Fehlererkennung defekter Sensorelemente durch Korrelationstechnik in Verbindung mit Sigma-Delta-Modulation

In diesem Beitrag wird eine neuartige Fehlererkennungsmethode basierend auf Sigma-Delta-Modulation und Matched-Filterung vorgestellt, die speziell für integrierte Sensorelemente geeignet ist. Dazu wird das Sensorelement mit einer binären Pseudozufallsequenz (PRBS) stimuliert, ausgelesen und mittels eines Sigma-Delta-Modulators digitalisiert. Das binäre pulshäufigkeitsmodulierte Ausgangssignal des Sensorsystems enthält bei einem fehlerfreien Sensorsystem die Stimulationssequenz. Durch Verwendung eines Matched-Filters mit nachfolgenden Schwellwertentscheider läßt sich die Stimulationssequenz im Ausgangssignal eines fehlerfreien Sensorsystems detektieren. Der binäre Ausgangswert des Schwellwertentscheiders signalisiert die Funktionalität des Sensorsystems. Die hier vorgestellte Fehlererkennungsmethode wurde am Beispiel eines Temperatursensorsystems in einer Standard 1.2µm CMOS-Technologie bei nur geringem Hardware-Overhead integriert. Durch Verwendung der Korrelationstechnik können sehr kleine Stimulationsamplituden benutzt werden, so dass es nur zu minimalen Störungen der eigentlichen Messung kommt und daher eine Online-Fehlererkennung möglich ist.