使用多个信号路径的传感器自诊断的制作方法

使用多个信号路径的传感器自诊断的制作方法
【专利摘要】各实施例涉及用于在传感器和其它系统中使用多个信号路径的自诊断和/或错误检测的系统和方法。在一个实施例中，传感器系统包括至少两个传感器、比如磁场传感器和与该传感器中的每个传感器关联的分离的信号路径。第一信号路径可以耦合到第一传感器和第一数字信号处理器（DSP），并且第二信号路径可以耦合到第二传感器和第二DSP。来自第一DSP的信号与来自第二DSP的信号可以片上或者片外比较以检测与传感器系统的操作有关的故障、错误或者其它信息。这些系统和/或方法的实施例可以被配置用于满足或者超过相关安全或者其它行业标准、比如安全完整性等级（SIL）标准。
【专利说明】使用多个信号路径的传感器自诊断
[0001]有关申请
[0002]本申请是2010年9月24日提交的第12/889，749号美国申请的部分继续申请(CIP)，其通过完全引用而结合于此。

【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及集成电路(IC)传感器并且更具体地涉及使用多个通信信号路径的IC传感器自诊断。

【背景技术】
[0004]作为汽车电子设备方面发展的一部分，汽车驱动技术的新近趋势是对于建立的被动安全系统比如安全带和气囊，将通过主动安全系统比如防抱死制动系统(ABS)、电子稳定系统(ESP)和电动转向系统来扩展，以提供增加范围的驾驶员辅助功能。如已经在传动系中持续一段时间的情况那样，系统复杂性本文也不断增加以便检测危险驾驶情形并且通过控制系统的主动干预来有助于避免事故。随着当前技术发展，这些趋势有望在将来继续并且变得更强。
[0005]具有与安全有关的功能的电子部件数目随之显著增加已经引起在可靠性和系统可用性方面的前所未有的要求。为了能够实现这一点而同时满足成本目标，期望开发用于与冗余性一起通过集成测试方法的功能自监视的高效方法。同时，在设计方法中期望进步以便能够及早标识和避免在安全系统中的可能的弱点。例如在磁场传感器领域中，这已经通过弓I入安全完整性等级(SIL)标准来完成。
[0006]为了在汽车领域中满足SIL标准，期望不仅在启动时而且在正常操作期间实施和使用包括内置自测试的对应自测试以及自动监视结构或者对应冗余功能块和/或信号路径。常规磁传感器系统、具体为线性霍尔测量系统已经使用单通道模拟主信号路径。用这一概念在技术上很难或者可能甚至不可能来在安全关键应用中满足SIL要求。因此不再有可能仅用一个传感器系统来覆盖安全要求。因此，其它常规解决方案已经使用两个相同冗余磁场传感器来满足SIL要求。显然地，这些解决方案的明显缺点是用于两个传感器而非一个传感器的对应成本的倍增。更多其它解决方案提出在信号频率范围以外定义的叠加测试信号、比如具有附加片上导体回路的磁场传感器或者具有与该传感器叠加静电耦合的压力传感器。
[0007]仍然需要可靠并且高性价比的传感器系统和方法、比如满足SIL和/或其它可适用安全标准的传感器系统和方法。


【发明内容】

[0008]在一个实施例中，一种单片集成电路传感器系统包括:第一传感器器件，被配置用于感测物理特性并且耦合到半导体芯片上的用于第一传感器信号的包括第一数字信号处理器(DSP)的第一信号路径，第一 DSP提供第一输出信号；以及第二传感器器件，被配置用于感测与第一传感器器件相同的物理特性并且耦合到半导体芯片上的用于第二传感器信号的第二信号路径，第二信号路径与第一信号路径相异并且包括第二 DSP，第二 DSP提供第二输出信号，其中第一输出信号和第二输出信号的比较可以检测传感器系统中的错误。
[0009]在一个实施例中，一种比较单片集成电路传感器系统中的信号的方法包括:在单个半导体芯片上实施包括主传感器和第一数字信号处理器(DSP)的主信号路径；在单个半导体芯片上实施包括次传感器和第二 DSP的次信号路径，主和次传感器响应于相同物理特性，次信号路径不同于主信号路径，并且第二 DSP按照架构或者功能中的至少一项不同于第一 DSP ;并且比较第一 DSP的输出信号与第二 DSP的输出信号。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]可以结合附图考虑本发明的各种实施例的以下具体描述更完整理解本发明，在附图中:
[0011]图1A描绘根据一个实施例的系统框图。
[0012]图1B描绘根据一个实施例的另一系统框图。
[0013]图2描绘根据图1A的实施例的系统框图。
[0014]图3描绘根据图1B的实施例的系统框图。
[0015]图4描绘根据图3的实施例的数字芯的框图。
[0016]尽管本发明可有各种修改和备选形式，但是已经在附图中通过示例示出并且将具体描述其细节。然而应当理解意图不在于使本发明限于描述的具体实施例。恰好相反，意图在于覆盖落入如所附权利要求定义的本发明的精神实质和范围内的所有修改、等效和备选。

【具体实施方式】
[0017]各实施例涉及用于在传感器和其它系统中使用多个信号路径的自诊断和/或错误检测的系统和方法。在一个实施例中，传感器系统包括至少两个传感器比如磁场传感器和与传感器中的每个传感器关联的分离的信号路径。第一信号路径可以耦合到第一传感器和第一数字信号处理器(DSP)，并且第二信号路径可以耦合到第二传感器和第二 DSP。可以片上或者片外比较来自第一 DSP的信号与来自第二 DSP的信号以检测与传感器系统的操作有关的故障、错误或者其它信息。这些系统和/或方法的实施例可以被配置用于满足或者超过相关安全或者其它行业标准、比如SIL标准。
[0018]SIL标准可以包括汽车SIL或者ASIL。SIL可以由IEC61508标准来定义，而ASIL可以由IS0/DIS26262标准来定义。这些标准目标在于减少在可以包括软件、硬件和其它相互相关集成或者相互连接部件的越来越复杂的系统中的故障风险。有指定与系统或者部件关联的风险等级的四个不同等级(即用于SIL的1-4和ASIL的A-D)。等级4或者D是最闻、最严格等级，而等级I或者A是最低、最不严格等级。
[0019]图1A描绘根据一个实施例的传感器系统100的概念框图。系统100包括各自与数字信号处理器(DSP) 103通信的第一传感器102和第二传感器104。在一个实施例中，第一传感器102、第二传感器104和DSP103包括在单个芯片105上实施的单片集成电路，并且DSP103与外部电子控制单元(ECU) 106通信。
[0020]各传感器中的一个传感器是主要传感器或者主传感器。在图1A的实施例中，传感器102是主传感器，而传感器104是次传感器。如以下更具体讨论的那样，主传感器102经由主信号路径而与DSP103通信，并且次传感器104经由与主信号路径至少部分相异的次信号路径而与DSP103通信。
[0021]在图1B的实施例中，每个信号路径包括相异DSP:主信号路径包括第一 DSP103a，并且次信号路径包括第二 DSP103b。每个DSP103a和103b与控制单元106通信。例如如果片上进行比如在图1B中描绘并且以下将更具体讨论的比较，则在一个实施例中可以向控制单元106传达单个信号，或者在另一实施例中每个DSP103a和103b可以向控制单元106传达单独的信号。
[0022]参照图1A或者图1B中的任一幅图，次传感器104及其对应的次信号路径一般是在与主传感器102比较时更不准确、更慢和/或更多噪声；使用不同工作原理来操作；和/或包括其他次感测任务的传感器。次传感器104因此可以比主传感器102更便宜并且也可以具有关于对系统100的成本和复杂性有影响的定位、芯片面积和其它因素的更少约束。这些次感测任务可以包括测量补偿信号、比如温度、机械压力、内部操作或者偏置电压、操作或者偏置电流、和/或其他更简单目标测量。例如在一个实施例中传感器102和104包括磁场传感器，并且这样的传感器的目标测量将是磁场。然而，在实施例中，次传感器104可以包括多个传感器或者传感器阵列、比如在一个示例性实施例中的用于镜像主传感器102的磁场传感器以及温度传感器和压力传感器。
[0023]然而，在一个实施例中，可以在与主传感器和信号路径的真实性比较中使用次传感器和信号路径。另外，次传感器和信号路径可以用于主传感器和信号路径的验证以及故障检测。这样的配置可以提供若干优点。首先可以实现SIL兼容性。其次，与常规解决方案比较可以实现尺寸和成本优点，并且可以在正常操作期间执行自测试而没有显著的额外硬件。另外，可以实施数字信号处理(DSP)的和信号处理软件的附加自测试特征。此外，也可以减少现场故障和返回率，从而提高在两侧(即对于原始芯片制造商以及实施芯片的客户)上的性价比。
[0024]参照图2，描绘基于在图1A中描绘的概念的传感器系统200的一个实施例的框图。系统200包括主磁场传感器202和次磁场传感器204、比如霍尔效应或者磁阻(xMR、包括GMR,AMR,TMR等)，但是在其它实施例中传感器202和204可以是其它类型的传感器而不限于磁场传感器。传感器202在概念上与以上参照图1A和图1B讨论的传感器102相似，而传感器204在概念上与以上参照图1A和图1B讨论的传感器104相似。
[0025]系统200还包括也被视为次传感器、辅助传感器或者辅传感器的一个或者多个附加传感器208。在各个实施例中传感器208可以包括温度、压力、电流、磁场或者一些其它传感器格式。
[0026]在一个实施例中，主传感器202与数字信号处理(DSP)部分220通信。DSP部分220又可以经由输入/输出210与外部E⑶或者(例如参照图1A的)其它控制单元通信。根据一个实施例，传感器202和204经由相异信号路径与DSP部分220通信，这些信号路径可以包括在结构上不同的模拟信号路径、混合信号路径并且在一些程度上包括数字信号路径以及过程和软件部件。在图2中，用粗线示出与主传感器202关联的主信号路径，而用简单虚线示出与传感器204关联的次信号路径。
[0027]例如在图2的实施例中，主信号路径可以向模数(A/D)转换器212和A/D转换信道交叉交换机214传达来自主传感器202的信号。次信号路径向复用器216传达来自次传感器204的信号，该复用器也从附加或者辅传感器208接收任何信号作为输入。次信号路径然后从MUX216向第二 A/D转换器218继续，该第二 A/D转换器也向交叉交换机214发送它的输出。
[0028]在一个实施例中，主信号路径的单元和次信号路径的单元不相同和/或使用不同工作原理来实施。例如，在主信号路径中的A/D转换器212可以包括三阶sigma-delta转换器，而在次信号路径中的A/D转换器218可以包括一阶sigma-delta转换器，或者A/D转换器中的一个或者多个A/D转换器可以利用逐次逼近寄存器(SAR)或者闪存技术而不是sigma-delta。换而言之，与次传感器204 (该次传感器204 —般是在与主传感器102比较时更不准确、更慢和/或更多噪声、使用不同工作原理来操作和/或包括其他次感测任务的传感器)一样，对于A/D转换器218在与A/D转换器212比较时这同样可以成立。
[0029]交叉交换机214的输出与主信号路径和次信号路径二者关联并且向数字信号处理(DSP)部分220馈送。在一个实施例中DSP220包括状态机222、钳位算法224和存储器矩阵226。与主信号路径概念和次信号路径概念一致，DSP220也包括与主信号路径关联的第一软件部分和与次信号路径关联的第二软件部分。附加地或者备选地，DSP220也可以实施用于主信号路径和次信号路径的不同DSP方法或者技术。在一个实施例中，DSP220经由接口 228耦合到1/0210，并且1/0210又耦合到外部ECU (在图2中未描绘)。
[0030]主信号路径和次信号路径由此可以提供两个不同、准冗余模拟信号路径，这两个信号路径提供许多有益性质。例如经由主信号路径在循环中从传感器202发送主磁场信号可以提供高度精确的计算结果，其中主信号路径本身至少关于次信号路径比如通过使用斩波或者其它技术来很精确地和快速地操作。主信号路径也独立和自由操作而不受其它系统部件影响。
[0031]出于分析目的，次信号路径也提供向控制单元提供它的数据的可能性，其中在该控制单元中可以处理具有正号或者负号的数据。在系统200中示出从DSP220向接口 228和1/0210的可能并行输出，同时也可以例如利用时分复用或者如外部请求的那样按需实施依次传输。
[0032]传感器202和204并且可选地208可以关于它们的测量值、包括传感器202和204本身的过程、技术性能和规格、尺寸和/或布局以及偏置来利用不同感测原理。系统200的一个实施例包括两个带隙偏置部分230和232以及偏置比较234。偏置部分230与主信号路径关联，并且偏置部分232与次信号路径关联。偏置部分230和232分别提供传感器102和104的不同偏置的选项，而偏置比较234可以向DSP220提供输出信号以供考虑。
[0033]系统200的实施例还可以经由A/D转换器212和218以及交叉交换机214而利用不同A/D转换和/或交换概念。例如，如先前提到的那样，在主信号路径中的A/D转换器212可以包括三阶sigma-delta转换器，而在次信号路径中的A/D转换器218可以包括一阶sigma-delta转换器，或者A/D转换器中的一个或者多个A/D转换器可以利用逐次逼近寄存器(SAR)或者闪存技术而不是sigma-delta。在各种实施例中，这些不同A/D转换和/或交换概念可以提供不同故障行为和/或故障概率。也可以在实施例中经由向图2的A/D转换器212和218的指出的输入来交换测量范围，以便检测钳位或者限制效果。
[0034]各实施例还可以提供关于传感器202和传感器204的相应主信号路径和次信号路径而交换这些传感器的选项。例如次传感器204可以被交换到主信号路径中，并且对于传感器202和次信号路径类似。这一选项可以例如通过从传感器的路径隔离传感器来提供改进的故障检测和/或定位。这一交换也可以对于以下讨论的图3和图4的实施例来执行。
[0035]系统200以及以下讨论的系统300的实施例呈现的另一优点是有能力比如通过形成商来比较主信号路径和次信号路径中的每个信号路径的输出信号并且评估结果。该结果可以被评估以确定与传感器202和204、信号路径、系统200和/或一些其它部件的性能或者运转有关的一个或者多个方面。例如比较输出信号可以检测输入信号中的迅速改变。在利用补偿比如在传感器208包括温度传感器时的温度补偿的实施例中，可以根据温度补偿信号来比较输出信号。在其它实施例中，可以实施来自传感器208的信息的钳位或者限制以隔离其它信号、属性或者信息。
[0036]由于DSP220将软件I用于主信号路径而将软件2用于次信号路径，所以可以在实施例中比较信号路径的输出结果。这样的比较可以提供软件算法本身的检查。还可以在两个信号路径或者DSP220的计算结果的真实性检查中使用内部或者外部窗比较。作为这样的真实性检查的部分，可以实施告警和/或故障阈值。
[0037]在另一实施例中，并且参照图3和图4，与系统200相似的系统300可以包括第一DSP320和第二 DSP321，或者其它状态机或者逻辑，以及与系统200比较不同的信号路径配置。系统300的部件和特征除非本文另外指明则一般与以上讨论的系统200的部件和特征相似。
[0038]具体参照图3，系统300包括主传感器302和次传感器304，这些传感器可以在各种实施例中是磁场传感器或者一些其它传感器类型，这与本文讨论的其它实施例一致。在实施例中，主传感器302和次传感器304感测相同物理特性。例如，在一个实施例中，传感器302和304 二者包括磁场传感器。系统300也可以包括与系统200的传感器208相似的一个或者多个附加传感器308，该一个或者多个附加传感器可以在实施例中包括一个或者多个温度、压力、电流、磁场(包括霍尔效应和/或磁阻传感器)或者一些其它传感器类型或者格式。在其它实施例中，可以省略传感器308。在实施例中，传感器302和304可以关于数目、感测类型、几何形状、尺寸和/或一些其它特性互不相同。
[0039]主传感器302和次传感器304中的每个传感器经由相异和多样化的信号路径与系统300通信并且在系统300内通信。与主传感器302关联的路径在图3中用粗线来描绘并且一般在三个信号路径之中为最高分辨率和准确度，而用简单虚线描绘与次传感器304关联的路径。如在图2的实施例中那样，这两个不同、相异路径的实施实现在二者之间的真实性比较，因为传感器302和304通常感测相同物理数量，并且也提供在主信号路径与次信号路径之间的相似或者相同时间分辨率。系统300还包括与在图3中用点划线描绘的辅传感器308关联的第三信号路径。辅传感器308通常是与传感器302和304不同的类型、比如非磁物理变量，这些物理变量可以用来补偿传感器302和304的测量信号以及它们相应信号路径用于温度、机械压力、电源电压或者其它影响。依次将讨论每个信号路径。
[0040]如以上参照图2讨论的那样，主信号路径、次信号路径和第三信号路径的单元在实施例中不相同和/或使用不同工作原理来实施。例如在主信号路径中的A/D转换器312可以包括三阶sigma-delta转换器，而在次信号路径中的A/D转换器313可以包括一阶sigma-delta转换器，或者A/D转换器中的一个或者多个A/D转换器可以利用逐次逼近寄存器(SAR)或者闪存技术而不是sigma-delta。换而言之，与次传感器304 (该次传感器一般是在与主传感器302比较时更不准确、更慢和/或更多噪声、使用不同工作原理来操作和/或包括其他次感测任务的传感器)一样，对于A/D转换器312、313和/或318这同样可以成立。
[0041]首先参照主传感器302和它的信号路径，传感器302与A/D转换器312并且与第一 DSP320通信。如先前提到的那样，系统300与系统200的单个DSP块220相反，包括第一 DSP320和第二 DSP321。主信号路径从DSP320向输出接口 328继续。偏置电路装置330与传感器302耦合，该传感器也通信到偏置比较电路装置334并且随后通信到DSP321。
[0042]次传感器304在一个实施例中如在系统200中那样与A/D转换器313通信而没有居间复用器。在图3的实施例中从次信号路径省略复用器可以提高在系统300内的信号的处理速度和定时。A/D转换器313可以在实施例中是与A/D转换器312和318中的一个或者两个A/D转换器不同的类型和/或滤波器架构或者以某种其它方式变化以及与DSP321(除了传感器302之外的其他DSP)通信。在其它实施例中，可以颠倒DSP320和321，从而传感器302与DSP321通信而传感器304与DSP320通信，和/或可以在系统300中实施交换电路装置以便在信号路径中的各种信号路径之间交换DSP320和321。DSP320和321被描绘为例如在图3中被耦合用于交互数据、状态或者其它信息，但是在其它实施例中可以省略这些连接。以下进一步参照图3更具体讨论DSP320和321。
[0043]为了在主传感器302和次传感器304以及对应信号路径之间的进一步多样化，传感器307可以与次信号路径耦合以提供例如补偿。例如，在一个实施例中，传感器307包括用于经由偏置电路装置332而向传感器304和次信号路径提供压力补偿信息的压力传感器。在实施例中，偏置电路装置330和332可以用偏置比较电路装置334和/或DSP321来比较以便检测在一个或者另一个或者二者中的故障和/或从标称值的偏离。基于来自传感器307的信息，可以调整与传感器304有关的电压、电流或者其它特性以便补偿对传感器304的准确度有影响的压力、温度或者其它因素。
[0044]另外，可以通过在一个信号路径中提供模拟补偿而在另一信号路径中提供数字补偿而在主信号路径与次信号路径之间提供进一步多样化。例如，在系统300中，偏置电路装置332可以通过基于来自传感器307的模拟信息来调整与传感器304有关的一个或者多个特性而在次信号路径中提供模拟补偿。同时，DSP320可以例如参考来自辅传感器308的可以从DSP321或者以某种其它方式接收的信息而在主信号路径中提供数字后补偿。该模拟和数字补偿可以在各种实施例中被颠倒、共享或者另外耦合到主信号路径和次信号路径或者它们之间。然而，一般而言，可以在各种示例性实施例中在每个信号路径中使用不同补偿技术、比如在一个信号路径中的模拟补偿技术和在另一信号路径中的数字补偿技术；或者在一个信号路径中的第一模拟技术和在另一信号路径中的第二模拟技术；或者在一个信号路径中的第一数字技术和在另一信号路径中的第二数字技术。
[0045]在一个实施例中辅传感器308耦合到复用器(MUX) 316并且随后耦合到A/D转换器318。在实施例中、比如其中仅存在单个辅传感器308的实施例中，可以省略MUX3160A/D转换器318经由第三信号路径与DSP321通信或者与次传感器304与之通信的相同DSP320或者321通信。如先前提到的那样，信号路径的多样性可以至少部分由包括与A/D转换器312和313中的一个或者两个A/D转换器不同的架构、分辨率和/或类型的A/D转换器318来提供。然而这可以在其它实施例中变化。例如，在另一实施例中，辅传感器308比如由MUX耦合到主信号路径或者次信号路径中的一个信号路径。在一个示例性实施例中，可以省略A/D转换器318而辅传感器和主传感器302耦合到MUX316、然后耦合到A/D转换器312和DSP320。或者，次传感器304可以与辅传感器308耦合到MUX306、然后是耦合到A/D转换器313和DSP321。可以如本领域技术人员理解的那样实施其它变化。
[0046]在实施例中，DSP320和DSP321可以分别耦合到不同电源电压Vs336和Vs338。更广义而言，可以在实施例中实施用于主信号路径和次信号路径和/或DSP320和DSP321的不同模拟电源中的一个或者两个模拟电源以提供在信号路径和/或电路部分和部件之间的附加多样化和/或分离。例如，尽管在图3中未描绘，但是除了在数字侧上的Vs336和VS338之外，第一模拟电源可以耦合到传感器302和/或主信号路径，并且第二模拟电源可以耦合到传感器304和/或次信号路径。在各种实施例中，第一电源或者第二电源中的一个电源也可以向辅助传感器308和/或第三信号路径供电，或者可以实施第三模拟电源。在其它实施例中，提供模拟电源并且提供数字电源。
[0047]此外，在一个实施例中，DSP320可以耦合到第一振荡器340，并且DSP321可以耦合到不同的第二振荡器342。在实施例中，振荡器340和342可以相互不同或者相同、即属于相同类型的两个分离器件。在其它实施例中，振荡器340和342是分离器件并且包括不同类型的振荡器器件。这可以提供在主信号路径和次信号路径之间的进一步多样化并且增加在DSP320与321之间的独立性。
[0048]在另一实施例中，DSP321可以用来进行DSP320的计算或者其它过程的重新计算或者真实性检查，或者相反。在图1中，这一可选特征由向DSP321的附加输入信号来图示:从A/D转换器312到DSP321的输入信号350和从DSP320到DSP321的输入信号351。因此，DSP321可以在一个实施例中例如在相同或者更低数据速率使用这些信号350和351来执行与DSP320相同的计算或者过程和/或在DSP320和321相同、相似或者相互不同的实施例中检查DSP320是否恰当运转。在各种实施例中，取代相反配置或者除了相反配置之外，重新布置或者提供附加耦合可以使DSP320能够检查DSP321的功能。
[0049]尽管它们可以在其它实施例中相同，但是DSP320和DSP321本身在图3和图4的实施例中不相同。DSP320和321的非相同或者多样化实现方式可以在实施例中有利于减少通常不能在使用两个相同硬件实现方式时用相同或者相似概率解决的与开发或者其它过程有关的系统故障的风险。尽管本文关于一个或者另一实施例讨论具体特性，但是本领域技术人员将理解可以在其它实施例中颠倒那些特性，或者更多其它配置或者特性可以在其它实施例中对于DSP320和DSP321中的一个或者两个DSP存在而仍然提供信号处理和/或信号路径多样化。在图3的实施例中，DSP320可以是更高分辨率和/或仅专用于处理主信号路径和来自主传感器302的信息，而DSP321可以更大并且更复杂、但是负责更多信息以及处理次信号路径和第三信号路径。例如，在一个实施例中，DSP320可以包括专用硬件块而依次运行乘法和减法/加法级。每个DSP320和321可以使用不同补偿方法并且实施其它相异以便提供在主信号路径与次信号路径之间的增加的多样化。
[0050]例如，参照图4，描绘两个DSP320和321的实现方式的一个实施例。在图4的实施例中，将DSP320和321实施为单个数字芯402的部分，但是在其它实施例中，每个DSP320和321可以包括分离数字芯而如必要的那样实施附加信号路径。一般而言，包括在图4中描绘的方式以及其它方式中，DSP320和DSP321在它们的架构上不同以提供在主信号路径与次信号路径之间的附加多样化并且从而减少系统故障出现的概率。如果在向DSP321和320中的一个或者两个DSP提供信号350和351或者其它相似信号的实施例中执行真实性检查或者重新计算，则还可以提高故障覆盖。
[0051]DSP320耦合到与主传感器302关联的主信号路径并且从A/D转换器312接收信号作为输入。DSP321在一个实施例中耦合到次信号路径和第三信号路径并且从A/D转换器313接收信号作为输入。如先前提到的那样，DSP320和DSP321可以与不同信号路径耦合、可以被颠倒或者可以以其他方式执行与在实施例中具体描绘的具体功能不同的具体功能。在一个实施例中，DSP320包括RAM404和模拟和/或数字硬件块406以实施一个或者多个各种功能、包括补偿偏移、灵敏度、压力、温度和/或其它影响。例如，在实施例中，DSP320的RAM404耦合到DSP321的RAM408以便接收与辅传感器308有关的数据用于由RAM404在补偿计算中使用。在RAM404与RAM408之间的这一连接在实施例中是可选的并且可以在一个实施例中被消除以例如提高主信号路径和次信号路径的多样化。模拟和/或数字硬件块406可以实施后处理和其它功能、例如包括线性化计算并且也可以在实施例中与DSP321的固件410通信以交换后处理和其它信息，但是与在RAM404与RAM408之间的连接一样，在硬件块406与固件410之间的连接在实施例中也可以是可选的。在一个实施例中，固件410包括掩模可编程状态机或者其它适当配置。
[0052]在实施例中消除这些连接中的一个或者多个连接可以使DSP320和321中的一个或者两个DSP更复杂、但是也更多样化。例如，在RAM404与RAM408之间的连接可以工作以向DSP320提供来自传感器308的补偿信息，其中该信息已经在向DSP320传达之前由DSP321处理。省略连接因此代之以需要由DSP320执行的附加计算和处理，但是这可以在必需和期望在主与次信号路径之间的更完整多样化的实施例中是有利的。在其间有或者没有连接时，DSP320和321可以在实施例中使用不同补偿方法和/或算法以补偿温度、机械压力和其它因素对传感器302和304的影响。例如，用于DSP320和DSP321的算法可以在计算的时间序列和/或使用的功能方面不同。在实施例中，可以通过例如使用具有不同数学阶的多项式来实现多样化功能。在实施例中，可以减少补偿算法中的一个或者两个补偿算法的复杂性，或者如果经由模拟电路装置实现方式来减少或者消除温度、机械压力和其它影响本身，则可以完全消除该算法。
[0053]向数字输出接口 328或者向在输出接口 328之前的其它电路装置传达来自模拟和/或数字硬件块406和固件410的信号，从而可以执行DSP320和DSP321的输出信号的比较以检测系统300中的可能错误。在另一实施例中，片夕卜、比如在控制单元(例如图1B的控制单元106)内执行DSP320和DSP321的输出信号的比较。在又一实施例中，片上执行第一比较，并且在控制单元中或者其它电路装置片外执行第二比较，从而可以比较第一和第二比较本身。
[0054]在实施例中，尽管从传感器302和304中的每个传感器到这一点取用的路径多样化、但是来自DSP320和DSP321的相应输出信号应当相同或者相似并且可以在相同时间或者时间接近、比如在一个示例性实施例中在相互的数毫秒内而提供。在二者之间的差值、比如在示例性实施例中缺乏标识或者变化大于某个百分比或者值、比如大于大约10%或者大约20%可以指示错误、故障或者其它问题。在实施例中，可以片上、比如在输出接口 328内或者由输出接口 328或者在数字芯402内别处执行在来自DSP320和DSP321的信号之间的比较，或者可以向芯片、例如向引擎控制单元(ECU)或者其它控制器外部传达来自每个DSP320和321的信号用于比较和/或其它处理。
[0055]在包括DSP320和321的实施例中或者在图2的包括单个DSP220的实施例中，也可以在每个DSP本身内实施附加特征和功能。例如可以通过使用数据信号中的附加安全位、比如根据奇偶逻辑、汉明码和本领域技术人员理解的其它适当方法的安全位来提供保护的存储器和工作寄存器区域。也可以在实施例中通过使用前向纠错(FEC)块来提供保护的存储器、工作寄存器区域和信号总线。另外，DSP220、320和321中的一个或者多个DSP可以使用冗余指令解码器和/或控制总线以及通过使用FEC块来使用冗余指令集和安全位，或者使用比如经由算术逻辑单元(ALU)的冗余数据路径和数据总线，该冗余数据路径和数据总线也由对应安全位保护或者通过FEC块的使用。
[0056]实施例因此可以提供安全标准兼容性以及在传感器系统中的故障自诊断。尽管故障处理可以根据类型和严重性以及讨论的具体系统和/或相关安全标准而变化，但是实施例可以提供用于向系统用户提供检测到的问题的机会。例如在利用磁场传感器的、安全关键的汽车电子动力转向传感器应用中，检测到的故障可以引导ECU向驾驶员提醒关键系统问题，从而可以采取适当动作。在某些应用中，可以对E⑶编程以在错误故障情形中向安全模式或者安全操作协议切换。
[0057]另外，实施例比利用冗余主要传感器的常规解决方案更高空间效率和高性价比。例如主/次传感器和信号路径可以在实施例中将芯片面积增加少于10%而与次传感器利用仅单个主传感器而不是两个传感器在减少对它的性能的需求方面是更便宜的器件。鉴于更便宜的次传感器，还实现与在单个芯片上利用两个主要传感器的常规解决方案而言的优点。
[0058]本文已经描述系统、设备和方法的各种实施例。这些实施例仅通过示例来给出而未旨在于限制本发明的范围。另外应当理解可以用各种方式实现已经描述的实施例的各种特征以产生许多其他实施例。另外，尽管已经描述各种材料、尺度、形状、配置和位置等用于与公开的实施例使用，但是可以利用除了那些公开的之外的其它材料、尺度、形状、配置和位置等而不超出本发明的范围。
[0059]相关领域普通技术人员将认识本发明可以包括比在以上描述的任何个别实施例中举例说明的特征更少的特征。本文描述的实施例不是为了穷尽呈现其中可以对本发明的各种特征进行组合的方式。因而，实施例不是互斥的特征组合；实际上，如本领域普通技术人员理解的那样，本发明可以包括从不同个别实施例选择的不同个别特征的组合。另外，除非另有指明，关于一个实施例描述的单元即使在这样的实施例中未描述这些单元时也可以在其它实施例中被实施。虽然从属权利要求可以在权利要求书中是指与一个或者多个其它权利要求的具体组合，但是其它实施例也可以包括从属权利要求与每个其它从属权利要求的主题的组合或者一个或者多个特征与其它从属或者独立权利要求的组合。除非陈述未旨在于该特定组合，否则本文提出这样的组合。另外，还旨在于在任何其它独立权利要求中包括权利要求的特征，即使未直接使这一权利要求引用该独立权利要求。
[0060]对通过引用以上文献的任何结合加以限制，从而不结合与本文明确公开的主题相反的主题。还对通过引用以上文献的任何结合加以限制，从而没有在文献中包括的权利要求被通过引用而结合于此。进而还对通过引用以上文献的任何结合加以限制，从而除非本文明确地包括，否则在文献中提供的任何定义未被通过引用而结合于此。
[0061]为了解释用于本发明的权利要求书的目的，除非在权利要求中记载具体术语“用于……的装置”或者“用于……的步骤”，否则明确地旨在于将未援用35U.S.C.的第112节第六段的规定。
【权利要求】
1.一种单片集成电路传感器系统，包括: 第一传感器器件，被配置用于感测物理特性并且被耦合到半导体芯片上的用于第一传感器信号的包括第一数字信号处理器(DSP)的第一信号路径，所述第一 DSP提供第一输出信号；以及 第二传感器器件，被配置用于感测与所述第一传感器器件相同的物理特性并且被耦合到所述半导体芯片上的用于第二传感器信号的第二信号路径，所述第二信号路径与所述第一信号路径相异并且包括第二 DSP，所述第二 DSP提供第二输出信号， 其中所述第一输出信号和所述第二输出信号的比较可以检测所述传感器系统中的错误。
2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述比较在所述传感器系统内执行。
3.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述比较在所述传感器系统外部执行。
4.根据权利要求3所述的传感器系统，其中所述比较由耦合到所述传感器系统的控制单元执行。
5.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述第一DSP的架构或者功能中的至少一项不同于所述第二 DSP的架构或者功能。
6.根据权利要 求1所述的传感器系统，其中所述第一DSP与所述第二 DSP通信。
7.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述第一DSP和所述第二 DSP分别由第一模数(A/D)转换器和第二模数(A/D)转换器耦合到所述第一信号路径和所述第二信号路径。
8.根据权利要求5所述的传感器系统，其中所述第一A/D转换器不同于所述第二 A/D转换器。
9.根据权利要求1所述的传感器系统，还包括至少一个附加传感器器件。
10.根据权利要求9所述的传感器系统，其中所述至少一个附加传感器器件形成与所述第一信号路径和所述第二信号路径至少部分相异的第三信号路径的一部分。
11.根据权利要求9所述的传感器系统，其中所述至少一个附加传感器器件由复用器耦合到所述第一信号路径或者所述第二信号路径中的一个。
12.根据权利要求9所述的传感器系统，其中从由温度传感器、压力传感器、电流传感器、电压传感器和磁场传感器组成的组选择所述至少一个附加传感器器件。
13.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述第一传感器器件和所述第二传感器器件包括磁场传感器。
14.根据权利要求1所述的传感器系统，还包括耦合到所述第一信号路径或者所述第二信号路径中的一个信号路径以向其提供模拟补偿信号的补偿传感器器件，并且其中所述第一信号路径或者所述第二信号路径中的另一信号路径被配置用于接收不同补偿信号。
15.根据权利要求14所述的传感器系统，其中所述不同补偿信号包括数字补偿信号。
16.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述第一信号路径在与所述第二信号路径比较时具有从由更快、更精确、具有更少噪声和具有不同工作原理组成的组选择的至少一个特性。
17.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述传感器系统满足至少一个安全完整性等级(SIL)标准。
18.根据权利要求1所述的传感器系统，还包括耦合到所述第一信号路径的第一电源和耦合到所述第二信号路径的第二电源。
19.根据权利要求1所述的传感器系统，还包括耦合到所述第一DSP的第一电源和耦合到所述第二 DSP的第二电源。
20.根据权利要求1所述的传感器系统，还包括耦合到所述第一DSP的第一振荡器器件和耦合到所述第二 DSP的第二振荡器器件。
21.一种在单片集成电路传感器系统中比较信号的方法，包括: 在单个半导体芯片上实施包括主传感器和第一数字信号处理器(DSP)的主信号路径； 在所述单个半导体芯片上实施包括次传感器和第二 DSP的次信号路径，所述主传感器和所述次传感器响应于相同物理特性，所述次信号路径不同于所述主信号路径，并且所述第二 DSP按照架构或者功能中的至少一项不同于所述第一 DSP ；以及 比较所述第一 DSP的输出信号与所述第二 DSP的输出信号。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括在所述单个半导体芯片上实施至少一个辅传感器和第三信号路径，所述第三信号路径与所述主信号路径和所述次信号路径中的每个信号路径至少部分相 异。
23.根据权利要求20所述的方法，还包括通过所述第三信号路径的信号来补偿所述主信号路径的信号或者所述次信号路径的信号中的至少一个。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括通过数字补偿信号来补偿所述主信号路径的所述信号或者所述次信号路径的所述信号中的另一个。
25.根据权利要求21所述的方法，还包括: 在所述主信号路径上实施第一模数(A/D)转换技术；以及 在所述次信号路径上实施第二 A/D转换技术，所述第一 A/D转换技术和所述第二 A/D转换技术互不相同。
26.根据权利要求21所述的方法，还包括: 所述第一 DSP实施第一算法；以及 所述第二 DSP实施第二算法，所述第二算法不同于所述第一算法。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述第二算法根据操作时间序列、执行的功能或者应用的补偿技术中的至少一项不同于所述第一算法。
28.根据权利要求25所述的方法，还包括通过在所述第一DSP或者所述第二 DSP中的至少一个中实施安全位来提供保护电路装置。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述保护电路装置包括存储器电路、寄存器区域、控制总线、信号总线、数据总线或者数据路径中的至少一项。
30.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一DSP或者所述第二 DSP中的至少一个包括前向纠错(FEC)块。
31.根据权利要求21所述的方法，还包括交换所述主传感器和所述次传感器，使得所述主传感器耦合到所述第二 DSP并且所述次传感器耦合到所述第一 DSP。
32.根据权利要求21所述的方法，还包括由所述第二DSP或者所述第一 DSP中的另一个进行所述第一 DSP或者所述第二 DSP的真实性检查。
33.根据权利要求32所述的方法，其中进行真实性检查还包括使用更低数据速率或者在所述 第一 DSP与所述第二 DSP之间的不同DSP实现方式中的至少一项来进行所述真实性检查。
【文档编号】G01D18/00GK104048692SQ201410097855
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】F·拉斯博尼格, M·莫茨, W·谢尔, W·格拉尼格, M·斯特拉瑟, B·谢弗, G·皮尔彻, F·加斯廷格, D·哈默施密特 申请人:英飞凌科技股份有限公司