CN105841734B - 传感器***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器***和方法。本公开教导了一种传感器***，包括至少两个传感器元件，其通过使用相异的信号路径，相异的传感器信号的协议表示，各个传感器信号的合并而引起由于增加的诊断覆盖范围而导致的各个传感器信号的增加的可靠性，所述各个传感器信号维持在其协议表示中包括的各个传感器信号的无关性。

Description

传感器***和方法
相关申请
本申请是要求2015年2月3日提交的美国临时申请No. 62/111,557的优先权的非临时申请，所述美国临时申请整体并入本文中。
背景技术
鉴于现代汽车车辆的日益增多的自动化和半导体内容，复杂***，例如但不限于汽车车辆内的电子***的功能安全是一个重要的主题。期望具有作为用于安全相关的***的部件的可靠并且安全的集成电路。部件的安全能力可由导致安全状态的对非故意故障的限定反应来描述。
发明内容
因此，需要发明方法和设备，其为复杂***，例如汽车车辆，提供所要求的安全特征。
对于半导体衬底上的集成电路，若干故障情况与衬底相关。由与衬底相关的问题引起的***中的故障可能被认为是由同一原因引起的故障。由于衬底上***的若干部分可能对由衬底引起的共同原因，例如衬底内的裂缝、温度变化、湿度、机械应力、电荷载流子密度和/或电荷载流子迁移率，反应基本相同，所以可能检测不到这些失效。
本公开尤其描述了安全特征、协议和/或方法，其使得能够实现复杂***的诊断以便评估***或***的部分是否可以仍然是可信的。换句话说，存在对复杂***提供增加的诊断覆盖范围的需要。
本公开的目的是发明具有增加的诊断覆盖范围的复杂***。
附图说明
下面将参考下面的附图对本公开进行解释。
图1示出具有增加的诊断覆盖范围的传感器***10，
图2示出关于传感器***10的各种部件的相互作用的细节，
图3示出多对相异的传感器的响应函数的示例，
图4示出用于集成电路的双列直插封装的剖面图，
图5A-5C示出现有技术中的各种集成电路封装的进一步示例，
图6示出封装内管芯的横截面视图，
图7示出封装内用倒装芯片技术的管芯的横截面视图，
图8示出用于集成电路的层离的可能形式，
图9示出n型硅样品的压电电阻相对于压力的相关性，以及
图10示出连同电容性探针结构一起的封装内的集成电路。
具体实施方式
附图连同下面的描述一起不应以限制的方式进行解释，而仅仅解释为教导本领域技术人员如何可以实施本公开的非限制性示例。
对于半导体衬底上的集成电路，若干故障情况可以与衬底相关。由与衬底相关的问题引起的***中的故障可能被认为是由共同的原因导致的故障。由于衬底上***的若干部分可能对由衬底引起的共同原因，例如衬底内的裂缝、温度变化、湿度、机械应力、电荷载流子密度和/或电荷载流子迁移率，反应基本相同，所以可能检测不到这些失效。因此，为了增加复杂***的可靠性，令人感兴趣的是，在涉及到共同原因导致的故障时增加这些***的诊断覆盖范围。
图1示出具有增加的诊断覆盖范围的传感器***10。下面将使用如可用于角度测量的磁传感器***的示例对传感器***10进行解释，但不限制于此。
根据本公开的传感器***10可分为主部分12和副部分14。可以令人感兴趣的是，副部分14比主部分12更小、更弱的性能、和/或更不准确，如下面可以解释的。
主部分12可包括配置为测量物理量，例如外部旋转磁场角度的主传感器元件100。主传感器元件100可实现为一组（耦合的）传感器元件。作为非限制性示例，主传感器元件100可包括八个（耦合的）霍尔板或霍尔传感器，但不限于此。
副部分14可包括配置为测量物理量，例如旋转磁场的角度的副传感器元件200。副传感器元件200可实现为一组（耦合的）传感器元件，称作一组一个或多个（耦合的）霍尔传感器或霍尔板。可以令人感兴趣的是，为主传感器元件100提供比副传感器元件多的霍尔板。这有利于向主传感器元件100提供一个信噪比SNR，该SNR不同于副传感器元件200的信噪比。因此，主信号路径101将提供具有不同于副路径102的SNR的SNR的信号。
此外，可以令人感兴趣的是，根据环境，向主传感器元件100提供一个操作电压或偏置电压105，它不同于向副或第二传感器200提供的操作电压或偏置电压。在图1的示例中，主传感器元件100被提供有比针对第二传感器元件200提供的偏置205高的偏置105，然而，在不脱离本公开的情况下，它可以是相反的。
如果第一和副传感器元件200具有依赖于操作电压或偏置的灵敏度时，则为第一传感器元件100和副传感器元件200提供不同的偏置105、205可以是特别令人感兴趣的。对于这样的传感器元件100、200，如果第一偏置105在量值方面高于或大于第二偏置205，则第一传感器元件100可具有比副传感器元件200更高的灵敏度。因此，第一和副传感器元件100,200在测量物理量时具有不同的敏感度，从而具有不同的准确度。
可以进一步令人感兴趣的是，第一传感器元件100和副传感器元件200在测量原理方面是相异的，这可通过提供作为GMR传感器元件的第一传感器元件而副传感器元件200实现为一组（耦合的）霍尔元件来实现。
作为进一步的示例，第一传感器元件100和副传感器元件200可实现为在它们各自的对外部参数的响应方面相异。特别地，外部参数可具有对衬底的性质的影响，这可导致由于共同原因，即外部参数而导致的未检测到的故障。在没有限制的情况下，外部参数可以是电荷载流子密度、电荷载流子迁移率、温度、机械应力、湿度等等。
提供在对外部参数的响应方面相异的第一传感器元件100和副传感器元件200将引起第一传感器元件100和副传感器元件200不同地响应于外部参数。这种在响应方面的不同可以被用作外部参数正显著影响***行为的指示。
在没有限制的情况下，即使是上文提到的霍尔传感器元件，第一和副传感器元件100、200也可以以不同的方式实现。作为非限制性示例，第一传感器元件100和副传感器元件200可具有不同的温度相关性。仅仅作为示例，第一传感器元件100可实现为具有基本上没有或非常小的温度相关性，而副传感器元件200转而实现为具有明显的温度相关性，比如说正温度相关性。这样的选择将使来自第一传感器元件100的物理量（即磁场角度）的测量值与由副传感器元件200测量的物理量的测量值的不同可以被检测到。这样，在第一传感器元件100和副传感器元件200处的温度情况中的不同是可检测的。依赖于环境，由相异的第一传感器元件100和副传感器元件200测量到的不同值可以指示外部参数（例如温度），该外部参数对产生共同原因差错有影响。通过使用不同的第一和副传感器元件100、200，现在可以检测到共同原因差错。
可以方便的是，提供如在主电压上可操作的主传感器元件100和/或主部分12，所述主电压高于副部分14和/或副传感器元件200在其上可操作的副电压，或反之亦然。对于灵敏度依赖于偏置电压的第一传感器元件100和副传感器元件200，不同的电压电平可以是令人感兴趣的。
在图1的示例中，由主电压供电的传感器***10的第一部分12由包围第一部分12的点划线指示，而由副电压供电的副部分14由包围第二部分14的点线指示。普通技术人员将容易理解这仅仅构成设计选择而决不被解释为限制对本公开的教导。
第一传感器元件100将沿着第一信号路径101转发物理量的第一值。第一信号路径101可包括第一模数转换器140，下面称作HADC 140。第一HADC 140提供第一测量值的第一数字表示142。第一数字表示可被转发到第一数字信号处理器150，下面称作第一DSP 150。第一DSP 150可将第一处理过的信号152提供给协议生成器310。可以令人感兴趣的是，在第一存储器160内提供第一固件，如下面将进一步解释的。在图1的示例中，传感器***10实现为根据当前协议，例如PSI5但不限于此来操作。
副传感器元件200将沿着第二信号路径201转发物理量的副值或第二值。第二信号路径201可包括第二模数转换器240，下面称作副ADC 240。第一副ADC 240提供测量副值的第二数字表示142。可以令人感兴趣的是，为副DSP 250提供第二固件。可将第二数字表示142转发到第二数字信号处理器250，下面称作第二或副DSP 250。副DSP 250可将处理过的副信号252提供给协议生成器310。在图1的示例中，传感器***10实现为根据当前协议，例如PSI5但不限于此来操作。然而，普通技术人员将容易理解根据本公开的概念可以在没有限制的情况下同样地被实现用于其它协议。
为了增加传感器***10的诊断覆盖范围，可以令人感兴趣的是，实现截然不同的第一DSP 150和副DSP 250。作为进一步的选项，第一DSP和副DSP 150、 250可实现为相异的。作为第一级相异性，第一DSP和副DSP可使用截然不同的固件来实现，所述固件即：用于第一DSP 150的第一固件，可选地存储在第一存储器160中，以及第二软件，例如将存储在第二存储器260中的用于副DSP 160的第二固件。第一存储器和/或第二存储器可使用已知的纠错记录来保护，以便确保正确的值存储在第一和第二存储器160、260中的每一个内。
还是作为进一步的选项，第一DSP 150可使用与由副DSP 250使用的计算算法截然不同或甚至各样的计算算法。
在副信号路径202内存在多路复用器230。多路复用器230配置为接收来自副温度传感器210和副应力传感器220的副传感器信号和温度信号。副温度传感器210可以方便地布置在副应力传感器220附近。
多路复用器230可进一步配置为接收来自第一应力传感器120的第一应力信号，和/或来自第一温度传感器110的第一温度信号。可以方便的是，将第一温度传感器110和第一应力传感器120布置为邻近于第一传感器元件100。
应注意的是，可部署第一温度传感器110、第一应力传感器120、第二温度传感器210和副应力传感器220，以便分别监控外部参数，例如在第一传感器元件100和第二传感器元件200的位置处的温度和/或机械应力。
可以进一步令人感兴趣的是，实现与第二温度传感器210相异的第一温度传感器110。同样，第一应力传感器120可实现为与第二或副应力传感器220相异。普通技术人员将理解，第一和第二温度传感器110、210和第一和第二应力传感器120和220是测量外部参数的辅助传感器的例证性示例，潜在地总体上具有对传感器***10的可靠性的影响，即由于共同原因而导致的差错。在总体上不脱离本公开的教导的情况下，本领域技术人员将构思关于潜在地具有对传感器***10的影响的参数的其它辅助传感器。
再次，相异的辅助传感器110、210和120和220对所测量的外部参数可以分别具有不同的响应特性。辅助传感器的这样的相异的响应在图3中图示。
在图3的左部分中，存在左上部中所示的第一温度传感器110的响应特性，其示出正温度系数。相反，在图3的左下部中示出第二温度传感器或副温度传感器210的温度相关性。
在传感器***10的许多实际应用中，外部参数，例如温度、机械应力和/或湿度对于第一辅助传感器110、120和第二辅助传感器210、220来说可被合理地预期为基本上相同。如果第一和第二温度传感器110、210每一个应该提供不同的温度值。则温度的差异将随着由于第一温度传感器110和副温度传感器210的相异设计而导致的增加的差异变得更加明显。
将理解的是，第一和副温度传感器110、210的相异性可用于进一步增加传感器***10的诊断覆盖范围。如果可能的是，副ADC 240表示在主或第一值范围中的由第一温度传感器110测量的第一温度以及在副值范围中的由第二温度传感器210测量的第二温度，则这特别正确。可以进一步有利的是，具有与副值范围不同且不重叠的第一值范围。
如果第一温度信号的数字表示处于第一值范围内，而副温度信号的数字表示不处于第二或副值范围内，则这可以指示温度传感器110、210中的一个不再可靠地工作并且可以在由协议发生器310发出的协议信号内发出警告。然而，如果第一处理过的传感器信号152和第二传感器信号252应该是基本上相同的，则这可以指示副ADC 240可能正具有问题并且可以发出对应的警告。
关于各样的第一应力传感器120和副应力传感器220，对机械应力的响应行为的示例在图3的右部示出。第一应力传感器120示出正应力行为，而副应力传感器220示出负应力行为。然而对于相异的辅助传感器，可能困难的是，提供在与用于第二辅助传感器的数字表示的第二值范围不同且不重叠的第一值范围中的第一辅助传感器信号的数字表示。图3的右部中描绘了这样的情形，其中来自第一应力传感器120的信号的数字表示不落在与用于第二应力传感器220信号的数字表示的第二应力值范围截然不同且不重叠的第一值范围中。即使对于数字应力传感器信号表示的重叠范围，各自的值应该是在交叉值周围稍微对称的。
因此，如果现在第一和第二温度传感器信号导致不一致的数字温度值表示，而第一和副应力传感器120、220的数字表示在预期范围内，则这指示温度传感器110、210中的一个不在可靠地工作并且可以发出对应的警告。
然而，如果第一应力信号和副应力信号的数字表示应该不在图3的预期行为内，则这可以指示传感器***10内存在由于一些封装问题（例如与传感器***10相关联的封装的部分层离）而导致的相当大的应力梯度并且可以发出对应的警告。
代替地，如果第一应力信号和副应力信号的数字表示应该不在图3的预期行为内，而第一温度信号和第二温度信号的数字表示在预期的值范围内，则这可以指示温度传感器110、210中的一个具有问题，而副ADC 240正在可靠地工作。
相反地，在不可靠的副ADC 240的情况下，人们将预期用于数字温度信号表示和数字应力传感器信号表示的不一致的值。
如图1所示的第二信号路径202可进一步包括多路输出选择器235，其与副DSP 250和多路复用器230一起可操作。将理解的是，多路输出选择器235配置为向副DSP 250 分别提供副传感器信号242、第一温度传感器信号Temp_Main、主或第一应力信号Stress_Main、副传感器的偏置Hall_Supply、副温度传感器信号Temp_Sub、以及副应力传感器信号Stress_Sub的数字表示。因此，相异的辅助传感器信号之间的关系可如关于图3所解释的那样被检查和/或评估。
第一温度传感器110、第一应力传感器120、副偏置205、副温度传感器信号Temp_Sub以及副应力传感器220的温度系数和/或偏移可分别方便地存储在EPROM 300中，以便促进如上所述的在副DSP 250内的辅助传感器信号的评估。副DSP 250可进一步包括如本领域所已知的低通滤波器功能。其适用于第一DSP 250。
虽然辅助传感器信号的数字表示可能被提供给第一和副DSP 150、250两者，但应注意的是，第一传感器信号142的数字表示被提供给第一DSP 150而不被提供给副DSP 250。这令人感兴趣的是，保持第一传感器信号的处理与副传感器信号的处理无关与相异，即使在DSP层级处。因此，与第一信号路径101相关的任何问题将不具有对第二信号路径202的影响。
第一DSP 150可根据选择的协议，例如PSI5协议提供协议处理。此外，第一DSP 150可根据已知的差错保护方案，例如CRC码来提供差错保护。替换地并且在没有任何限制的情况下，其它合适的线性块码也可用于编码和/或差错保护，例如曼彻斯特编码。
第一DSP 150可计算第一传感器信号142的差错保护码，更确切地说，第一传感器信号142的数字表示144的差错保护码。可以方便的是，使用任何线性块码用于差错保护，例如曼彻斯特编码（Manchester encoding）、哈达玛码（Hadamard-Code）、里德-所罗门码（Reed-Solomon-Code）或格雷码（Golay-Code），仅提到一些合适的示例。
如现有技术中已知的，第一传感器信号142的数字表示144可作为第一帧152被转发到协议生成器310。
第二DSP 250可计算第二传感器信号242的差错保护码，更确切地说，第二传感器信号242的第二数字表示244的差错保护码。可以方便的是，使用任何线性块码以用于第二数字表示的差错保护。如现有技术中已知的，第二传感器信号242的第二数字表示244可作为第二帧152被转发到协议生成器310。
根据本公开，第一帧和第二帧可使用合适的运算来合并入合并帧中。合适的运算为维持第一帧和第二帧的可分离性的运算。第一和第二帧的可分离性可理解为即使在合并帧的协议层处也维持第一传感器信号142和副传感器信号242的相异性的运算。
合适的运算可以在下面进行解释。对于CRC差错保护来说，人们可提供足够宽度的第一帧，其中第一位数表示处理过的第一传感器信号的协议表示以及关于这个协议表示的差错保护的纠错信息。然而，帧内的剩余位可被保持在零水平（level）处或零填充。
通过使用CRC差错保护，人们可提供相同的足够宽度的第二帧，其中剩余的位数表示处理过的第二传感器信号的协议表示，其包括这个协议表示的纠错信息。该第一位数被填充有零作为处理过的第一传感器信号的协议表示的占位符或补零填充空间（zeropadding making room）。
合适的合并运算可使用处理过的第二传感器信号的协议表示代替填充零的位置。然而，合适的合并运算可以不变更处理过的第一传感器信号的的协议表示。通过使用CRC码，这样的合适的运算将是如上所述的足够长度的第一帧和第二帧的异或（X-OR）运算。
普通技术人员将理解可能存在针对线性块码的其它合适的函数。因此，作为合适的函数的异或函数的示例将不被解释为限制本公开的教导。
帧的合并可方便地由协议生成器310提供。
可替换地，如图1所示，第一DSP 150可将受保护的第一帧提供给副DSP 250，使得如上所述的合并由副DSP 250执行。
可以方便的是，第一DSP计算用于第一帧的差错保护的种子值，而第二DSP计算用于第二帧的差错保护的第二种子值。
可替换地，第一DSP可基于处理过的第一帧计算用于第二DSP的CRC计算的种子值。对于这样的差错保护的计算，副DSP 250可基于由第一处理过的帧和第二处理过的帧导出的种子值计算公共CRC。
利用如所述的合并帧，第一帧的（协议）表示和第二帧的（协议）表示的可分离性被维持，即使当合并帧正在通过不可靠信道传送时。不管什么实体影响沿着信道的合并帧，（填充的）第一信号帧和（填充的）第二信号帧的可分离性被维持。
传感器***10可进一步包括如现有技术中已知的欠电压和/或过电压检测单元400。同样，传感器***10可包括如现有技术中已知的反向保护。此外，耦合到反向保护410，可以存在副模拟调节器422，其向副路径202的模拟元件提供模拟供电电压。此外，传感器***10可包括主模拟调节器421，配置为向主信号路径101的模拟部分和或振荡器440提供模拟供电电压.
副模拟调节器422，主模拟调节器421以及数字调节器450可将电源信号，即电压馈送到启动和电源诊断元件430中。启动和电源诊断元件430可以是令人感兴趣的，以便保证传感器***10的所有电源***被正确启动和/或正确操作。
传感器***10可进一步包括同步脉冲检测元件330，其被配置为检测与所选择的当前协议，例如PSI5协议相关的同步脉冲。
可以方便的是，进一步将第一温度信号的数字表示Temp_Main和/或第一应力信号的数字表示Stress_Main提供给第一DSP 150。
图2给出了第一DSP 150和第二DSP 250内的功能的可能实现的概观，第一DSP 150和第二DSP 250两者都可在传感器***10的数字核心内提供。为了容易理解，类似的实体用相同的附图标记来指示。
第一信号的数字表示144进入第一DSP 150作为HADC的原始数据。第一温度传感器110的第一温度信号T_Main和副温度传感器210的温度信号Temp_Sub一起可以用于执行温度比较和过热温度保护。如果所测量的温度应该超过上限，则提供协议帧输出的传感器***10的接口可能被切断。
可以令人感兴趣的是，为了达到对传感器***10的可用的温度和/或应力值的限制，提供用于温度补偿和/或应力补偿的合适的多项式（polynoms）。
第一温度信号T_Main可进一步用于执行第一传感器元件100的偏移补偿。可基于第一温度信号执行第一传感器元件100的温度补偿，这在执行第一传感器元件100的灵敏度补偿时被考虑。如上所述，第一传感器元件100与第二传感器元件200相比可具有不同的灵敏度。在偏移补偿和灵敏度补偿后，第一信号可经历第一校准过程HADC PRECAL，后面是某一零移位和增益修正。随后可对增益修正后的第一信号施加低通滤波，后面是某一钳位或限幅，后面是某一第二校准，其用于钳位后的第一信号的CRC计算。
作为用来增加本公开的传感器***10的功能安全和/或可靠性的进一步的措施，一旦通过温度比较已经确定最大温度值，如上所述，就可以发出警告并可以将传感器信号遗弃或标记为无效。
如果可能，可以令人感兴趣的是，主信号路径101保持发送它的测量数据，而副信号路径202可以使用数字协议（PSI5或SPC）转发差错消息或警告，其由此被转发到电子控制单元ECU。
来自第一应力传感器120的信号Stress_Main可与来自副应力传感器220的信号Stress_Sub一起使用以进行应力比较，以便检测所测量的应力水平是否超过预定义的用于安全操作的可允许的最大值。此外，信号Stress_Main和Stress_Sub可用于评估传感器***10内的任何应力梯度量，其可以指示潜在的层离过程或作为其前兆。如果这样的过应力或过应力梯度应该出现，则可采取合适的措施，类似发出应力警告或切断接口。
类似地，第一温度传感器110和第二温度传感器210可被定位为分开在传感器***上，如针对第一应力传感器120和第二应力传感器220解释的那样，以便允许温度梯度和/或应力梯度在传感器***10内被测量。
关于第一信号路径101，第二信号的数字表示244进入副DSP 250作为HADC副原始数据。
副温度信号T_Sub可进一步被用于执行第二传感器元件200的偏移补偿。通常认为：可基于副温度信号执行第二传感器元件100的温度补偿，这也可以在执行副传感器元件200的灵敏度补偿时被考虑。
在偏移补偿和灵敏度补偿后，副信号可能经历第一校准过程HADC PRECAL，后面是某一零移位和增益修正。随后可对增益修正后的第一信号施加低通滤波，后面是某一钳位或限幅，最后后面是某一第二校准，其进而用于钳位后的第二信号的CRC计算。
与帧计数器结合，可以生成共同的CRC。对于图2所显示的情形，帧的合并可由帧生成器310执行。
将注意的是，对于本公开的传感器***10，人们可以选择附加地或替换地将在第一DSP 150和副DSP 250之间的写入许可切换到上面所述的帧合并。这样的切换将维持第一信号路径信号的（协议）表示与第二信号路径信号的（协议）表示的可分离性。换句话说，出现在信号路径之一中的任何差错可以个别地保持对于信号路径中的每一个可见。
在这样的设置中，主DSP 150和副DSP 250可彼此独立地生成数字协议，并且第一传感器路径信号和各自的第二传感器路径信号的（协议）表示可通过使用时间多路复用方案来传送。时间多路复用可通过写入对应的数字输出寄存器来方便地达到。可以有利的是，使用两个或更多的传感器输出协议的最大长度的寄存器，例如在（PSI5）协议生成器310内所实现的。
此外，人们可为第一DSP150和第二DSP250提供主从法案。主从技术可以是令人感兴趣的，以便例如通过使用EEP-CTRL信号来防止在EEPROM总线处的冲突或拥塞。然而作为进一步的选项，人们可以在不同的时间点执行补偿算法和协议帧和/或合并协议帧的生成，以改进对于第一DSP 150和副DSP 250的相异的连续处理步骤。作为正边缘效应，人们可进一步获得针对EMC事件的提高的免疫力。
作为进一步的措施，人们可以考虑将第一信号路径101和第二信号路径202实现为具有不同噪声特性的路径。可选择第一信号路径101和第二信号路径102的相异设计以引起对于第一和第二信号路径的已知的噪声水平或行为之比。如果该噪声水平或行为随着时间改变，这可能指示传感器***在相关参数或性质方面的改变。
为了支持这样的方案，人们可以故意地沿着第一和/或第二信号路径实现已知噪声源。此外，协议可以约定ADC范围的变化，其将具有对各自信号路径的噪声特性的影响。信号路径的噪声分布的监控将给出何时信号路径的性质变化的强烈指示，并且甚至可以给出沿着各自信号路径的哪个部件引起噪声分布的变化的指示。
图4示出可以容纳传感器***10的典型的集成电路，即，其包括包含单片集成电路的硅管芯和保护管芯免受环境并通过如由本领域技术人员已知的接合和引脚提供管芯电路到外部***的电连接的封装。下面的段落将给出关于封装和机械应力通常可以如何对集成电路的可靠性产生影响并且特别是如何对本公开的传感器***10的可靠性产生影响的一些方面。
图4是从Weste N.H.E和Harris D.M的“CMOS VLSI Design. A circuits andsystems perspective”, Addison Wesley Longman，2010复制的。
图5A-5C示出用于现有技术中的集成电路的各种类型的封装。然而，本公开和传感器***10并不限于这些类型的封装。
图5A示出根据四列扁平封装（QFP）的集成电路封装。图5B示出根据焊球指向在底部上的球栅阵列的封装。
图5C示出板上倒装芯片（FCoB）封装。本领域普通技术人员容易理解，对于相同的管芯或管芯上的电路，封装的大小基本上依赖于为了建造集成电路所使用封装的类型。可根据环境和应用来选择封装。
图6示出具有封装内电路的管芯。封装通常由包封管芯和其上包括的电路的模塑料形成。管芯可以被胶合到配置用于附着管芯的引线框架。接合线可将管芯表面上的焊盘与集成电路的对应的引脚相连接。延伸超过模塑料的引脚可被生产为引线框架的一部分。外部的封装包封由所谓的模塑料形成。
图7示出带有用倒装芯片技术的管芯的集成电路的横截面视图。在图7中包括电路的管芯再次设置在由包封管芯的模塑料形成的封装内。在倒装芯片技术中，管芯展现由焊料制成的球，其形成在管芯的一个表面上。这些球用于形成到引线框架的传导连接。
潜在危险种类的故障是封装的层离。层离由封装内部在通常直接附着的部分之间的间隙的形成来限定。图8中指示了不同类型的层离。
图8示出了潜在引起危险种类的故障的多种类型的层离。附图标记1指示形成在模塑料与接合侧上的引线框架之间的间隙。附图标记2指的是在模塑料与管芯表面之间的间隙形成。附图标记3指示管芯的下表面与引线框架之间的间隙形成。附图标记4指的是形成在模塑料与接合侧的相对侧上的引线框架之间的间隙。
本公开的一个目的是提供这样的层离的检测机制。
作为第一优选实现，电阻式应力传感器元件可以集成在管芯中。应力传感元件可检测由管芯内的机械应力情况的突变引起的层离影响。在没有限制的情况下，电阻式元件可以使用如图9中示意示出的硅的压阻效应来实现。
图9示出了针对n型硅样品的压电电阻相对于压力。对于本公开，令人感兴趣的是在突然增大以下的特性的部分。该突然增大是由晶体的相位跃迁引起的。该图是从K.Seeger的《半导体物理》（Semiconductor Physics），Springer Verlag复制的。
也可能的是，利用掺杂硅的载流子迁移率依赖于机械应力的变化。该应力相关性可用于测量和/或监控如在集成电路内使用的掺杂硅材料内机械应力的变化。载流子迁移率的相关性可用在应变硅技术中，如对于本领域普通技术人员已知的那样。
还可能的是，使用压阻或半导体层形成电阻式应力感测元件，作为封装制造工艺的一部分。
为了检测潜在关于如图8所描述的层离的机械应力的变化，例如，人们可以通过测量机械应力来识别层离，其中层离过程由于分别在管芯和/或封装内所测量的机械应力的突变或跳变而变得可识别。
可替换地，人们可以采用压阻测量原理以检测管芯和/或封装内的机械应力的变化。
作为进一步的选项，人们可以采用应变硅应力传感器，其中如本领域中已知的金属氧化物半导体或双极电路中的电荷载流子的迁移率的变化。
还是作为进一步的选项，人们可以部署包括在封装内的电阻式应力感测元件，即，电阻式应力感测元件在集成电路和/或集成电路封装的制造期间被设置在封装内。
此外，人们可以使用适于检测管芯和/或电路内的裂缝或微观裂缝的技术。
此外，人们可以替换地或附加地采用两个个别的应力传感器以可靠地评估是否存在机械应力中的变化以及芯片是否被损坏。
在相当恶劣的条件中，可能令人感兴趣的是，采用腐蚀检测。由于在恶劣条件，例如潮湿、湿润、暴露于酸、盐等等下腐蚀可能是层离过程的预兆，所以这是令人感兴趣的。
检测机械应力的变化的又另一个优选方法是将采用包括容性探针结构CS的封装，如图10中描绘的。
图10示出了管芯上的集成电路（未示出），管芯如前所述耦合到引线框架。对前述示例进一步地，管芯还耦合到电容性探针结构。电容性探针结构CS在图10中示出为不直接耦合到管芯的实体，然而，根据环境，电容性探针结构可以非常好地与管芯整体形成。
具有电容性探针结构CS的封装设计为监视在引线框架LF和电容性探针结构CS之间的区域。令人感兴趣的是，该区域覆盖如关于图8所讨论的集成电路的倾向于层离的这样的区，例如由图8的附图标记1所指示的区。
探针结构CS可以方便地接合到管芯，从而形成两者之间的电气连接。然而，探针结构有利地不连接到封装的外部。
电容测量电路（例如使用振荡器-未示出）可形成在管芯上。可在特定时间点激活电容测量电路以通过测量CS与引线框架LF之间的电容量来保证间隙（层离）不存在。测量值可针对层离的检测与预期的电容值相比较。仅仅在特定时间点激活测量电路可以是令人感兴趣的，以便减少电路的功率消耗以及也减少源于测量电路内的切换，例如电容板的切换的电磁干扰。
所描述的电容测量可进一步部署用于其中引线框架变成被破坏或不导电的腐蚀效应的检测。
在另一个实施例中，例如通过使用最高的金属化层（如由图8中的附图标记2所指示的），电容测量结构SE可全部集成在管芯上。
意图电容性测量以检测管芯表面与模塑料之间的层离。管芯表面可被具有两个或更多的电极的梳状结构（部分）覆盖。测量在电极之间的电容量可以非常可靠地指示根据图8中的附图标记2的层离。间隙（气体或液体填充的）的形成也将在电容量变化中可见。
上面所描述的电路和结构被设计成检测潜在的危险故障。在故障被检测到的情况下，电路可通过部件的接口触发差错消息或作为故障的指示，将阻止部件发送数据。

Claims (15)

1.一种传感器***，包括：
第一传感器元件，耦合到转发第一传感器信号的第一信号路径；
第二传感器元件，耦合到转发第二传感器信号的第二信号路径，所述第二传感器信号表示与所述第一传感器信号相同的物理量；
第一信号处理元件，被配置为在第一时间点提供所述第一传感器信号的第一协议表示；以及
第二信号处理元件，被配置为在第二时间点提供所述第二传感器信号的第二协议表示，
其中所述第二时间点与所述第一时间点不同，以及
其中，所述第一信号路径包括至少一个信号路径元件，所述至少一个信号路径元件提供在所述第一信号路径和所述第二信号路径之间关于由外部参数引起的对衬底的共同原因差错的相异性。
2.根据权利要求1所述的传感器***，其中所述第一信号路径内的第一模数转换器（ADC）被实现为与所述第二信号路径内的第二ADC相异。
3.根据权利要求1所述的传感器***，
其中所述第一信号处理元件在所述第一信号路径内；并且
其中所述第二信号处理元件在所述第二信号路径内，
所述第一传感器信号的所述第一协议表示独立于所述第二传感器信号的所述第二协议表示。
4.根据权利要求1所述的传感器***，其中传感器***包括：
第一温度传感器，和
第二温度传感器，
所述第二温度传感器在它对温度变化的响应方面与所述第一温度传感器相异。
5.根据权利要求1所述的传感器***，其中所述传感器***包括：
第一应力传感器，和
第二应力传感器，
所述第二应力传感器在它对机械应力的响应方面与所述第一应力传感器相异。
6.根据权利要求4所述的传感器***，其中所述传感器***包括：
第一应力传感器，和
第二应力传感器，
所述第二应力传感器在它对机械应力的响应方面与所述第一应力传感器相异。
7.根据权利要求6所述的传感器***，其中第一温度传感器、第二温度传感器，第一应力传感器和第二应力传感器耦合到第二信号路径。
8.根据权利要求1所述的传感器***，其中第二信号处理元件进一步配置为提供第一温度信号、第二温度信号、第一应力信号、或第二应力信号中的至少一个的协议表示。
9.根据权利要求1所述的传感器***，
其中第一信号处理元件配置为提供对第一传感器信号的第一协议表示的第一纠错；以及
其中第二信号处理元件配置为提供对第二传感器信号的第二协议表示的第二纠错。
10.根据权利要求9所述的传感器***，其中对第一传感器信号的第一协议表示的第一纠错独立于对第二传感器信号的第二协议表示的第二纠错。
11.根据权利要求1所述的传感器***，
其中合并元件配置为将第一传感器信号的第一协议表示与第二传感器信号的第二协议表示合并到合并协议表示中，以及
其中第一传感器信号和第二传感器信号的独立性在合并协议表示内被维持。
12.根据权利要求11所述的传感器***，其中合并元件实现为第一传感器信号的第一协议表示和第二传感器信号的第二协议表示的时间多路复用。
13.根据权利要求4所述的传感器***，其中第一温度传感器具有正温度相关性，而第二温度传感器具有负温度相关性。
14.根据权利要求13所述的传感器***，其中用于给定温度范围的第一温度相关性使第一温度范围的协议表示与用于所述给定温度范围的第二温度相关性的协议表示截然不同。
15.根据权利要求5所述的传感器***，其中第一应力传感器具有第一响应特性，而第二应力传感器具有第二响应特性，
所述第二响应特性与第一响应特性在给定应力范围上至少交叉一次。
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