用于单片传感器系统的高效诊断方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及集成电路(IC)传感器，并且更具体地涉及使用多个通信信号路径的IC传感器诊断。
【背景技术】
[0002]作为汽车电子设备界(sector)中的发展的一部分，在汽车驱动技术中的近来趋势是针对建立的被动安全系统(如安全带和安全气囊)使其通过主动安全系统(例如防抱死制动系统(ABS)，电子稳定程序(ESP)和电动转向系统)来扩展，以提供增加的驾驶员辅助功能范围。如已经是在传动系统中一段时间的情况，这里系统复杂性还在不断地增加，以便检测危险驾驶情况，并且通过由控制系统主动干预来有助于避免事故。随着正在进行的技术进步，这些趋势被预期继续并且在将来渐渐变得更强。
[0003]具有安全相关功能的电子元件的数量中得到的显著增加已经引起了在可靠性和系统可用性方面的以前前所未有的需求。为了能够实现所述需求同时满足成本目标，期望通过集成测试方法以及设计的冗余来开发用于功能监测的有效方法。同时，设计方法中期望进步，以便能够在早期识别和避免安全系统中可能的弱点。例如，在磁场传感器领域中，这已经通过引入安全完整性级别(SIL)标准而完成。
[0004]为了在汽车领域中满足SIL标准，需要实现和使用对应的自测试，包括机内测试，不仅在启动时而且在正常操作期间，以及自动监测结构或对应的冗余功能模块和/或信号路径。传统的磁性传感器系统，例如霍尔效应或磁阻(xMR)系统，通常已经使用单信道模拟主信号路径，例如图1A中的示例所描绘的路径，其中来自霍尔传感器10的模拟信号(其测量机械系统12的磁性质)被传递通过单信道路径以及通过模拟-数字转换器(ADC) 14。满足在这种概念下安全性至关重要应用中的SIL需求在技术上是非常困难的，或者甚至可能是不可能的，并且因此通常不可能在具有单个前馈传感器系统的情况下覆盖安全需求。
[0005]因此，其他传统的解决方案，例如图1B中所描绘的，已经使用两个冗余磁场传感器40和42以满足SIL需求。显然，这些解决方案相当大的缺陷是对应的成本加倍，因为不是一个而是两个传感器。还有其他解决方案，例如图1C中所描绘的，提出了一种定义的叠加的测试信号70，其在系统的特征信号频率范围之外，例如具有附加的芯片上导体回路的磁场传感器或者具有到传感器的叠加的静电耦合的压力传感器。显然，这种测试信号还可以在传感器系统外部生成，例如，通过连接到机械系统72的装置，其影响磁测量并且因此提供可被诊断的反馈。然而，这些设置可能会更昂贵，可能需要更高的功率消耗，并且也可能引入对主功能的影响并且需要特定的物理设置，其在很多情况下是不可行的，这也意味着通常这些设置不能被使用。
[0006]此外，传统的方法不解决或提供自测试以及二维(2D)或三维(3D)传感器的相关诊断范围，其越来越多地用在汽车和其他高完整性应用中。例如，3D传感器可以用于角速度应用，例如无刷DC电机或转向角传感器等中的偏轴角和角速度测量。第三轴的添加可以通过使用附加属性形成相关的机械系统来提供安全性优点，然而传感器本身的充分诊断范围仍然是一项重要的任务。从根本上讲，在安全性至关重要应用(例如被要求满足SIL和/或其他可适用的安全性标准的那些)中给定的机电系统内实现高集成以及因此节省成本的用于传感器的诊断功能仍然是一种挑战。
【发明内容】
[0007]实施例涉及集成电路(IC)传感器，并且更具体地涉及使用多个(例如，冗余)通信信号路径的IC传感器诊断，其中通信信号路径中的一个或多个可以不同于(例如，在硬件、软件或处理、操作原理或在某种其他方式中)所述多个通信信号路径中的至少另一个。
[0008]在一个实施例中，单片集成电路传感器系统包括在第一信号通道中的第一模拟-数字转换器(ADC)，在第二信号通道中的第二模拟-数字转换器(ADC);以及第一传感器装置，其被配置为感测物理特性，其中所述第一传感器装置耦合到第一和第二 ADC以提供与物理特性相关的信号到第一和第二 ADC，其中在第一和第二 ADC之后，第一和第二信号通道之间的信号的比较可以检测传感器系统中的误差。
[0009]在一个实施例中，一种方法，其包括:提供传感器系统，所述传感器系统包括至少一个用于感测第一物理特性的传感器；提供至少两个模拟-数字转换器(ADC)，其耦合到至少一个传感器；以及提供电路，其用于比较来自至少两个ADC的信号以检测在传感器系统中是否出现误差。
[0010]在一个实施例中，集成电路传感器系统包括第一传感器装置，其被配置为感测第一物理特性并且耦合到第一信号路径；第二传感器装置，其被配置为感测第一物理特性并且耦合到第二信号路径；第三传感器装置，其被配置为感测不同于第一物理特性的第二物理特性并且耦合到第二信号路径；以及耦合到第一和第二信号路径的电路，其被配置为基于第三传感器装置的信号来补偿来自第一传感器装置的信号或来自第二传感器装置的信号中的至少一个，并且提供从第一、第二和第三传感器装置到外部控制单元的信号，所述外部控制单元用于使用至少来自第三传感器装置的信号的信号似真性检查。
【附图说明】
[0011]在考虑下面的结合附图对本发明多个实施例的详细描述可以更全面地理解本发明，在所述附图中:
[0012]图1A是传统的单路径传感器系统的框图。
[0013]图1B是包括两个传感器的传统的冗余传感器系统的框图。
[0014]图1C是具有叠加测试信号的传统的单路径传感器系统的框图。
[0015]图2A是根据一个实施例的传感器系统的电路框图。
[0016]图2B是根据一个实施例的传感器系统的电路框图。
[0017]图3是根据一个实施例的包括两个传感器系统的系统的应用框图，其中一个传感器系统并入冗余测量路径。
[0018]图4A是根据一个实施例的随时间的测量信号的图解。
[0019]图4B是根据一个实施例的多路分解后的随时间的图4A的测量信号的图解。
[0020]图5A是根据一个实施例的改进的冗余温度补偿方案的框图。
[0021]图5B是根据一个实施例的冗余补偿方案的框图。
[0022]图6是根据一个实施例的角度确定和检查方案的框图。
[0023]图7是根据一个实施例的传感器系统的电路框图。
[0024]图8是根据一个实施例的传感器系统的电路框图。
[0025]图9是根据一个实施例的传感器系统的电路框图。
[0026]虽然本发明可修改为多种修改和替换形式，但是在附图中已经通过示例的方式示出了其细节，并且将进行详细地描述。然而，应当理解的是，其意图不是将本发明限制到所描述的特定的实施例。相反，该意图是覆盖落入由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内所有修改，等价物和替换物。
【具体实施方式】
[0027]实施例涉及集成电路(IC)传感器，并且更具体地涉及使用多个(例如，冗余)通信信号路径的IC传感器诊断，其中通信信号路径中的一个或多个可以不同于(例如，在硬件、软件或处理、操作原理或以某种其他方式)所述多个通信信号路径中的至少另一个。实施例可以涉及多种传感器类型、实施方式和应用，包括多维磁场和其他传感器。在实施例中，所述传感器包括霍尔效应传感器、磁阻传感器或其他磁场传感器。在又其他实施例中，可以实现附加或其他传感器，包括温度、压力、电流、力、杂散场、光、光学、机械应力、扭矩、加速度和其他。一些实施例可以使用传感器组合，例如一个或多个用于感测磁场的磁场传感器以及一个或多个用于提供温度补偿的相关温度传感器。所述传感器可以耦合到一个或多个模拟-数字转换器(ADC)，并且在实施例中每个传感器可以在唯一或冗余信号路径中耦合到ADC。在实施例中，ADC中的一个或多个可以包括逐次逼近ADC(SAR-ADC)，尽管在其他实施例尤其可以以其他ADC(包括闪存型(flash) ADC、跟踪式ADC和/或Σ -Δ (sigma-delta)转换ADC)方式使用或替代地使用其他ADC。
[0028]在一个实施例中，一种方法包括:提供主传感器信号以及测量物理特性的两个传感器信号的不同方法；以及基于模拟-数字转换器和数字信号处理器(DSP)或模拟信号路径提供冗余或多路复用信号路径，以补偿用于这个物理特性的主传感器信号。
[0029]这些系统和/或方法的实施例可以被配置为达到或超过相关安全或其他工业标准，例如SIL标准。SIL标准可以包括汽车SIL或ASIL。SIL可以由IEC 61508标准定义，而ASIL可以由ISO/DIS 26262标准定义，例如，在提交本申请时，所述ISO/DIS 26262标准如采用自用于道路车辆的E/E系统的IEC61508。这些标准旨在避免在日益复杂的系统中不合理的故障风险，所述系统可以包括软件、硬件和其他相关或互连的组件。具有指定与系统或组件相关联的风险级别的四个不同级别(即，SIL的1-4以及ASIL的A-D)。级别4或D是最高，最严格的级别，而级别I或A是最低，最不严格的。所述该比较并不暗示可以直接比较SIL 4或ASIL D等级。对于道路车辆，根据IS