行第二傳感器元件200的偏移補(bǔ)償。通常認(rèn)為:可基于副溫度信號執(zhí)行第二傳感器元件100的溫度補(bǔ)償，這也可以在執(zhí)行副傳感器元件200的靈敏度補(bǔ)償時被考慮。
[0082]在偏移補(bǔ)償和靈敏度補(bǔ)償后，副信號可能經(jīng)歷第一校準(zhǔn)過程HADCPRECAL，后面是某一零移位和增益修正。隨后可對增益修正后的第一信號施加低通濾波，后面是某一鉗位或限幅，最后后面是某一第二校準(zhǔn)，其進(jìn)而用于鉗位后的第二信號的CRC計(jì)算。
[0083]與幀計(jì)數(shù)器結(jié)合，可以生成共同的CRC。對于圖2所顯示的情形，幀的合并可由幀生成器310執(zhí)行。
[0084]將注意的是，對于本公開的傳感器系統(tǒng)10，人們可以選擇附加地或替換地將在第一DSP 150和副DSP 250之間的寫入許可切換到上面所述的幀合并。這樣的切換將維持第一信號路徑信號的(協(xié)議)表示與第二信號路徑信號的(協(xié)議)表示的可分離性。換句話說，出現(xiàn)在信號路徑之一中的任何差錯可以個別地保持對于信號路徑中的每一個可見。
[0085]在這樣的設(shè)置中，主DSP 150和副DSP 250可彼此獨(dú)立地生成數(shù)字協(xié)議，并且第一傳感器路徑信號和各自的第二傳感器路徑信號的(協(xié)議)表示可通過使用時間多路復(fù)用方案來傳送。時間多路復(fù)用可通過寫入對應(yīng)的數(shù)字輸出寄存器來方便地達(dá)到?？梢杂欣氖?，使用兩個或更多的傳感器輸出協(xié)議的最大長度的寄存器，例如在(PSI5)協(xié)議生成器310內(nèi)所實(shí)現(xiàn)的。
[0086]此外，人們可為第一DSPl 50和第二 DSP250提供主從法案。主從技術(shù)可以是令人感興趣的，以便例如通過使用EEP-CTRL信號來防止在EEPROM總線處的沖突或擁塞。然而作為進(jìn)一步的選項(xiàng)，人們可以在不同的時間點(diǎn)執(zhí)行補(bǔ)償算法和協(xié)議幀和/或合并協(xié)議幀的生成，以改進(jìn)對于第一DSP 150和副DSP 250的相異的連續(xù)處理步驟。作為正邊緣效應(yīng)，人們可進(jìn)一步獲得針對EMC事件的提高的免疫力。
[0087]作為進(jìn)一步的措施，人們可以考慮將第一信號路徑101和第二信號路徑202實(shí)現(xiàn)為具有不同噪聲特性的路徑?？蛇x擇第一信號路徑101和第二信號路徑102的相異設(shè)計(jì)以引起對于第一和第二信號路徑的已知的噪聲水平或行為之比。如果該噪聲水平或行為隨著時間改變，這可能指示傳感器系統(tǒng)在相關(guān)參數(shù)或性質(zhì)方面的改變。
[0088]為了支持這樣的方案，人們可以故意地沿著第一和/或第二信號路徑實(shí)現(xiàn)已知噪聲源。此外，協(xié)議可以約定ADC范圍的變化，其將具有對各自信號路徑的噪聲特性的影響。信號路徑的噪聲分布的監(jiān)控將給出何時信號路徑的性質(zhì)變化的強(qiáng)烈指示，并且甚至可以給出沿著各自信號路徑的哪個部件引起噪聲分布的變化的指示。
[0089]圖4示出可以容納傳感器系統(tǒng)10的典型的集成電路，S卩，其包括包含單片集成電路的硅管芯和保護(hù)管芯免受環(huán)境并通過如由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的接合和引腳提供管芯電路到外部系統(tǒng)的電連接的封裝。下面的段落將給出關(guān)于封裝和機(jī)械應(yīng)力通常可以如何對集成電路的可靠性產(chǎn)生影響并且特別是如何對本公開的傳感器系統(tǒng)10產(chǎn)生影響的一些方面。
[0090]圖4 是從 Weste N.H.E和Harris D.M 的 “CMOS VLSI Design.A circuits andsystems perspective”，Addison Wesley Longman，2010復(fù)制的。
[0091]圖5A-5C示出用于現(xiàn)有技術(shù)中的集成電路的各種類型的封裝。然而，本公開和傳感器系統(tǒng)10并不限于這些類型的封裝。
[0092]圖5A示出根據(jù)四列扁平封裝(QFP)的集成電路封裝。圖5B示出根據(jù)焊球指向在底部上的球柵陣列的封裝。
[0093]圖5C示出板上倒裝芯片(FCoB)封裝。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易理解，對于相同的管芯或管芯上的電路，封裝的大小基本上依賴于為了建造集成電路所使用封裝的類型。可根據(jù)環(huán)境和應(yīng)用來選擇封裝。
[0094]圖6示出具有封裝內(nèi)電路的管芯。封裝通常由包封管芯和其上包括的電路的模塑料形成。管芯可以被膠合到配置用于附著管芯的引線框架。接合線可將管芯表面上的焊盤與集成電路的對應(yīng)的引腳相連接。延伸超過模塑料的引腳可被生產(chǎn)為引線框架的一部分。外部的封裝包封由所謂的模塑料形成。
[0095]圖7示出帶有用倒裝芯片技術(shù)的管芯的集成電路的橫截面視圖。在圖7中包括電路的管芯再次設(shè)置在由包封管芯的模塑料形成的封裝內(nèi)。在倒裝芯片技術(shù)中，管芯展現(xiàn)由焊料制成的球，其形成在管芯的一個表面上。這些球用于形成到引線框架的傳導(dǎo)連接。
[0096]潛在危險種類的故障是封裝的層離。層離由封裝內(nèi)部在通常直接附著的部分之間的間隙的形成來限定。圖8中指示了不同類型的層離。
[0097]圖8示出了潛在引起危險種類的故障的多種類型的層離。附圖標(biāo)記I指示形成在模塑料與接合側(cè)上的引線框架之間的間隙。附圖標(biāo)記2指的是在模塑料與管芯表面之間的間隙形成。附圖標(biāo)記3指示管芯的下表面與引線框架之間的間隙形成。附圖標(biāo)記4指的是形成在模塑料與接合側(cè)的相對側(cè)上的引線框架之間的間隙。
[0098]本公開的一個目的是提供這樣的層離的檢測機(jī)制。
[0099]作為第一優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，電阻式應(yīng)力傳感器元件可以集成在管芯中。應(yīng)力傳感元件可檢測由管芯內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力情況的突變引起的層離影響。在沒有限制的情況下，電阻式元件可以使用如圖9中示意示出的硅的壓阻效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。
[0100]圖9示出了針對η型硅樣品的壓電電阻相對于壓力。對于本公開，令人感興趣的是在突然增大以下的特性的部分。該突然增大是由晶體的相位躍迀引起的。該圖是從K.Seeger的《半導(dǎo)體物理》(Semiconductor Physics) ,Springer Verlag復(fù)制的。
[0101]也可能的是，利用摻雜硅的載流子迀移率的變化依賴于機(jī)械應(yīng)力。該應(yīng)力相關(guān)性可用于測量和/或監(jiān)控如在集成電路內(nèi)使用的摻雜硅材料內(nèi)機(jī)械應(yīng)力的變化。載流子迀移率的相關(guān)性可用在應(yīng)變硅技術(shù)中，如對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的那樣。
[0102]還可能的是，使用壓阻或半導(dǎo)體層形成電阻式應(yīng)力感測元件，作為封裝制造工藝的一部分。
[0103]為了檢測潛在關(guān)于如圖8所描述的層離的機(jī)械應(yīng)力的變化，例如，人們可以通過測量機(jī)械應(yīng)力來識別層離，其中層離過程由于分別在管芯和/或封裝內(nèi)所測量的機(jī)械應(yīng)力的突變或跳變而變得可識別。
[0104]可替換地，人們可以采用壓阻測量原理以檢測管芯和/或封裝內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力的變化。
[0105]作為進(jìn)一步的選項(xiàng)，人們可以采用應(yīng)變硅應(yīng)力傳感器，其中如本領(lǐng)域中已知的金屬氧化物半導(dǎo)體或雙極電路中的電荷載流子的迀移率的變化。
[0106]還是作為進(jìn)一步的選項(xiàng)，人們可以部署包括在封裝內(nèi)的電阻式應(yīng)力感測元件，SP，電阻式應(yīng)力感測元件在集成電路和/或集成電路封裝的制造期間被設(shè)置在封裝內(nèi)。
[0107]此外，人們可以使用適于檢測管芯和/或電路內(nèi)的裂縫或微觀裂縫的技術(shù)。
[0108]此外，人們可以替換地或附加地采用兩個個別的應(yīng)力傳感器以可靠地評估是否存在機(jī)械應(yīng)力中的變化以及芯片是否被損壞。
[0109]在相當(dāng)惡劣的條件中，可能令人感興趣的是，采用腐蝕檢測。由于在惡劣條件，例如潮濕、濕潤、暴露于酸、鹽等等下腐蝕可能是層離過程的預(yù)兆，所以這是令人感興趣的。
[0110]檢測機(jī)械應(yīng)力的變化的又另一個優(yōu)選方法是將采用包括容性探針結(jié)構(gòu)CS的封裝，如圖10中描繪的。
[0111]圖10示出了管芯上的集成電路(未示出)，管芯如前所述耦合到引線框架。對前述示例進(jìn)一步地，管芯還耦合到電容性探針結(jié)構(gòu)。電容性探針結(jié)構(gòu)CS在圖10中示出為不直接耦合到管芯的實(shí)體，然而，根據(jù)環(huán)境，電容性探針結(jié)構(gòu)可以非常好地與管芯整體形成。
[0112]具有電容性探針結(jié)構(gòu)CS的封裝設(shè)計(jì)為監(jiān)視在引線框架LF和電容性探針結(jié)構(gòu)CS之間的區(qū)域。令人感興趣的是，該區(qū)域覆蓋如關(guān)于圖8所討論的集成電路的傾向于層離的這樣的區(qū)，例如由圖8的附圖標(biāo)記I所指示的區(qū)。
[0113]探針結(jié)構(gòu)CS可以方便地接合到管芯，從而形成兩者之間的電氣連接。然而，探針結(jié)構(gòu)有利地不連接到封裝的外部。
[0114]電容測量電路(例如使用振蕩器-未示出)可形成在管芯上?？稍谔囟〞r間點(diǎn)激活電容測量電路以通過測量CS與引線框架LF之間的電容量來保證間隙(層離)不存在。測量值可針對層離的檢測與預(yù)期的電容值相比較。僅僅在特定時間點(diǎn)激活測量電路可以是令人感興趣的，以便減少電路的功率消耗以及也減少源于測量電路內(nèi)的切換，例如電容板的切換的電磁干擾。
[0115]所描述的電容測量可進(jìn)一步部署用于其中引線框架變成被破壞或不導(dǎo)電的腐蝕效應(yīng)的檢測。
[0116]在另一個實(shí)施例中，例如通過使用最高的金屬化層(如由圖8中的附圖標(biāo)記2所指示的)，電容測量結(jié)構(gòu)SE可全部集成在管芯上。
[0117]意圖電容性測量以檢測管芯表面與模塑料之間的層離。管芯表面可被具有兩個或更多的電極的梳狀結(jié)構(gòu)(部分)覆蓋。測量在電極之間的電容量可以非?？煽康刂甘靖鶕?jù)圖8中的附圖標(biāo)記2的層離。間隙(氣體或液體填充的)的形成也將在電容量變化中可見。
[0118]上面所描述的電路和結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成檢測潛在的危險故障。在故障被檢測到的情況下，電路可通過部件的接口觸發(fā)差錯消息或作為故障的指示，將阻止部件發(fā)送數(shù)據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種傳感器系統(tǒng)，包括: 第一傳感器元件，耦合到轉(zhuǎn)發(fā)第一傳感器信號的第一信號路徑； 第二傳感器元件，耦合到轉(zhuǎn)發(fā)第二傳感器信號的第二信號路徑，所述第二傳感器信號表不與第一傳感器信號相同的物理量； 其中，第一信號路徑包括至少一個信號路徑元件，其提供在第一信號路徑和第二信號路徑之間的相異性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)，其中第一信號路徑內(nèi)的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)被實(shí)現(xiàn)為與第二信號路徑內(nèi)的第二 ADC相異。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器系統(tǒng)，其中第一信號路徑內(nèi)的第一信號處理元件配置為提供第一傳感器信號的協(xié)議表示;并且其中 第二信號路徑內(nèi)的第二信號處理元件配置為提供第二傳感器信號的協(xié)議表示，第一傳感器信號的協(xié)議表示與第二傳感器信號的協(xié)議表示無關(guān)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)，其中傳感器系統(tǒng)包括: 第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，所述第二溫度傳感器在它對溫度變化的響應(yīng)方面與第一溫度傳感器相異。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述傳感器系統(tǒng)包括: 第一應(yīng)力傳感器和第二應(yīng)力傳感器，所述第二應(yīng)力傳感器在它對機(jī)械應(yīng)力的響應(yīng)方面與第一應(yīng)力傳感器相異。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器系統(tǒng)，其中傳感器系統(tǒng)包括: 第一應(yīng)力傳感器和第二應(yīng)力傳感器，所述第二應(yīng)力傳感器在它對機(jī)械應(yīng)力的響應(yīng)方面與第一應(yīng)力傳感器相異。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器系統(tǒng)，其中第一溫度傳感器、第二溫度傳感器，第一應(yīng)力傳感器和第二應(yīng)力傳感器耦合到第二信號路徑。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器系統(tǒng)，其中第二信號處理元件進(jìn)一步配置為提供第二傳感器信號的協(xié)議表示，所述第二傳感器信號的協(xié)議表示進(jìn)一步包括關(guān)于第一溫度信號、第二溫度信號、第一應(yīng)力信號、第二應(yīng)力信號中的至少一個的協(xié)議表示，第一傳感器信號的協(xié)議表示與第二傳感器信號的協(xié)議表示無關(guān)。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器系統(tǒng)，其中第一信號處理元件配置為將第一糾錯提供給第一傳感器信號的協(xié)議表示；以及 其中第二信號處理元件配置為將第二糾錯提供給第二傳感器信號的協(xié)議表示。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其中對第一傳感器信號的協(xié)議表示的第一糾錯與對第二傳感器信號的協(xié)議表示的第二糾錯無關(guān)。11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器系統(tǒng)，其中 合并元件配置為將第一傳感器信號的協(xié)議表示與第二傳感器信號的協(xié)議表示合并到合并協(xié)議表示中，其中第一傳感器信號和第二傳感器信號的無關(guān)性在合并協(xié)議表示內(nèi)被維持。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器系統(tǒng)，其中合并元件實(shí)現(xiàn)為第一傳感器信號的協(xié)議表示和第二傳感器信號的協(xié)議表示的時間多路復(fù)用。13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器系統(tǒng)，其中第一溫度傳感器具有正溫度相關(guān)性，而第二溫度傳感器具有負(fù)溫度相關(guān)性。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器系統(tǒng)，其中用于給定溫度范圍的第一溫度相關(guān)性使第一溫度范圍的協(xié)議表示與用于所述給定溫度范圍的第二溫度相關(guān)性的協(xié)議表示截然不同。15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器系統(tǒng)，其中第一應(yīng)力傳感器具有第一響應(yīng)特性，而第二應(yīng)力傳感器具有第二響應(yīng)特性，所述第二響應(yīng)特性與第一響應(yīng)特性在給定應(yīng)力范圍上至少交叉一次。
【文檔編號】G01D18/00GK105841734SQ201610249975
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年2月3日
【發(fā)明人】D·哈默施密特, F·拉斯博尼希, W·沙伊本朱貝爾, W·舍爾, T·策特勒
【申請人】英飛凌科技股份有限公司