符合ASIL要求的磁傳感器集成電路解析

本技術(shù)文章介紹了磁傳感器集成電路（IC），該集成電路可提供汽車安全完整性等級(jí)（ASIL）符合性的診斷信息。智能車輛控制系統(tǒng)中的當(dāng)前革命在很大程度上依賴于迅速發(fā)展的物理檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)稱為磁傳感器集成電路（IC）。這些非接觸式磁傳感器IC的復(fù)雜性，可靠性，靈活性和功能性幾乎消除了最新一代汽車幾乎所有應(yīng)用中對(duì)機(jī)電開關(guān)的需求。然而，伴隨著復(fù)雜電子設(shè)備使用量的增加，人們更加關(guān)注難以檢測(cè)的系統(tǒng)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。反過來，這又導(dǎo)致汽車行業(yè)將重點(diǎn)放在汽車功能安全上。ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)概述了開發(fā)過程，包括將風(fēng)險(xiǎn)最小化的預(yù)測(cè)分析。反過來，此過程需要將高級(jí)診斷功能直接集成到磁傳感器IC系統(tǒng)中。將對(duì)使用新型創(chuàng)新型嵌入式固態(tài)線圈進(jìn)行端到端系統(tǒng)測(cè)試的，實(shí)現(xiàn)了集成診斷的新型磁傳感器IC進(jìn)行檢查。

概述

打開任何新型汽車的門，您將立即被看不見的電子傳感器網(wǎng)絡(luò)所包圍。它們檢測(cè)安全帶的彎曲，窗戶或天窗的夾傷，變速桿的位置，發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱的轉(zhuǎn)速和方向以及凸輪軸的位置，僅舉幾個(gè)例子。通過各種類型的非接觸式磁檢測(cè)器（即霍爾效應(yīng)，巨磁阻（GMR），各向異性電阻（AMR））的發(fā)展，使實(shí)時(shí)感測(cè)滲透到這些應(yīng)用中已變得切實(shí)可行。這些先進(jìn)的固態(tài)半導(dǎo)體IC除了具有非常小的外形尺寸外，還具有成本效益，功率效率，非接觸式，

這些檢測(cè)系統(tǒng)提供了高級(jí)的計(jì)算復(fù)雜性，提供了高度的輸出排列。這對(duì)實(shí)現(xiàn)ISO 26262的功能安全性提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)樵O(shè)備狀態(tài)復(fù)雜性和幾乎無限種的車輛運(yùn)行條件共同導(dǎo)致不可能通過設(shè)計(jì)預(yù)期或在測(cè)試程序中發(fā)現(xiàn)所有使用情況和故障模式。鑒于可能需要幾乎即時(shí)的響應(yīng)來保護(hù)乘客和保護(hù)車輛，因此，這些靈巧的檢測(cè)系統(tǒng)必須能夠自我診斷，并且在運(yùn)行不正常時(shí)甚至可以自行糾正。

傳統(tǒng)解決方案使用具有有限操作狀態(tài)（操作與否）的機(jī)電開關(guān)，因此故障檢測(cè)非常簡(jiǎn)單。焊接的簧片開關(guān)觸點(diǎn)短路。開關(guān)彈簧損壞會(huì)阻止輸出狀態(tài)更改。系統(tǒng)級(jí)故障很難預(yù)料。預(yù)防性維護(hù)通?；谕ㄓ玫钠骄收蠒r(shí)間（MTTF）數(shù)據(jù)，并且對(duì)開關(guān)進(jìn)行了過度設(shè)計(jì)，以適應(yīng)所有合理的情況而無需進(jìn)行調(diào)整。

圖1基于磁性霍爾效應(yīng)的傳感器IC在受限的位置（例如，變速桿和安全帶扣）提供緊湊的數(shù)據(jù)收集

IC可以提供次優(yōu)的輸出，因此根據(jù)ISO 26262汽車安全完整性等級(jí)（ASIL），汽車使用要求采取額外的安全措施以避免不合理的殘留風(fēng)險(xiǎn)。ASIL制定安全目標(biāo)，而不是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或組件進(jìn)行特征描述。嚴(yán)格的ASIL D級(jí)要求制造商遵循嚴(yán)格的開發(fā)準(zhǔn)則，包括故障模式影響和診斷分析（FMEDA），以量化甚至非常低的故障風(fēng)險(xiǎn)。這些復(fù)雜性要求進(jìn)行全面的診斷，以確保檢測(cè)到系統(tǒng)級(jí)故障并啟用安全（臨時(shí)回原點(diǎn)）模式。

安全關(guān)鍵應(yīng)用中的冗余

對(duì)于安全關(guān)鍵功能，可行的選擇是系統(tǒng)中的冗余。機(jī)電設(shè)計(jì)通常體積大且在線，因此它們無法容納故障轉(zhuǎn)移冗余，而在備用冗余中可以在線進(jìn)行替代控制。基于磁學(xué)的控制系統(tǒng)通過允許自動(dòng)交換控制電路來適應(yīng)故障轉(zhuǎn)移冗余，因?yàn)榇艂鞲衅鱅C不需要與要檢測(cè)的機(jī)械目標(biāo)或電路接觸或直接電連接。

冗余有多種形式。系統(tǒng)可以包括彼此非常靠近的一對(duì)非接觸式磁傳感器IC。每個(gè)傳感器IC都有自己的電源，地和輸出，因此，如果其中一個(gè)發(fā)生故障，則在診斷程序檢測(cè)到故障后，另一個(gè)傳感器將接管工作?；パa(bǔ)傳感器IC可以僅用于通知控制器其隊(duì)列在應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間不切換。此外，有些傳感器IC具有自我診斷功能，可以在不正常運(yùn)行的情況下通知控制器，而無需其他傳感器IC的幫助。

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