Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Schnittstellenbaustein mit einem integrierten Bauelement gemäß dem Oberbegriff des unab¬ hängigen Anspruchs.

Solche Schnittstellenbausteine werden in verschiedenen Anwen- düngen eingesetzt. Eine Möglichkeit ist z.B. einen Speicher¬ baustein eines Steuergerätes durch einen solchen Schnittstel¬ lenbaustein mit integriertem Bauelement zu ersetzen. Dabei wird danϊϊ der eigentliche Speicherbaustein, z.B. ein EPRGM, EEPROM, Flash-Speicher, RAM, usw. durch einen Schnittstellen- baustein mit einem Ersatzspeicher ersetzt, z.B. durch mittels eines Emulator Tastkopfes (ETK) . Solch ein Schnittstellenbau¬ stein kann auch als Speicher-Interface bezeichnet werden. Durch dieses Speicher-Interface ist es möglich auf Speicherda¬ ten eines Steuergerätes mittels eines Software-Tools über ein externes Gerät einen Tool-Rechner (z.B. ein PC) zuzugreifen und Mess- und Apllikationsanwendungen an dem Steuergerät durchzuführen.

Durch diesen Schnittstellenbaustein mit integriertem Bauele- ment können aber auch Microcontroller eines Steuergerätes selbst ersetzt werden, wobei es sich bei dem Bauelement dann eben um einen Microcontroller handelt. Im weiteren wird des¬ halb der Schnittstellenbaustein mit integriertem Bauelement als Microcontroller-Interface bezeichnet. Diese Bezeichnung ist aber nicht als Einschränkung bezüglich der Verwendung zu verstehen, wie die obigen Ausführungen belegen.

Microcontroller-Interfaces sind nun insbesondere Vorrichtun¬ gen, die einem Software-Tool ermöglichen auf Signale von Mic¬ rocontrollern (MCU) zuzugreifen. Der Microcontroller ist dabei am Einsatzort verbaut (z.B. in einem Steuergerät im Motorraum eines Kraftfahrzeuges)und sitzt dabei in der Regel auf einer Steuergeräteplatine oder Leiterplatte. Das Software-Tool wird auf einem externen Rechner, einem Tool-Rechner (beispielsweise einem PC) ausgeführt. Mit diesem Aufbau können verschiedene Tätigkeiten durchgeführt werden:

- Messen und Verstellen (Measurement & Calibration) Bypass-Anwendungen (Rapid-Prototyping) Fehlerbehebung sowie Funktions-und/oder Fehlerverfolgung (Debugging und Tracing)

Stand der Technik ist dabei die Verwendung einer gedruckten Schaltung, die zwischen Steuergeräte-Platine und Microcontrol- ler eingebaut wird. Dazu wird der Microcontroller vom Serien¬ steuergerät entfernt und durch einen Zwischensockel ersetzt. Auf diesen Zwischensockel wird das Microcontroller-Interface aufgesteckt, welches die zur Protokoll-Wandlung benötigten e- lektronischen Bauteile, den Zugang für das Software-Tool bzw. den Tool-Rechner (Stecker oder Kabel) und einen Microcontrol¬ ler in einem Standard-Gehäuse enthält. Durch diesen Aufbau und die zusätzlichen elektronischen Bauteile ist die Grundfläche des Microcontroller-Interfaces, also des Schnittstellenbau¬ steins deutlich größer als die Fläche des Microcontrollers selbst.

Dies stellt einen Nachteil da, da sich auf der Steuergeräte- Platine unter dem Schnittstellenbaustein also dem Micro¬ controller-Interface keine hohen Bauteile befinden dürfen. Au- ßerdem muß darauf geachtet werden, dass der Schnittstellenbau¬ stein nicht zu einer oder mehreren Seite über die Leiterplat¬ ten- oder Platinen-Grundfläche des Steuergerätes hinausragt. Tool-Hersteller und Steuergeräte-Hersteller müssen sich über die mechanischen Maße ihrer jeweiligen Produkte genau abstim¬ men. Dies ist schwierig, da sich insbesondere in der Anfangs¬ phase der Steuergeräte-Entwicklung die Bauteile-Anordnung stark ändern kann. Trotzdem muß die Schnittstellenbaustein- oder Interface-Entwicklung möglichst früh gestartet werden, da das Microcontroller-Interface gleichzeitig mit dem Steuergerät verfügbar sein sollte.

Einen weiteren Nachteil stellt die monolithische Bauform dar. Der gesamte Schnittstellenbaustein mit integriertem Bauelement ist mit seiner Anpassung an den Einbauort und seiner Anspas- sung der. Signale zur Übertragung an den Tool-Rechner untrenn¬ bar in einer gedruckten Schaltung realisiert. Die Anpassung an den Einbauort ist jedoch abhängig von der mechanischen Bauform (z.B. Gehäuse) und vom Typ des Microcontrollers, während An- passung der Signale von der durchgeführten Tätigkeit abhängt. Beim Messen und Verstellen muß beispielsweise auf andere Mic- rocontroller-Funktionen und Schnittstellen zugegriffen werden als beim Debugging. Dadurch erhält man eine hohe Zahl von Schnittstellenbaustein- oder Interface-Varianten, die aufwen- dig herzustellen und zu verwalten sind.

So zeigt sich, dass der Stand der Technik nicht in jeder Hin¬ sicht optimale Ergebnisse zu liefern vermag. Damit stellt sich die Aufgabe einen Schnittstellenbaustein darzustellen, der zum einen eine hohe Flexibilität bezüglich des Einbauortes auf¬ weist und zum anderen die Anzahl der Varianten begrenzen kann.

Vorteile der Erfindung Die Erfindung geht aus von einem Schnittstellenbaustein mit einem integrierten Bauelement, zum Ersatz eines Bauelementes auf einer Platine, wobei bei dem Schnittstellenbaustein an der Unterseite die Anschlusskontakte derart ausgebildet sind, wie für die Kontakte des Bauelementes auf der Platine vorgesehen, wobei der Schnittstellenbaustein vorteilhafter Weise in einen Adaptierungsteil als Basis-Modul und einen Protokollwandler¬ teil als Tool-Zugriffs-Modul aufgeteilt ist.

Zweckmäßiger Weise ist das das integrierte Bauelement (1) in dem Basis-Modul in Chip-Scale-Package Technik integriert wo¬ durch eine kleinere Verpackung möglich ist.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass das integrierte Bauelement im Basis-Modul enhalten ist und das Basis-Modul einen Adaptie- rungssockel enhält, wobei das integrierte Bauteil und der A- daptierungssockel als Ball-Grid-Array (BGA) ausgeführt sind.

Zweckmäßiger Weise wird das Basis-Modul aus einem Adaptie- rungssockel und einem Trägersubstrat gebildet wird, wobei der Adaptierungssockel Adaptierungskontakte enthält und das Trä¬ gersubstrat die Anschlusskontakte besitzt, wobei über Verbin¬ dungen, insbesondere Leitungen, im Trägersubstrat die Adaptie¬ rungskontakte (mit den Anschlußkontakten verbunden sind, wo- durch eine sehr flexible Anspassung an diverse Anschlußvarian¬ ten erfolgen kann.

Vorteilhafter Weise wird das Tool-Zugriffs-Modul aus einem Mo¬ dulsubstrat und einem Adapter gebildet, wobei das Modulsub- strat und der Adapter über Adapter-Substrat-Kontakte verbunden sind.

Weiterhin von Vorteil ist, dass das Basis-Modul und das Tool- Zugriffs-Modul über Steckkontakte und Steckbuchsen verbunden sind, wobei der Adaptierungssockel die Steckbuchsen und der Adapter die Steckkontakte aufweist. In einem ersten Ausführungsform ist das integreirte Bauelement ein Microcontroller, was auch Prozessoren, insbesondere auch spezielle Prozessoren wie Signalprozessoren (DSP) usw, oder sonstige intelligente Bauteile umfasst.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist das integrierte Bau¬ element ein Speicherbaustein, was insbesondere alle program¬ mierbaren Speicher wie EPROM, PROM, RAM, EEPROM, Flash- Speicher usw. umfasst.

Der erfindungsgemäße Schnittstellenbaustein bzw. das Micro¬ controller-Interface hat somit den Vorteil, dass das Interface nahezu die gleiche bzw. exakt die gleiche Grundfläche wie das Bauelement, z.B. der Microcontroller besitzt, das es ersetzt. Dadurch vereinfacht sich die Abstimmung zwischen Tool- Hersteller und Steuergeräte-Hersteller signifikant. Der Steu¬ ergeräte-Hersteller ist keiner Beschränkung bezüglich Plati¬ nen-Layout unterworfen. Es können beliebig hohe Bauteile di- rekt neben dem Microcontroller platziert werden.

Außerdem wird durch die physikalische Trennung von Adaptie- rungsteil und Protokollwandler-Teil die Variantenvielfalt ins¬ besondere von benötigten Microcontrollern stark eingeschränkt. Durch Schnittstellenbausteine mit standardisiertem Adaptions¬ teil bzw. Schnittstelle kann die Anzahl von herzustellenden Produkten reduziert und die Verwaltung und Wartung vereinfacht werden. Für jede Kombination aus Microcontroller und ausge¬ führter Tätigkeit kann somit eine ideale Kombination aus Adap- tionsteil und Protokollwandler zur Verfügung gestellt werden. Hierbei können die Module von unterschiedlichen Anbietern ge¬ liefert werden. Die Module sind über emechanisch zuverlässige und Automobil-taugliche Kontakte verbunden.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung besteht aus unterschiedlichen Ansich- ten eines stark vereinfachten, nicht maßstäblichen Ausfüh¬ rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schnittstellenbausteins inspesonder Microcontroller-Interfaces oder Speicher- Inerfaces. Das Interface besteht aus zwei physikalisch ge¬ trennten Modulen, die mittels Kontakten aufeinander gesteckt werden können: Das Basis-Modul (gekennzeichnet mit den Ziffern 1 bis 8) realisiert den Adaptierungs-Teil, während das Tool- Zugriff-Modul (gekennzeichnet mit den Buchstaben A bis E) den Protokollteil realisiert.

Dabei zeigt Figur 1 eine Draufsicht auf das Basisi-Modul.

Figur 2 offenbart eine Seitenansicht des Tool-Zugriffsmoduls.

Figur 3 zeigt Seitenansichten unterschiedlicher Tiefe bezüg- lieh des Basis-Moduls.

Figur 4 schließlich zeigt den Schnittstellenbaustein bzw. das Basis-Modul von unten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Erfindungsgemäß wird das Microcontroller-Interfaces in zwei logischen Teilen betrachtet:

1) Einem Adapterierungsteil, der die benötigten Ein/Ausgabe-Pins (I/O-Pins) des Microcontrollers kontaktiert. 2) Einem Protokollwandler, der die MCÜ-Signale so umsetzt, dass sie über längere Entfernungen sicher und zuverlässig ü- bertragen werden können.

Im Stand der Technik ist dies in monolithischer Bauform rea¬ lisiert. Adaptierungsteil und Protokollwandler sind untrennbar in einer gedruckten Schaltung realisiert. Der Adaptierungsteil ist jedoch abhängig von der mechanischen Bauform (z.B. Gehäu¬ se) und vom Typ des Microcontrollers, während der Protokoll¬ wandler von der durchgeführten Tätigkeit abhängt. Dadurch er¬ hält man eine hohe Zahl von Interface-Varianten im Stand der Technik, die aufwendig herzustellen und zu verwalten sind. Dies wird durch die erfindungsgemäße physikalische Trennung in einen Adaptierungsteil als Basis-Modul (100) und einen Proto¬ kollwandlerteil als Tool-Zugriffs-Modul (200) beherrscht und verbessert.

In Figur 1 ist das Ausführungsbeispiel des Basis-Modules 100 des erfindungsgemäßen Schnittstellenbausteins als Micro¬ controller-Interface oder Speicher-Interface in der Ansicht von oben gezeigt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bildet der Adaptierungssockel 3 den Rahmen des Basis-Modules 100. Es handelt sich um einen BGA-Sockel (Ball-Grid-Array) mit zweireihigen Kontakten auf allen vier Seiten. Zur Kodierung gegen Verdrehung fehlt ein Eckpin des Adaptierungssockels 3.

Im Freiraum des Adaptierungssockels sitzt das integrierte Bau- element 1, insbesondere der Microcontroller oder der Speicherbaustein. Dabei ist das Bauelement, insbesondere der Microcontroller, als Chip-Scale-Package (CSP) realisiert. Da¬ bei handelt es sich um einen stark verkleinertes Gehäuse, wel¬ ches den gleichen Chip-Die (inneres Chip-Substrat, Mikro- Plättchen) enthält wie das Standard-Gehäuse, allerdings ein dichteres Kontakt-Layout, einen kleineren Pitch besitzt. Da¬ durch ist es möglich, die gleiche Microcontroller- Funktionalität in kleinerer Verpackung zu erreichen.

Der Adaptierungssockel 3 und der Microcontroller als in- tegreirtes Bauelement 1 sind als Ball-Grid-Array (BGA) ausge¬ führt und auf ein Trägersubstrat 2 aufgelötet. Alternativ könnte auch eine Klebeverfahren zum Einsatz kommen.

Alle für die Adaptierung notwendigen Microcontroller-Signale sind über Steckbuchsen 4 des Adaptierungssockels 3 von oben zugänglich.

Durch den beschriebenen Aufbau erhält man ein Basis-Modul 100 mit der gleichen Grundfläche und dem gleichen Pinout, also der gleichen Anschlusskontaktanordnung wie das Standard Bauele¬ ment, also der Standard-Microcontroller oder Standard Spei¬ cher, der normalerweise, insbeonder in der Serie, eingesetzt wird und erfindungsgenmäß ersetzt werden soll.

Figur 2 und 3 zeigt das Ausführungsbeispiel des erfindungsge¬ mäßen Schnittstellenbausteins bzw. Microcontroller-Interfaces von der Seite. Wobei Figur 3 das Basis-Modul und Figur 2 das Tool-Zugriffs-Modul zeigt.

Bei Figur 3 zeigt in der Hälfe links der Wellenlinie ein Schnittbild durch das Bauelement, den Microcontroller selbst, also das innere des Basis-Moduls und die Hälfe rechts der Wel¬ lenlinie zeigt die Seitenansicht als Aufsicht von außen auf das Basis-Modul 100. _ Q _

In Figur 3 ist das Bauelement, also der Microcontroller 1 mit seinen Adaptierungskontakten 8, insbesondere als BGA-Kontakte ausgeführt, auf das Trägersubstrat 2 aufgelötet (oder ander¬ weitig verbunden) und wird von der Vorderseite des Adaptie- rungssockels 3 verdeckt. Der Adaptierungssockel 3 ist über So¬ ckel-Kontakte 5 ebenfalls auf das Trägersubstrat 2 aufgelötet (oder anderweitig verbunden) . An der Unterseite des Trägersub¬ strates 2 sind die Kontakte des Basis-Moduls 100 angebracht, die dem Pinout des Microcontrollers im Standard-Gehäuse ent- sprechen. Über Verbindungen, insbesondere Leitungen 7 im Trä¬ gersubstrat wird ein Kontakt zwischen diesen Kontakten 6 und den Kontakten an der Oberseite für Microcontroller, den Adap¬ tierungskontakten 8 aus den Sockel-Kontakten 5 hergestellt. Dadurch ist eine Anpassung unterschiedlichster Bauelemente an unetrscheidlichste Kontaktstellen problemlos möglich.

Damit ist ein Schnittstellenbaustein, insbesondere in Leiter¬ plattentechnik, mit einem IC-Bauelement 1 im Chip-Scale- Package und einem umgebenden Adaptierungssockel 3 gezeigt, wo- bei der Schnittstellenbaustein von unten das Pinout 6 des IC- Bauelements im Standard-Gehäuse besitzt und im Trägersubstrat 2 alle IC-Signale zwischen Chip-Scale-Package-Kontakten oder Adaptierungskontakten 8 und Modul-Anschlusskontakten 6 korrekt und vollständig verdrahtet sind und alle zur Adaptierung not- wendigen Signale auf die oberste Lage des Trägersubstrats 2 geführt werden und mit den Kontakten 5 des Adaptierungs- Sockels 3 verbunden sind und an Kontakt- oder Steckbuchsen¬ buchsen 4 an der Oberseite des Basis-Modules 100 zur Verfügung stehen.

In Figur 2 ist das Tool-Zugriffs-Modul 200 gezeigt, welches auf das Basis-Modul 100 aufgesteckt werden kann. Dieses Tool- Zugriffs-Modul 200 besteht aus einem Modul-Substrat D mit e- lektronischen Bauteilen E, welche unten mit einem Adapter B über Adapter-Substrat-Kontakte C verbunden sind. Steckkontakte A des Tool-Zugriff-Moduls 200 stellen die Ver¬ bindung zu den Steckbuchsen 4 des Basis-Moduls her. Damit ist beispielhaft ein Modul-Substrat D, insbesondere in Leiterplat¬ tentechnik, gezeigt mit einem oder mehreren aufgelöteten oder aufgeklebten elekronischen Bauteilen E, welche auf einen (BGA) -Adapter B aufgelötet oder aufgeklebt wird, der mittels Steckkontakten A auf die Kontakt- oder Steckbuchsen 4 des Ba¬ sis-Modules 100 verbunden werden kann. Dabei dienen die die elektronischen Bauteile E insbesondere zur Protokollwandlung von lokalen Microcontroller-Bussen in übertragungsfähige Pro¬ tokolle. Als Microcontroller-Bus kommen z.B. JTAG, Nexus oder AUD zum Einsatz oder auch der lokale Adress-, Daten- und Kon¬ troll-Bus. Dabei dienen die genannten Busse z.B. zum Anschluß eines Kalibrierungs-RAMs, wobei das Kalibrierungs-RAM insbe- sondere als ein Dual-Ported-RAM ausgebildet ist. Das übertra¬ gungsfähige Protokoll ist dabei insbesondere als 100 MBit/s- Ethernet nach IEEE 802.3 ausgeführt ist. Zweckmäßig kommt auch ein Protokoll nach IEEE 802.3u (100 MBit/s) zum Einsatz oder nach IEEE 802.ab (1 GBit/s) .

Figur 4 schließlich zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schnittstellenbausteins bzw. Microcontrol- ler-Interfaces oder Speicher-Interfaces von unten.

Das Trägersubstrat 2 des Basis-Modules 100 hat wie bereist er¬ wähnt das gleiche Pinout, also die gleichen Kontakte 6 und na¬ hezu die gleiche oder exakt die gleiche Fläche, wie das Stan¬ dard-Gehäuse des Bauelementes, insbesondere des Microcontrol¬ lers. Das Basis-Modul wird über die Anschluß-Kontakte 6 mit der Leiterplatte oder Platine, insbesondere des Steuergerätes verbunden.