WO2022012876A1 - Halbleiterchip und sicherheitsschaltungsanordnung mit einem solchen halbleiterchip - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a semiconductor chip with functions implemented on it in terms of circuitry, which has a first area in which a first group of safety-relevant basic functions is implemented in terms of circuitry and which has a second area, which is separated from the first area by technological security measures, in which a Basic functions monitoring first group of monitoring functions is realized circuitry.
- the invention also relates to a safety circuit arrangement with such a semiconductor chip and at least one safety switch connected to it, which is connected to a switch or an actuator.
- Such a semiconductor chip and such a security circuit arrangement are known from DE 102014209090 A1.
- the teaching there includes using an integrated circuit on a circuit carrier or chip carrier as a safety center, in which a disconnection unit is formed isolated from the control unit on the circuit substrate or a self-contained disconnection unit in the form of a safety island is provided separately on the circuit substrate.
- the control unit supplies the voltage for individual components of the circuit arrangement, e.g. B. microcontroller ensured.
- the switch-off unit is not electronically connected to the control unit on the circuit board and has its own connection for connection to the power supply device, e.g. B. a battery. Ideally, the connection to the power supply device is provided with reverse polarity protection.
- the shutdown unit can therefore perform its function without restrictions even in the event of a failure of the control unit and offers a shutdown path that is redundant to the control unit and that remains operable precisely in the aforementioned error cases.
- the increased reliability of the disconnection unit offers the advantage of being able to intercept unforeseen motor interventions in the steering.
- the known switch-off unit ensures that the motor is switched off in a controlled manner or that the motor is disconnected from the supply voltage in a controlled manner. In this way, on the one hand, damage to the electronic components that are connected to the motor can be prevented. On the other hand, it is possible to ensure that no unwanted motor torques are generated after the power supply has been properly switched off.
- the shutdown unit By means of the isolation and its own connection to the power supply device, it is achieved that the shutdown unit also operates in the event of a fault in the power supply device, e.g. B. a battery, or in the connection to the power supply device is not affected.
- the switch-off unit can also be provided with its own power supply device. According to DE 10 2014 209 090 A1, the switch-off functions are combined in the switch-off unit and, together with the control unit, reduced to a single circuit carrier or chip.
- safety goals that describe the unwanted behavior, e.g. B. "Avoid starting the vehicle accidentally.”
- an implementation of monitoring functions in a secure area of a semiconductor chip can also be unsafe if harmful influences from the outside have an effect beyond possible separation and isolation measures.
- the object is achieved by a semiconductor chip with functions implemented on it in terms of circuitry, which has a first area in which a first group of safety-relevant basic functions is implemented in terms of circuitry and which has a second area, which is separated from the first area by technological security measures, in which a first group of monitoring functions monitoring the basic functions is realized in terms of circuitry, which has a third area formed on the semiconductor chip, which is separated from the other areas by technological security measures, in which a second group of monitoring functions monitoring the basic functions is realized in terms of circuitry.
- the first group of safety-relevant basic functions has a number of voltage regulators for outputting supply voltages.
- the supply voltages which are usually generated and regulated from battery voltage, are used to supply other external circuits such as microprocessors or microcontrollers, sensors, communication modules, etc. If faults mean that the supply voltages are not generated correctly, this can affect the correct functioning of the circuits supplied affect and are transferred from these to other functions.
- a microprocessor that is not working properly because the supply voltage is too low could generate incorrect control signals for actuators, which can lead to problematic malfunctions.
- Such a malfunction must therefore be detected in good time and, for example, safety switches must be activated by the monitoring functions, which can prevent false signals from being forwarded.
- this safety monitoring can fail. This is to be prevented by the measure according to the invention.
- the first and the second group of monitoring functions can each have a fail-safe pre-driver and/or a fail-safe machine and/or a watchdog circuit and/or a voltage monitoring circuit.
- a fail-safe pre-driver and/or a fail-safe machine and/or a watchdog circuit and/or a voltage monitoring circuit.
- other sensible monitoring circuits or monitoring functions are also possible.
- the security measures on a semiconductor chip according to the invention can include a separation of the energy supply or the layout and/or electrical insulation and/or voltage robustness and/or decoupling of a redundant switch-off path. It can also be measures as already described in DE 10 2014 209 090 A1.
- the invention also relates to a safety circuit arrangement with a semiconductor chip according to one of Claims 1 to 4 and at least one safety switch connected thereto, which is connected to a switch or an actuator, the safety circuit arrangement being set up to switch the switch or the actuator by means of the at least one safety switch to activate or deactivate, with the safety switch being connected to both groups of monitoring functions.
- the safety switch is used to take or stop an action and can be induced to perform its function by either set of monitoring functions.
- FIG. 1 shows a semiconductor chip 1 which has a first area 2 in which a first group 3 of safety-relevant basic functions is realized in terms of circuitry.
- these basic functions are in particular linear regulators LD01 to LD06, which are used to generate different supply voltages in the range from approximately 3 volts to 5 volts, in particular from a vehicle battery voltage (main battery).
- these supply voltages can be used to supply a microprocessor 11 or sensors 12 .
- the safety-relevant basic functions can include additional functions such as a sensor interface or an SPI interface.
- a microprocessor 11 in particular requires a stable supply voltage in order to be able to work properly.
- the function of a microprocessor 11 is usually monitored via a watchdog function, which in the exemplary embodiment shown is also implemented on the semiconductor chip 1 in a second area 4 in a first group 5 of monitoring functions.
- a watchdog function which in the exemplary embodiment shown is also implemented on the semiconductor chip 1 in a second area 4 in a first group 5 of monitoring functions.
- safety switches 9 are provided, which can either prevent the forwarding of these control signals or deactivate the receiving modules, such as a communication module 10 .
- the second area 4 is also formed on the semiconductor chip 1, but protected by safety measures such as a separation of the energy supply or the layout and/or electrical insulation and/or voltage robustness and/or decoupling of a redundant switch-off path. In this way, it should be avoided in principle that faults occurring in the circuits of the first area 2 do not easily have an impact in the second area 4.
- a third area 6 is provided on the semiconductor chip 1, which is also separated from the other two areas 3, 4 by appropriate security measures and in which a second group of monitoring functions 7 is realized in terms of circuitry.
- the monitoring functions of the second group of monitoring functions 7 can perform the same function or task as the monitoring functions of the first group of monitoring functions 5, the redundant design is only intended to significantly reduce the probability that an error will occur in the first area 2 within the first group of safety-related Basic Functions 3 affects the monitoring functions.
- the circuits of the second group of monitoring functions 7 are also connected to the corresponding safety switches 9, so that if one of the two groups of monitoring functions 5, 7 fails, there is a high probability that at least the other one will remain functional and can actuate the safety switch 9, for example To prevent communication devices 10 from forwarding erroneous control signals from an impaired microprocessor 11 .
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Halbleiterchip (1) mit darauf schaltungstechnisch realisierten Funktionen, der einen ersten Bereich (2) aufweist, in dem eine erste Gruppe von sicherheitsrelevanten Grundfunktionen (3) schaltungstechnisch realisiert ist und der einen zweiten Bereich (4) aufweist, der von dem ersten Bereich (2) durch technologische Sicherheitsmaßnahmen getrennt ist, in dem eine die Grundfunktionen überwachende erste Gruppe von Überwachungsfunktionen (5) schaltungstechnisch realisiert ist. Er weist außerdem einen dritten, auf dem Halbleiterchip (1) ausgebildeten Bereich (6) auf, der von den anderen Bereichen (2, 3) durch technologische Sicherheitsmaßnahmen getrennt ist, in dem eine die Grundfunktionen überwachende zweite Gruppe von Überwachungsfunktionen (7) schaltungstechnisch realisiert ist.
Description
Beschreibung
Halbleiterchip und Sicherheitsschaltungsanordnung mit einem solchen Halbleiterchip
Die Erfindung betrifft einen Halbleiterchip mit darauf schaltungstechnisch realisierten Funktionen, der einen ersten Bereich aufweist, in dem eine erste Gruppe von sicherheitsrelevanten Grundfunktionen schaltungstechnisch realisiert ist und der einen zweiten Bereich aufweist, der von dem ersten Bereich durch technologische Sicherheitsmaßnahmen getrennt ist, in dem eine die Grundfunktionen überwachende erste Gruppe von Überwachungsfunktionen schaltungstechnisch realisiert ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Sicherheitsschaltungsanordnung mit einem solchen Halbleiterchip und zumindest einem mit diesem verbundenen Sicherheitsschalter, der mit einem Schalter oder einem Aktor verbunden ist.
Ein solcher Halbleiterchip und eine solche Sicherheitsschaltungsanordnung sind aus der DE 102014209090 A1 bekannt.
Der dortige Lehre beinhaltet, einen integrierten Schaltkreis auf einem Schaltkreisträger oder Chipträger als Sicherheitszentrum zu verwenden, bei dem eine Abschalteinheit von der Steuereinheit isoliert auf dem Schaltkreisträger ausgebildet ist bzw. eine in sich abgeschlossene Abschalteinheit in Form einer Sicherheitsinsel auf dem Schaltkreisträger separat vorgesehen ist. Über die Steuereinheit wird im Normalbetrieb die Versorgung der Spannung für einzelne Komponenten der Schaltungsanordnung, wie z. B. Mikrocontroller, sichergestellt. Die Abschalteinheit ist mit der Steuereinheit auf dem Schaltkreisträger elektronisch nicht verbunden und weist einen eigenen Anschluss zur Verbindung zur Stromversorgungsvorrichtung auf, z. B. eine Batterie. Idealerweise ist der Anschluss zur Stromversorgungsvorrichtung mit einem Verpolschutz versehen. Die Abschalteinheit kann ihre Funktion somit auch bei einem Ausfall der Steuereinheit uneingeschränkt ausführen und bietet einen zur Steuereinheit redundanten Abschaltpfad, der gerade in den vorgenannten Fehlerfällen weiterhin betreibbar bleibt. Insbesondere für Servolenkungsvorrichtungen bietet die erhöhte Ausfallsicherheit der Abschalteinheit den Vorteil, unvorhergesehene Motoreingriffe in die Lenkung abfangen zu können.
Die bekannte Abschalteinheit stellt ein kontrolliertes Abschalten des Motors bzw. eine kontrollierte Trennung des Motors von der Versorgungsspannung sicher. Auf diese Weise kann zum einen eine Beschädigung der elektronischen Bauteile verhindert werden, die mit dem Motor verbunden sind. Zum anderen ist es möglich, sicherzustellen, dass keine ungewollten Motordrehmomente nach ordnungsgemäßer Abschaltung der Spannungsversorgung generiert werden. Mittels der Isolierung und dem eigenen Anschluss zu der Stromversorgungsvorrichtung wird erreicht, dass die Abschalteinheit auch bei einem Fehler in der Stromversorgungsvorrichtung, z. B. einer Batterie, oder in der Verbindung zur Stromversorgungsvorrichtung nicht beeinträchtigt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Abschalteinheit auch mit einer eigenen Stromversorgungsvorrichtung versehen sein. Die Abschaltfunktionen werden gemäß der DE 10 2014 209 090 A1 in die Abschalteinheit vereint und gemeinsam mit der Steuereinheit auf einen einzigen Schaltkreisträger oder Chip reduziert.
Allgemein kann gesagt werden, dass mit der stetig wachsenden Komplexität elektronischer Komponenten in Fahrzeugen auch die Möglichkeit von Fehlfunktionen steigt. Ist eine sicherheitsrelevante Komponente von einer solchen Fehlfunktion betroffen, können im schlimmsten Fall Menschen zu Schaden kommen. Würde z.B. ein ESP-Steuergerät in einem Kraftfahrzeug bei zügiger Fahrt unerwartet eine Vollbremsung auslösen, könnte dies zu einem Auffahrunfall führen. Um das Risiko von Gefahr bringenden Fehlfunktionen von sicherheitsrelevanten Elektronik-Systemen zu minimieren, sollten diese unter Berücksichtigung einschlägiger Normen entwickelt werden. Eine solche ist die ISO 26262.
Der Start einer Entwicklung nach ISO 26262 lässt sich in folgenden Schritten beschreiben (siehe Wikipedia):
1 . Der Fahrzeughersteller, der sein Produkt in den Markt bringt - d.h. an Endverbraucher verkauft - untersucht Umstände und Situationen, in denen das Fahrzeug Menschen verletzen oder töten könnte.
2. Definition von Sicherheitszielen ("safety goals"), die das ungewollte Verhalten beschreiben, z. B. „Ungewolltes Anfahren des Fahrzeugs vermeiden.“
3. Risiko bestimmen und bewerten, z.B.
1 . ungefährlich (beispielsweise Klimasteuergerät),
2. geringe Gefahren [QM], die ohne besondere Maßnahmen der Norm auskommt, oder die
3. Einstufung von [ASIL] A bis ASIL D, für die die Norm anzuwenden ist.
4. Komponenten (der Zulieferer) identifizieren, die dazu beitragen könnten, z. B. „Motor beschleunigt ungewollt oder „Automatisches Getriebe verlässt von selbst P oder N“
5. Den Lieferanten von Komponenten die geforderte Funktion als Sicherheitsanforderung ("safety requirement"), den ASIL und einige weitere Informationen mitteilen, um sie in die sicherheitsgerichtete Entwicklung einzubinden.
In diesem Zusammenhang kann auch eine Implementierung von Überwachungsfunktionen in einem gesicherten Bereich eines Halbleiterchips unsicher sein, wenn schädliche Einflüsse von außen sich über mögliche Trenn- und Isolationsmaßnahmen hinweg auswirken.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Halbleiterchip mit darauf schaltungstechnisch realisierten Funktionen, der einen ersten Bereich aufweist, in dem eine erste Gruppe von sicherheitsrelevanten Grundfunktionen schaltungstechnisch realisiert ist und der einen zweiten Bereich aufweist, der von dem ersten Bereich durch technologische Sicherheitsmaßnahmen getrennt ist, in dem eine die Grundfunktionen überwachende erste Gruppe von Überwachungsfunktionen schaltungstechnisch realisiert ist, der einen dritten, auf dem Halbleiterchip ausgebildeten Bereich aufweist, der von den anderen Bereichen durch technologische Sicherheitsmaßnahmen getrennt ist, in dem eine die Grundfunktionen überwachende zweite Gruppe von Überwachungsfunktionen schaltungstechnisch realisiert ist.
Hierdurch kann eine deutlich höhere Sicherheit erreicht werden, da eine nur sehr geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass sich ein sicherheitstechnisch problematischer Fehler auf beide Gruppen von Überwachungsfunktionen, die in verschiedenen, durch technologische Sicherheitsmaßnahmen getrennten Bereichen des Halbleiterchips ausgebildet sind, auswirkt. Somit kann in allen denkbaren Situationen die Sicherheit im Rahmen der ISO 26262, ASIL D Vorgaben gewährleistet werden.
In einer Ausbildung der Erfindung weist die erste Gruppe von sicherheitsrelevanten Grundfunktionen eine Anzahl von Spannungsreglern zur Ausgabe von Versorgungsspannungen auf.
Die zumeist aus einer Batteriespannung erzeugten und geregelten Versorgungsspannungen dienen zur Versorgung von weiteren externen Schaltkreisen wie beispielsweise Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern, Sensoren, Kommunikationsbausteinen etc. Sollten Fehlereinflüsse dazu führen, dass die Versorgungsspannungen nicht korrekt erzeugt werden, kann sich dies auf die korrekte Funktion dieser versorgten Schaltkreise auswirken und von diesen auf weitere Funktionen übertragen werden. So könnte ein aufgrund einer zu geringen Versorgungsspannung fehlerhaft arbeitender Mikroprozessor falsche Steuersignale für Aktoren erzeugen, die zu problematischen Fehlfunktionen führen können. Eine solche Fehlfunktion muss daher rechtzeitig erkannt werden und durch die Überwachungsfunktionen beispielsweise Sicherheitsschalter aktiviert werden, die eine Weiterleitung falscher Signale unterbinden können. Wenn sich der Fehler aber auch auf die Sicherheitsfunktionen auswirkt, kann diese Sicherheitsüberwachung fehlschlagen. Dies soll durch die erfindungsgemäße Maßnahme verhindert werden.
Die erste und die zweite Gruppe von Überwachungsfunktionen können in Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Halbleiterchips jeweils einen Ausfallsicherheits-Vortreiber und/oder einen Ausfallsicherheitsautomaten und/oder eine Watchdogschaltung und/oder eine Spannungsüberwachungsschaltung aufweisen. Es sind jedoch auch andere sinnvolle Überwachungsschaltungen oder Überwachungsfunktionen möglich.
Die Sicherheitsmaßnahmen auf einem erfindungsgemäßen Halbleiterchip können eine Separation der energetischen Versorgung oder des Layouts und/oder eine elektrische Isolation und/oder eine Spannungsrobustheit und/oder eine Entkopplung eines redundanten Abschaltpfades umfassen. Es können auch Maßnahmen sein, wie sie bereits in der DE 10 2014 209 090 A1 beschrieben sind.
Die Erfindung betrifft auch eine Sicherheitsschaltungsanordnung mit einem Halbleiterchip gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und zumindest einem mit diesem verbundenen Sicherheitsschalter, der mit einem Schalter oder einem Aktor verbunden ist, wobei die Sicherheitsschaltungsanordnung eingerichtet ist, den Schalter oder den Aktor mittels des zumindest einen Sicherheitsschalters zu
aktivieren oder zu deaktivieren, wobei der Sicherheitsschalter mit beiden Gruppen von Überwachungsfunktionen verbunden ist.
Der Sicherheitsschalter dient dazu, eine Maßnahme zu ergreifen oder zu unterbinden und kann durch beide Gruppen von Überwachungsfunktionen veranlasst werden, seine Funktion zu erfüllen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen Halbleiterchip 1 , der einen ersten Bereich 2 aufweist, in dem eine erste Gruppe 3 von sicherheitsrelevanten Grundfunktionen schaltungstechnisch realisiert ist. Diese Grundfunktionen sind im dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere Linearregler LD01 bis LD06, die der Erzeugung unterschiedlicher Versorgungsspannungen im Bereich von etwa 3 Volt bis 5 Volt, insbesondere aus einer Fahrzeugbatteriespannung (main battery), dienen. Diese Versorgungsspannungen können im dargestellten Beispiel der Fig. 1 der Versorgung eines Mikroprozessors 11 oder von Sensoren 12 dienen. Die sicherheitsrelevanten Grundfunktionen können weitere Funktionen umfassen wie beispielsweise ein Sensorinterface oder eine SPI Schnittstelle.
Insbesondere ein Mikroprozessor 11 benötigt eine stabile Versorgungsspannung, um ordnungsgemäß arbeiten zu können. Zwar wird die Funktion eines Mikroprozessors 11 üblicherweise über eine Watchdogfunktion überwacht, die im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls auf dem Halbleiterchip 1 in einen zweiten Bereich 4 in einer ersten Gruppe 5 von Überwachungsfunktionen realisiert ist. Allerdings kann es trotzdem Vorkommen, dass die fehlerhafte Funktion des Mikroprozessors zwar erkannt ist, die Ausgabe der fehlerhaften Steuersignale jedoch nicht mehr verhindert werden kann. Zu diesem Zweck sind Sicherheitsschalter 9 vorgesehen, die entweder die Weiterleitung dieser Steuersignale unterbinden können oder die Empfangsbausteine wie beispielsweise ein Kommunikationsbaustein 10 deaktivieren können.
Der zweite Bereich 4 ist ebenfalls auf dem Halbleiterchip 1 ausgebildet, jedoch durch Sicherheitsmaßnahmen wie beispielsweise eine Separation der energetischen Versorgung oder des Layouts und/oder eine elektrische Isolation und/oder eine Spannungsrobustheit und/oder eine Entkopplung eines redundanten Abschaltpfades abgesichert. Auf diese Weise soll grundsätzlich verhindert werden,
dass Fehler, die in den Schaltkreisen des ersten Bereichs 2 auftreten, nicht ohne Weiteres Auswirkungen im zweiten Bereich 4 haben.
Allerdings kann es trotzdem Vorkommen, dass ein Fehler, der sich auf einen Linearregler LD01 bis LD06 auswirkt, ebenfalls auf den zweiten Bereich 4 durchschlägt und die dortigen Überwachungsfunktionen der ersten Gruppe von Überwachungsfunktionen 5 oder zumindest Teile davon beeinträchtigt, sodass der Sicherheitsschalter 9 nicht mehr rechtzeitig betätigt werden kann.
Daher ist in erfindungsgemäßer Weise auf dem Halbleiterchip 1 ein dritter Bereich 6 vorgesehen, der ebenfalls durch passende Sicherheitsmaßnahmen von den beiden anderen Bereichen 3, 4 getrennt ist und in dem eine zweite Gruppe von Überwachungsfunktionen 7 schaltungstechnisch realisiert ist. Die Überwachungsfunktionen der zweiten Gruppe von Überwachungsfunktionen 7 können die gleiche Funktion bzw. Aufgabe erfüllen wie die Überwachungsfunktionen der ersten Gruppe von Überwachungsfunktionen 5, die redundante Ausführung soll lediglich die Wahrscheinlichkeit deutlich verringern, dass sich ein Fehler im ersten Bereich 2 innerhalb der ersten Gruppe von sicherheitsrelevanten Grundfunktionen 3 auf die Überwachungsfunktionen auswirkt.
Zu diesem Zweck sind auch die Schaltkreise der zweiten Gruppe von Überwachungsfunktionen 7 mit den entsprechenden Sicherheitsschaltern 9 verbunden, sodass bei einem Ausfall einer der beiden Gruppen von Überwachungsfunktionen 5, 7 mit hoher Wahrscheinlichkeit zumindest die andere funktionsfähig bleibt und die Sicherheitsschalter 9 betätigen kann, um beispielsweise Kommunikationseinrichtungen 10 am Weiterleiten fehlerhafter Steuersignale eines beeinträchtigten Mikroprozessors 11 zu unterbinden.
Durch die erfindungsgemäße Integration zweier Gruppen von Überwachungsfunktionen auf nur einem Halbleiterchip 1 wird bei nur geringem Platzbedarf eine hohe Sicherheit erreicht und damit auch die Anforderungen von bis ASIL D der ISO 262 erreicht.
Claims
1. Halbleiterchip (1) mit darauf schaltungstechnisch realisierten Funktionen, der einen ersten Bereich (2) aufweist, in dem eine erste Gruppe von sicherheitsrelevanten Grundfunktionen (3) schaltungstechnisch realisiert ist und der einen zweiten Bereich (4) aufweist, der von dem ersten Bereich (2) durch technologische Sicherheitsmaßnahmen getrennt ist, in dem eine die Grundfunktionen überwachende erste Gruppe von Überwachungsfunktionen (5) schaltungstechnisch realisiert ist, gekennzeichnet durch, einen dritten, auf dem Halbleiterchip (1) ausgebildeten Bereich (6), der von den anderen Bereichen (2, 3) durch technologische Sicherheitsmaßnahmen getrennt ist, in dem eine die Grundfunktionen überwachende zweite Gruppe von Überwachungsfunktionen (7) schaltungstechnisch realisiert ist.
2. Halbleiterchip nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe von sicherheitsrelevanten Grundfunktionen (3) eine Anzahl von Spannungsreglern (LD01 ... LD06) zur Ausgabe von Versorgungsspannungen aufweist.
3. Halbleiterchip nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Gruppe von Überwachungsfunktionen (3, 5) jeweils einen Ausfallsicherheits-Vortreiber (FailSafe PreDriver) und/oder einen Ausfallsicherheitsautomaten (Fail Safe Machine) und/oder eine Watchdogschaltung (Watchdog & Voltage monitoring) und/oder eine Spannungsüberwachungsschaltung aufweisen.
4. Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsmaßnahmen eine Separation der energetischen Versorgung oder des Layouts und/oder eine elektrische Isolation und/oder eine Spannungsrobustheit und/oder eine Entkopplung eines redundanten Abschaltpfades umfassen.
5. Sicherheitsschaltungsanordnung mit einem Halbleiterchip (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und zumindest einem mit diesem verbundenen Sicherheitsschalter (9), der mit einem Schalter (10) oder einem Aktor verbunden ist, wobei die Sicherheitsschaltungsanordnung eingerichtet ist, den Schalter (10) oder den Aktor mittels des zumindest einen Sicherheitsschalters (9) zu aktivieren oder zu
deaktivieren, wobei der Sicherheitsschalter (9) mit beiden Gruppen von Überwachungsfunktionen (5, 7) verbunden ist.
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|---|---|---|---|
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| US18/005,697 US12141022B2 (en) | 2020-07-15 | 2021-06-21 | Semiconductor chip and security circuit assembly containing redundant safety circuitry for monitoring base functions |
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102020208854A1 (de) * | 2020-07-15 | 2022-01-20 | Vitesco Technologies GmbH | Halbleiterchip und Sicherheitsschaltungsanordnung mit einem solchen Halbleiterchip |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2685378A1 (de) * | 2012-07-11 | 2014-01-15 | Rohm Co., Ltd. | Integrierte Stromversorgungs-Überwachungsschaltung für eine elektrische Bauteileinheit eines Kraftfahrzeugs |
| WO2015135803A1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-09-17 | Continental Automotive Gmbh | Electronic control circuit for vehicle |
| US20150331040A1 (en) * | 2012-07-02 | 2015-11-19 | Freescale Semiconductor, Inc. | Integrated circuit device, safety circuit, safety-critical system and method of manufacturing an integrated circuit device |
| DE102014209090A1 (de) | 2014-05-14 | 2015-11-19 | Continental Automotive Gmbh | Integrierter Schaltkreis mit isolierter Abschalteinheit |
| US20190235448A1 (en) * | 2019-03-29 | 2019-08-01 | Intel Corporation | Enhancing diagnostic capabilities of computing systems by combining variable patrolling api and comparison mechanism of variables |
| US10585772B2 (en) * | 2013-06-04 | 2020-03-10 | Trw Automotive U.S. Llc | Power supply diagnostic strategy |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3215177A1 (de) * | 1982-04-23 | 1983-10-27 | Hartmann & Braun Ag, 6000 Frankfurt | Ueberwachungssystem fuer eine oder mehrere, gleichartig aufgebaute prozessstationen |
| US5372410A (en) | 1994-02-02 | 1994-12-13 | National Semiconductor Corporation | Anti-lock braking system |
| DE19611942C2 (de) | 1996-03-26 | 2003-02-20 | Daimler Chrysler Ag | Halbleiterschaltkreis für ein elektronisches Steuergerät |
| US6208242B1 (en) | 1997-10-24 | 2001-03-27 | Continental Teves Ag & Co., Ohg | Circuit configuration to monitor a regulated output voltage in a motor vehicle |
| GB2360856B (en) * | 2000-03-30 | 2004-06-23 | Llanelli Radiators Ltd | Intelligent control unit |
| DE112004001836D2 (de) | 2003-10-08 | 2006-08-24 | Continental Teves Ag & Co Ohg | Integriertes Mikroprozessorsystem für sicherheitskritische Regelungen |
| DE102006008958A1 (de) | 2005-03-10 | 2006-09-28 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Elektronisches Kraftfahrzeugbremsensteuergerät |
| DE102007025827A1 (de) * | 2007-04-26 | 2008-10-30 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Integrierte Schaltungsanordnung für sicherheitskritische Regelungssysteme |
| CN201163348Y (zh) * | 2007-12-21 | 2008-12-10 | 上海可鲁系统软件有限公司 | 一种用于冗余系统的应用控制装置 |
| DE102010002346A1 (de) * | 2009-10-12 | 2011-04-14 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Feldgerät zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße |
| DE102011053580A1 (de) * | 2011-09-14 | 2013-03-14 | Zf Lenksysteme Gmbh | Verfahren zum betrieb einer elektrischen hilfskraftlenkung |
| JP5951429B2 (ja) | 2012-02-01 | 2016-07-13 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | ウォッチドッグ回路、電源ic、及びウォッチドッグ監視システム |
| DE112014002675T5 (de) * | 2013-06-04 | 2016-02-18 | Trw Automotive U.S. Llc | Optimierte Spannungsversorgungsarchitektur |
| CN104034960A (zh) * | 2014-05-15 | 2014-09-10 | 苏州市万松电气有限公司 | 具备多重冗余的列车车载电能监控系统 |
| JP7227002B2 (ja) * | 2015-10-09 | 2023-02-21 | フィッシャー-ローズマウント システムズ,インコーポレイテッド | プロセス制御システムの安全イベントの視覚化を経時的に提供するためのシステム及び方法 |
| KR102355424B1 (ko) | 2017-09-13 | 2022-01-26 | 현대자동차주식회사 | 차량용 중앙 처리 장치를 제어하는 워치독 회로의 신뢰성을 향상시키는 장치 및 방법 |
| DE102020208854A1 (de) * | 2020-07-15 | 2022-01-20 | Vitesco Technologies GmbH | Halbleiterchip und Sicherheitsschaltungsanordnung mit einem solchen Halbleiterchip |
| US12012125B2 (en) * | 2021-07-30 | 2024-06-18 | Nvidia Corporation | Communicating faults to an isolated safety region of a system on a chip |
| CN114932805B (zh) * | 2022-04-29 | 2025-06-03 | 华为数字能源技术有限公司 | 一种驱动装置和电动汽车 |
| DE102022131083A1 (de) * | 2022-11-24 | 2024-05-29 | Infineon Technologies Ag | Fahrzeug, Fehlerüberwachungsvorrichtung für ein Fahrzeug und Halbleitervorrichtung zur Detektion einer Überspannung und/oder eines Überstroms |
-
2020
- 2020-07-15 DE DE102020208854.3A patent/DE102020208854A1/de active Pending
-
2021
- 2021-06-21 US US18/005,697 patent/US12141022B2/en active Active
- 2021-06-21 CN CN202180049456.5A patent/CN115803979A/zh active Pending
- 2021-06-21 WO PCT/EP2021/066859 patent/WO2022012876A1/de not_active Ceased
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150331040A1 (en) * | 2012-07-02 | 2015-11-19 | Freescale Semiconductor, Inc. | Integrated circuit device, safety circuit, safety-critical system and method of manufacturing an integrated circuit device |
| EP2685378A1 (de) * | 2012-07-11 | 2014-01-15 | Rohm Co., Ltd. | Integrierte Stromversorgungs-Überwachungsschaltung für eine elektrische Bauteileinheit eines Kraftfahrzeugs |
| US10585772B2 (en) * | 2013-06-04 | 2020-03-10 | Trw Automotive U.S. Llc | Power supply diagnostic strategy |
| WO2015135803A1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-09-17 | Continental Automotive Gmbh | Electronic control circuit for vehicle |
| DE102014209090A1 (de) | 2014-05-14 | 2015-11-19 | Continental Automotive Gmbh | Integrierter Schaltkreis mit isolierter Abschalteinheit |
| US20190235448A1 (en) * | 2019-03-29 | 2019-08-01 | Intel Corporation | Enhancing diagnostic capabilities of computing systems by combining variable patrolling api and comparison mechanism of variables |
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