在共同的半導體基質上由至少兩個物理上的微控制器形成邏輯上的微控制器的製作方法
2023-11-30 23:37:56
本發明涉及一種在共同的半導體基質上由至少兩個微控制器構成的組件以及一種用於製造這種組件的方法，其中所述微控制器的內部結構以傳遞數據的方式耦接，尤其用於共同利用各自的資源。
背景技術：
在例如用於控制機器、設備、機動車或者說載貨車的或者在娛樂用電器、例如行動電話或者電視機中的控制設備中，所述控制設備的各個組件相互通訊。內燃機的馬達控制設備的任務例如在於，由大量輸入信號（像例如轉速、溫度或者壓力）來計算出用於執行器（如噴嘴或者點火設備）的輸出參量。為此，控制設備具有作為組件的集成電路（IC）如微控制器、ASIC、ASSP等。
此外，微控制器是尤其具有自己的處理器和存儲器的、小的、完整的計算機系統，所述微控制器構造為一個唯一的、集成的開關電路。專用集成電路被稱為ASIC（英文：application specific integrated circuit）。專用標準產品被稱為ASSP（英文：application specific standard products）。
由於微控制器所能夠執行的複雜的功能，所述微控制器通常是控制設備的中心組件並且控制所述控制設備的全部其他組件、尤其其他IC。在所述微控制器中大多還保存了為了運行所必需的數據、特性曲線和/或程序，所述數據、特性曲線和/或程序也用於不具有或者具有過小的自己的存儲器的其他組件。
對於不同的應用情況、例如對內燃機的上面所提及的控制而言，通常定製和設計專門的微控制器，所述微控制器覆蓋特定的應用區段。但是，由於高的設計消耗和由此產生的高的設計和生產成本，製造或者說提供為了特定的應用情況定製但僅以少量件數需求的微控制器從經濟性上來看經常是沒有意義的。
因此值得期望的是，給出一種即使在低設計消耗下也為應用情況專門提供微控制器的可行方案。
技術實現要素：
根據本發明提出了具有獨立專利權利要求的特徵的、在共同的半導體基質上由至少兩個微控制器構成的組件及其製造方法。有利的設計方案是從屬權利要求以及下文中的說明的主題。
根據本發明的組件具有至少兩個微控制器、尤其汽車微控制器，所述微控制器布置在共同的半導體基質上，其中所述至少兩個微控制器中的每個微控制器都分別具有一個硬體接口，並且在此所述至少兩個微控制器通過所述硬體接口藉助於耦接器件以傳遞數據的方式耦接。因此，所述組件對外尤其表現為一個邏輯上的微控制器，所述邏輯上的微控制器在內部由所述至少兩個（物理上的）微控制器組成。
在此尤其所述至少兩個微控制器中的每個微控制器分別也能夠單獨運轉。由此能夠將特定數量的微控制器組合起來，從而能夠共同使用所有微控制器的資源。因此，也能夠根據需求使用所需要的數量的微控制器，其中僅需要低的設計消耗，即用於對所述耦接器件和所述半導體基質上的組件的設計的設計消耗。尤其有利的是，能夠使用微控制器的已經現存的設計，所述微控制器僅必須關於所述硬體接口進行擴展。這樣所述微控制器就此外還能夠「單獨地」使用，但是也能夠組合成更大的邏輯上的微控制器。由此也能夠經濟地生產少量的件數並且不再需要大消耗地設計專用的微控制器。此外，通過兩個微控制器能夠展現更多功能。
由此，微控制器例如能夠分別單獨用於具有四個氣缸的內燃機的控制器中並且兩個這種微控制器的根據本發明的組件能夠用於具有八個氣缸的內燃機的控制器。
所述至少兩個微控制器優選分別具有相同的功能範圍。由此能夠僅以一種類型的微控制器成本經濟地提供具有不同功能範圍的組件。
作為替代方案，一個微控制器具有與另一個微控制器不同的功能範圍。由此例如能夠以兩種類型的微控制器提供具有多個不同功能範圍的組件。
由現代技術的小的結構寬度所決定，所述硬體接口能夠有利地構造為並行接口。能夠將由文獻所公開的具有x字節寬度（x尤其是1…512）的總線（AHB、LMB、…）、尤其所謂的片上總線（On-Chip-Busses）用於耦接。由於傳遞的並行性，數據率顯著更高並且實現了與當執行共同的晶片上的資源時類似的性能。所述耦接器件在此能夠構造為半導體基質上的多個導體電路。
另一種有利的實施方式在於，將相應的硬體接口構造為串行接口並且將所述至少兩個微控制器通過串行連接部耦接起來。所述耦接器件在此能夠構造為半導體基質上的簡單的或者說單一的導體電路。由此在所述微控制器中不需要有關保護免受靜電放電的大的結構或者驅動結構，通過所述大的結構或者驅動結構會限制所述微控制器的速度。RS-232適用於簡單的串行連接部。根據一種優選的改進方案，所述串行連接部也能夠構造為串行總線。I2C、SPI、LIN或CAN特別適合作為總線。
特別有利的是，將根據本發明的組件用於計算單元，所述計算單元尤其設計用於控制內燃機，因為內燃機經常以多種不同的實施方式、經常僅以少量的件數出現。但是，也能夠將根據本發明的組件用於用來控制其他功能的計算單元，不僅在汽車領域中還可在其他領域中。
在根據本發明的、用於製造根據本發明的在共同的半導體基質上由至少兩個微控制器構成的組件的方法中，所述至少兩個微控制器在所述半導體基質的一個區域中尤其相互並排地構造。所述在共同的半導體基質上的至少兩個微控制器的組件在此如同當涉及一個唯一的微控制器時那樣來製造，也就是說製造步驟基本上並行地進行。如果將平版印刷法用作製造方法，那麼有利地利用每個曝光步驟、顯影步驟和加工步驟（例如金屬等的蝕刻、鋪設）並行地加工所述至少兩個微控制器。
如果在曝光時將光罩（Retikel）用作掩膜（Masken），那麼所述曝光步驟也能夠針對每個微控制器單獨地進行，其方式為：首先通過光罩曝光一個微控制器並且隨後曝光另一個微控制器。作為替代方案，也能夠通過多個並排布置的光罩或者通過承載著多個微控制器的結構的、共同的光罩來同時曝光多個微控制器。通過試驗確定的設計能夠組合到光罩上，從而對於每個所期望的功能範圍提供一個光罩，在所述光罩上存在用於多個微控制器的掩膜。作為替代方案，也能夠針對每個光罩提供一種帶有一個微控制器的設計。
本發明的其他優點和設計方案由說明書和附圖給出。
要理解的是，上面所提及的和下文中還有待闡明的特徵不僅能夠以相應給出的組合，而且也能夠以其他組合或者以單獨的形式來使用，而不會離開本發明的框架。
附圖說明
藉助於附圖中的實施例示意性地示出本發明並且下面參照附圖對本發明進行詳細說明。
圖1以優選的設計方案示意性地示出了在一個半導體基質上的兩個微控制器的根據本發明的組件。
具體實施方式
在圖1中示意性地示出了構造為矽晶片的半導體基質100，在所述半導體基質上鋪設或者說布置了兩個微控制器200、300。這兩個微控制器200、300例如相同地構造，但是這兩個微控制器也能夠具有不同的功能範圍。
所述微控制器200在此例如包括兩個處理器核心201、202、快閃記憶體205和工作存儲器206。此外，所述微控制器200還包括硬體接口210，通過所述硬體接口實現了從外部尤其到所述處理器核心201、202上的連接。
所述微控制器300同樣包括兩個處理器核心301、302、快閃記憶體305、工作存儲器306和硬體接口310。所述硬體接口210、310在此構造為AHB接口（Advanced High-performance Bus：高級高性能總線）。
這兩個微控制器200、300在此彼此並排地布置在所述半導體基質100上並且構成組件110，所述組件如同一個唯一的微控制器那樣來製造並且從外部也表現為如此。
通過所述微控制器200、300的硬體接口210、310將所述微控制器藉助於耦接器件400連接起來。在AHB-總線中，所述耦接器件400構造為x導體電路（x依賴於μC的性能節段和結構的內部總線寬度），所述x導體電路鋪設在所述半導體基質上。這能夠特別簡單地製造。
所述微控制器200、300優選是現存的（並且由此已經通過試驗確定並且優化的）設計，所述微控制器僅必須關於耦接可行方案（也就是說尤其硬體接口和必要時耦接器件）進行擴展。此外，所述微控制器尤其在單獨運行時也能夠運轉，但是現在也能夠耦接成更大的根據本發明的組件。由此能夠在設計消耗方面相對於具有類似的功能範圍的新的微控制器的設計節約超過90%。
根據本發明的組件在此不局限於兩個微控制器，三個或更多微控制器也能夠適當地布置在所述半導體基質100上並且通過所述硬體接口來耦接。