(57)【要約】【解決手段】第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルに、信号処理のため入力信号（３４、３６）を送信し、信号処理チャンネル（１２、１４）は、処理された出力信号（３８、４０）を提供する。ここで、第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルは、互いに相対して冗長的に供給された入力信号（３４、３６）を処理する。さらに、第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルは、各々一体化した半導体構造体（１８、２０）を用いて作られている。第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルが一つの共通の半導体構造体（１６）上にモノリシックにならべられおり、各対応する信号処理チャンネル（１４、１２）の半導体構造体（２０、１８）からそれらの幅（Ｂ２， Ｂ３）の倍数 だけ物理的に離してスペースを置いている。【効果】追加の外部部品を少なくでき、欠陥評価が容易にできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号処理のために入力信号（３４、３６）が供給でき、処理された出力信号（３８、４０）を提供する少なくとも第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルを有し、第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルが互いに相対して冗長的に供給された入力信号（３４、３６）を処理し、そして第一信号処理チャンネル（１２）および第二信号処理チャンネル（１４）が互いに一体にした半導体構造体（１８、２０）を用いて作られた電子安全切替装置であって、第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルが一つの共通の半導体基板（１６）上にモノリシック的に並べられ、各信号処理チャンネル（１２、１４）の半導体構造体（１８、２０）は、各々対応する信号処理チャンネル（１４、１２）の半導体構造体（２０、１８）からそれらの幅（Ｂ２， Ｂ３）の倍数だけ離してスペースを置いていることを特徴とする電子安全切替装置。
【請求項２】
第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルがそれぞれ、相互内部データ交換のための少なくとも一つのコミュニケーションインターフェース（２４、２６）を有することを特徴とする請求項１に記載の電子安全切替装置。
【請求項３】
第一（１２）および第二（１４）記号処理チャンネルのコミュニケーションインターフェース（２４、２６）が、少なくとも二つの物理的に離された接続線（３０、３２）を通じて互いに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電子安全切替装置。
【請求項４】
接続線（３０、３２）が、その幅（Ｂ１）の倍数だけ互いから物理的に離してスペースを置いたことを特徴とする請求項３に記載の電子安全切替装置。
【請求項５】
接続線（３０、３２）が、フィードバックがないように設計されていることを特徴とする請求項３または４に記載の電子安全切替装置。
【請求項６】
信号処理チャンネル（１２、１４）の各々が対応する他の信号処理チャンネル（１４、１２）の供給接続線（４４、４２）から物理的に分離されたそれ自身の電力供給接続線（４２、４４）を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電子安全切替装置。
【請求項７】
各信号処理チャンネル（１２、１４）の半導体構造体（１８、２０）が、全体として各対応する信号処理チャンネル（１４、１２）の各物理的グループ（４８、４６）から離してスペースを置いた物理グループ（４６、４８）を形成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電子安全切替装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力信号が、信号処理のため供給されることができそして処理された出力信号を提供する少なくとも第一および第二信号チャンネルを有する電子安全切替装置に関する。さらに詳しくは、第一および第二信号処理信号処理チャンネルが、互いに相対的に冗長的に供給される入力信号を処理し、そして第一および第二信号処理チャンネルの各々を統合した半導体構造体を用いて構成される少なくとも第一および第二信号チャンネルを有する電子安全切替装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このタイプの安全切替装置、その用途のため知られている。
このタイプの安全切替装置は、フェールセーフ方法で機械およびプラントの運転を停止するために工業分野で主に使用されている。これに関連して、「フェールセーフ」とは、切替装置が、ヨーロッパの基準ＥＮ ９５４−１の少なくとも安全部類３に適合するということを意味する。このタイプの装置は、例えば、プレスや独立して作動するロボットのような機械プラントを保護ドアーの緊急停止プッシュボタンの作動あるいは開きに反応して停止したり、それを他の方法で危険でない状態に移すためなどに主に使用される。同様に、点検あるいは試運転を行うために、少なくともフェールセーフ方法で機械あるいは機械プラントを一般に停止する必要がある。安全切替装置の誤作動や故障は、そのような場合、人体に直接危険をもたらすので、安全切替装置にはそのフェールセーフ性に非常に高い要件が課される。したがって、一般に安全切替装置は、例えば、専門家協会すなわち、ＴＵＥＶのなどの担当検査機関により適切な承認を得て初めて工業分野に使用できる。
【０００３】
要求されるそれ自体フェールセーフ性を満足する既知の一つの方法は、複数のチャンネル、すなわち、互いに監視している少なくとも二つの信号処理チャンネルで電子安全切替装置を冗長的に作ることである。もし信号処理チャンネルの内の一つに欠陥が発生すれば、第二の信号処理チャンネルはこれに感知することができて、機械プラントのあるところにいる人に対して危険でない状態にすることができなくてはならない。この過程で、同様に複数あるいはすべての冗長信号処理チャンネルに影響を及ぼしうる欠陥の原因に特別な注意が払われなければならない。というのは、そうでなければ、必要なフェールセーフ性が保証されない（よくある原因欠陥として知られるもの）からである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
担当検査機関による安全切替装置に対する承認を受けている際にしばしば行われている手順は、安全切替装置の設計者と製造者があらゆる考えられる欠陥を含めた徹底的かつ詳細な内容を提出しなければならないことである。その文書で、欠陥が発生した場合でも信頼できる方法で人に対して危険でない状態を、安全切替装置がもたらすことができるということを証明することが必要である。この種の検討は、特に多くの機能を有する複雑な安全切替装置の場合、込み入っていっており、開発と製造コストにマイナスの影響を与える。これに加えて、本来同一の部品からなり物理的配列が単に異なるために、例えば、新しい欠陥源となることがあるため、安全切替装置の構成あるいは構造が少し変更された場合でも、この欠陥評価を再度行うことが必要である。
【０００５】
これに鑑みて、本発明の目的は、フェールセーフ性を実証する労を減らす最初に述べた安全切替装置を規定することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
最初に述べた安全切替装置は、第一および第二信号処理チャンネルを一つの共通の半導体基板上にモノリシックに並べることにより本目的を達成している。各信号処理チャンネルの半導体構造体は、それぞれ他の信号処理チャンネルの半導体構造体から、幅の倍数だけ物理的に離してスペースを置いている。
本発明によれば、相互に冗長の信号処理チャンネルが一つの半導体チッブに接合状（ｊｏｉｎｔ）に並べられている安全切替装置が初めて提案されている。この場合、信号処理チャンネルの各々は、さらに、外部部品、例えば、安全切替装置のタイプおよび機能性に依存して時定数を設定するため外部部品で補充することは、不可能でない。しかし、本発明の利点は、必要な追加外部部品が少なくて、効果が大きいことである。
【０００７】
冗長信号処理チャンネルの共通の配列の結果、安全切替装置の全体の構造体がもう後で変化できない形に半導体チップの設計開発中に規定できる。この結果、検査機関による承認に必要なエラーの検討を一度だけ、すなわち、半導体の開発中に行う必要があるだけである。後のチェックは、半導体の開発中規定された仕様に対する定量的な適合性、特に使用されたもくろまれた物理的寸法および材料の適合性のチェックに限定できる。このタイプのチェックは、複雑な欠陥評価に比べてかなり簡単に行うことができる。
【０００８】
さらに、本発明に係る方法は、半導体の製造後の不変の性質のため、特定の欠陥原因を最初から確実に排除することができる利点がある。例えば、欠陥評価中、コンダクターの二つの端が互いから十分な距離を維持しておれば、半導体基板上の二つのコンダクタートラックの間のショートは排除できる。これに対して、既知の方法で互いに絶縁されている二つの半導体ケーブル間では、作動中に機械的衝突の結果ショートが起こることがある。
【０００９】
さらに、本発明による方法は、認められ、試され信頼された欠陥評価方法が、特に担当の検査機関による受入れ方法が、以前と同様に適用でき、担当の検査機関による受入がより簡単になるという利点がある。半導体チップの無変化のため、この場合、印刷基板の欠陥評価で認められたそれらの方法を移すことが特に可能である。
さらに、本発明による方法は、防塵ハウジングで既知の、試され、試験された方法で、半導体チップを収容することができ、このため工業的汚染から生ずる欠陥の原因を最小限に押えることができるという利点がある。したがって、同様にこのタイプの欠陥は、欠陥評価でも排除することができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る安全切替装置は、このように余分な欠陥を出さず、非常に効率的に、量産することができる。特に、提案された方法により本発明に係る安全切替装置は、非常に小型化することができ、このため本発明は用途の可能性がかなり拡大する。
本発明に係る方法の一実施態様では、第一および第二信号処理チャンネルはそれぞれ相互の内部データ交換に対して少なくとも一つのコミュニケーションインターフェースを備えることである。
【００１１】
これに代わるものとして、冗長信号処理チャンネルを外部で、すなわち、半導体基板の外側で相互のデータ交換にお互いに結ぶこともできる。対照的に、好ましい方法は、同様に相互データ交換に関する欠陥評価を、半導体チップの開発中にただ一度だけ行うとよいという利点がある。さらに、内部間データ交換がさらに短時間にしかも破壊的環境の影響を受けずに行うことができる。最終的に、本発明に係る安全切替装置の設置時の欠陥原因が少なくなる。
【００１２】
もう一つの実施態様では、第一および第二信号処理チャンネルのコミュニケーションインターフェースは、少なくとも二つの物理的に離した接続線を通じて互いに接続されている。
この方法には、内部コミュニケーションさえ多数のチャンネルで冗長的に行うことができ、この結果本発明による電子安全切替装置のフェールセーフ性はさらに高くなるという利点がある。
【００１３】
先に引用した方法のさらにもう一つの実施態様では、接続線を幅の倍数だけ物理的に互いに離しているスペースを置いている。
この方法のよると、接続線間のショートおよび関連する欠陥原因を確実に排除することできる。
先に引用した方法のさらにもう一つの実施態様では、接続線がフィードバックがないように設計されている。
【００１４】
好ましくは、フィードバックは、フィードバックのないドライバステージを含んだ各々接続線によりなくすることである。この方法のため、冗長信号処理チャンネルの分離を特にうまく行うことができ、この手段により本発明に係る安全切替装置の全体的故障は、かなり減らすことができる。
もう一つの実施態様では、各々信号処理チャンネルがそれ自身の電力供給接続を有し、これが他の信号処理チャンネルの供給接続と物理的に分離されている。
【００１５】
この方法で、各信号処理チャンネルは、互いにさらに、独立するようになり、この手段によって同じように複数の信号処理チャンネルに影響する欠陥のリスクがさらに減らされる。本発明に係る安全切替装置のフェールセーフ性は、さらに、確実になり、よくなる。
もう一つの実施態様では、各信号処理チャンネルの半導体構造体が、全体として各々他の信号処理チャンネルの各々物理的グループから離してペースを置いた物理的グループを形成する。
【００１６】
この実施態様では、おのおののケースで冗長な信号処理チャンネルが、半導体基板上にそれら自身の物理的領域を占有している。想像分割線を物理的領域間に引くことが可能である。この方法は、物理的に最適な方法で互いに離され、非常に高い独立性を可能とする利点がある。さらに、半導体チップの欠陥評価と開発が著しく簡単になる。
上記および下記の特長は、本発明の範囲を逸脱することなく、各特定された組み合わせばかりでなく他の組み合わせあるいは独立して使用とができることはいうまでもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の例示実施様態を図示し、さらに、詳細に説明する。
図１で、本発明による安全切替装置全体を参照番号１０で示してある。
この例示実施形態は、安全切替装置１０は、互いに相対して冗長に設計されている第一信号処理チャンネル１２および第二信号処理チャンネル１４を有する。この二つの信号処理チャンネル１２、１４は一つの共通の半導体基板１６の上に並べられている。したがって、安全切替装置１０は、一つの半導体基板チップで完全に実現している。半導体基板チップは、既知の方法（図示せず）で防塵ハウジングの中でポッテングしており、したがって、汚染およびその他の環境的影響から保護されている。
【００１８】
各信号処理チャンネル１２、１４は多くの半導体構造体１８および２０を含み、半導体基板１６上の導体トラック２２によって既知の方法で互いに接続されている。半導体構造体１８、２０は、それらの物理的配列のため機能島（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｓｌａｎｄ）を形成した半導体基板１６中でドーピングして作られた構造体である。つぎに、機能島は、既知の方法でトランジスタ、ダイオードあるいはコンデンサなどの電子部品を形成している。半導体トラック２２を使用してこれらの部品を内部接続した結果、各信号処理チャンネル１２、１４を形成する電子回路が作られている。
【００１９】
参照番号２４および２６はそれぞれコミュニケーションインターフェース示し、それを通して二つの信号処理チャンネル１２、１４が相互に内部データ交換を行うことができる。コミュニケーションインターフェース２４、２６は、データのフィードバックなしの送信を可能とする各ドライバステージ２８を含んでいる。データは、チップ内部接続線３０、３２を通して送信される。
図に示すように、二つの隣合う接続線３０、３２の間の物理的間隔Ｄ１は、各接続線の幅Ｂ１の倍数である。接続線３０、３２を通じて流れる電流の強度に依存して間隔Ｄ１は、幅Ｂ１の２倍、３倍、５倍あるいは１０倍にもなる。接続線３０、３２の幅Ｂ１に相対して間隔Ｄ１が大きくなるほど、接続線３０、３２の間のショートおよび／あるいはクロストークは、確実に少なくなる。
【００２０】
したがって、間隔Ｄ１は、好ましくは幅Ｂ１の３倍より大きく選択される。
参照番号３４および３６は、適当な接続線を通して外部から信号処理チャンネル１２、１４に供給される入力信号を示す。この場合、信号処理チャンネル１２、１４は、別々の接続線を通じて入力信号３４、３６を受け、信号処理チャンネル１２、１４の大きな独立性を確実にする。しかし、この代わりに、一つの共通の接続線を通して信号処理チャンネル１２、１４に入力信号３４、３６を送ることも可能である。
【００２１】
参照番号３８、４０は、信号処理のため信号処理チャンネル１２および１４によって提供される出力信号を示す。この例示実施形態では、出力信号３８、４０もまた、互いに物理的に引き離された接続線を通じて接近可能であり、この結果信号処理チャンネル１２、１４の独立性が大きくなる。適切な方法で、ここに示した例示実施形態でも信号処理チャンネル１２、１４の各々は、電力供給のためそれ自身の供給接続線４２および４４を有している。
【００２２】
入力信号３４、３６は、例えば、緊急停止プッシュボタン（図示せず）の二つの冗長コンタクトから来ている。出力信号３８、４０は、リレーの冗長コンタクト（同じく図示せず）を制御し、これで監視されている機械の電源供給を中断する。
本発明によれば、第１信号処理チャンネル１２の各半導体構造体１８は、第二信号処理チャンネル１４の半導体構造体２０から距離Ｄ２のところに並べており、距離Ｄ２は、各半導体構造体１８の幅Ｂ２の倍数である。同様に、距離Ｄ２は、第二信号処理チャンネル１４の各半導体構造体２０の幅Ｂ３の倍数である。ここで、実地において絶対に必要でないけれど、図の半導体構造体１８、２０は、簡略化のため同じ寸法で図示されていることに注意されるべきである。この場合の距離Ｄ２は、それぞれ各半導体構造体１８および２０の最大幅の倍数であることは言うまでもない。ここで、また、冗長信号処理チャンネル１２、１４のフェールセーフ性および分離は、各半導体構造体１８、２０の幅に対する距離Ｄ２の割合が大きいほどより確実になることは確かである。
【００２３】
ここに示した本発明の例示実施形態では、第一信号処理チャンネル１２の半導体構造体１８が、全体として第二信号処理チャンネル１４の半導体構造体２０の物理的グループ４８から離されてスペースを置いている物理的グループ４６を形成している。このように、二つの信号処理チャンネル１２および１４の間の明確な物理的分離を、半導体構造体１６の上でおこなっている。すなわち、明確な分割線５０は、二つの信号処理チャンネル１２および１４の間に引かれている。他の例示実施形態では、分割線５０は、カーブしたものもある。
【００２４】
また、本発明による安全切替装置は、ここで示した例示とは異なり三つあるいはそれ以上の冗長信号処理チャンネル１２、１４を有することができる言うまでもない。この場合、信号処理チャンネルの各々は、適切な方法で互いに他のものから離してスペースを置いている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による安全切替装置の基板実装図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年6月5日(2002.6.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業分野で機械およびプラントの停止操作を行うための電子安全切替装置であり、電子安全切替装置は少なくとも第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルを有し、第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルに信号処理のため入力信号（３４、３６）が供給され、処理された出力信号（３８、４０）を提供し、第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルは、互いに相対して冗長的に供給された入力信号 （３４、３６）を処理し、そして第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルは、各々一体化した半導体構造体（１８、２０）を用いてつくられたものであって、第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルが一つの共通の半導体基板（１６）上に並べられ、各信号処理チャンネル（１２、１４）の半導体構造体（１８、２０）は、各々対応する信号処理チャンネル（１４、１２）の半導体構造体（２０、１８）からそれらの幅（Ｂ２， Ｂ３） の倍数だけ離してスペースを置いていることを特徴とする電子安全切替装置。
【請求項２】
第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルがそれぞれ、相互内部データ交換のための少なくとも一つのコミュニケーションインターフェース（２４、２６）を有することを特徴とする請求項１に記載の電子安全切替装置。
【請求項３】
第一（１２）および第二（１４）信号処理チャンネルのコミュニケーションインターフェース（２４、２６）が、少なくとも二つの物理的に離された接続線（３０、３２）を通じて互いに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電子安全切替装置。
【請求項４】
接続線（３０、３２）が、その幅（Ｂ１）の倍数だけ互いから物理的に離してスペースを置いたことを特徴とする請求項３に記載の電子安全切替装置。
【請求項５】
接続線（３０、３２）が、フィードバックがないように設計されていることを特徴とする請求項３または４に記載の電子安全切替装置。
【請求項６】
信号処理チャンネル（１２、１４）の各々が対応する他の信号処理チャンネル（１４、１２）の供給接続線（４４、４２）から物理的に分離されたそれ自身の電力供給接続線（４２、４４）を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電子安全切替装置。
【請求項７】
各信号処理チャンネル（１２、１４）の半導体構造体（１８、２０）が、全体として各対応する信号処理チャンネル（１４、１２）の各物理的グループ（４８、４６）から離してスペースを置いた物理的グループ（４６、４８）を形成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電子安全切替装置。
【請求項８】
緊急停止プッシュボタンの作動あるいは保護ドアの開放に対する反応として機械プラント、特にプレスあるいは独立して動作するロボットの停止あるいは少なくとも部分的にフェ‐ルセーフ法でそのスイッチを切るための請求項１ないし７のいずれかに記載の電子安全切替装置。
【国際調査報告】
2004513556.tif 000021
2004513556.tif 000022
2004513556.tif 000023
2004513556.tif 000024