DE10046958A1

DE10046958A1 - Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Grösse

Info

Publication number: DE10046958A1
Application number: DE10046958A
Authority: DE
Inventors: Minekazu Sakai; Shinji Yoshihara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: DE10046958B4; US6450029B1

Abstract

Es wird ein kapazitiver Halbleiter-Beschleunigungssensor offenbart, der imstande ist, ein Selbstdiagnoseverfahren wirksam durchzuführen, ohne irgendwelche getrennte Elektroden zu Selbstdiagnosezwecken vorsehen zu müssen. Der Halbleiter-Beschleunigungssensor beinhaltet einen Trägerabschnitt, der auf ein Einwirken einer Beschleunigung auf ihn in einer Richtung in rechten Winkeln zu seiner Längsrichtung deformierbar ist, um dadurch eine Federfunktion hervorzubringen. Der Halbleiter-Beschleunigungssensor beinhaltet ebenso eine bewegliche Elektrode und feste Elektroden, welche integral mit dem Trägerabschnitt ausgebildet sind. Der Halbleiter-Beschleunigungssensor arbeitet derart, daß er die Beschleunigung erfaßt, während zwischen der beweglichen Elektrode und den festen Elektroden ein periodisch veränderliches Signal angelegt ist, um eine Ausgangsspannung abzuleiten, deren Potential mit einer Änderung einer differentiellen Kapazität von Kondensatoren zwischen den beiden Elektroden veränderbar ist. Hierbei werden selektiv ein Erfassungssignal zum Erfassen einer derartigen Beschleunigung und ein Selbstdiagnosesignal angelegt, während ein Erzeugen einer Quasi-Beschleunigung an der beweglichen Elektrode aufgrund eines Anlegens des Selbstdiagnosesignals zugelassen wird, wobei ein Verhältnis einer Frequenz des Selbstdiagnosesignals zu einer Resonanzfrequenz des Trägerabschnitts in seiner Deformationsrichtung derart eingestellt ist, daß die sich ergebende Resonanzverstärkung des ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Erfassen einer physikalischen Größe und insbesondere eine Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe, wie zum Beispiel einer Beschleunigung, einer Winkelgeschwin digkeit, eines Drucks oder dergleichen.

Herkömmliche kapazitive Vorrichtungen zum Erfassen einer physikalischen Größe des Typs, welcher Selbstdia gnosefähigkeiten bietet, beinhalten einen kapazitiven Be schleunigungssensor, welcher zum Beispiel in der Japani schen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. 8-110355 offenbart ist. Der kapazitive Beschleunigungssensor, wie er darin gelehrt wird, ist derart aufgebaut, daß er einen Federabschnitt bzw. Trägerabschnitt, der auf ein Einwir ken einer Beschleunigung als die zu erfassende physikali sche Größe elastisch deformierbar ist, eine bewegliche Elektrode, die integral mit diesem Federabschnitt ausge bildet ist, und ein Paar von festen bzw. stationären Elektroden beinhaltet, die derart angeordnet sind, daß sie dieser beweglichen Elektrode gegenüberliegen, wobei eine Kapazitätsdifferenz zwischen zwei kapazitiven Ele menten, wie sie zwischen der beweglichen Elektrode und den festen Elektroden ausgebildet sind, zum Messen eines Ausgangssignals einer C/V-Wandlung unterzogen wird.

Der herkömmliche kapazitive Beschleunigungssensor be inhaltet weiterhin eine zusätzliche getrennte Elektrode zusätzlich zu den beweglichen und festen Elektroden. Diese zusätzliche Elektrode dient zum Verwenden bei einem Durchführen der beabsichtigen Selbstdiagnose und wird von Fachleuten manchmal als "Selbstelektrode" bezeichnet. Ein Anlegen einer bestimmten Spannung an diese Selbstelek trode läßt ein Erzeugen einer elektrostatischen Kraft zu, welche wiederum bewirkt, daß sich der Federabschnitt zum Ausführen der erforderlichen Selbstdiagose deformiert oder positionell versetzt.

Unglücklicherweise ist die herkömmliche kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe mit einem Problem hinsichtlich unerwünschten Erhöhungen einer Gesamtabmessung der sich ergebenden Vorrichtungsstruktur aufgrund eines zusätzlichen Vorsehens der getrennten Selbstdiagnoseelektrode zum Bilden des Zustands eines virtuellen Erzeugens der physikalischen Größe von Inte resse behaftet.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf den bis hier beschriebenen Stand der Technik geschaffen worden und ihre Aufgabe besteht darin, eine neue und verbesserte kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe zu schaffen, die imstande ist, das im Stand der Technik gezeigte Problem zu vermeiden.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, eine kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer phy sikalischen Größe zu schaffen, die imstande ist, wirksam das beabsichtigte Selbstdiagnoseverfahren durchzuführen, ohne zusätzlich irgendeine getrennte Elektrode zum aus schließlichen Verwenden als eine Diagnoseelektrode vorse hen zu müssen.

Um die vorhergehende Aufgabe zu lösen, wird gemäß ei nem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine kapazi tive Erfassungsvorrichtung geschaffen, die einen Federab schnitt und eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode beinhaltet, die integral mit dem Federabschnitt ausgebildet ist, und derart betreibbar ist, daß sie die physikalische Größe von Interesse auf eine derartige Weise erfaßt, daß ein periodisch veränderliches Signal zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elek trode angelegt wird und dann eine Ausgangsspannung abge leitet wird, die potentialmäßig auf eine Weise entspre chend einer Änderung eines Kapazitätswerts eines kapazi tiven Elements veränderbar ist, wie es von der bewegli chen Elektrode und der festen Elektrode ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erfassungssignal zur Ver wendung bei einem Erfassen der physikalischen Größe und ein Selbstdiagnosesignal zur Verwendung bei einem Durch führen einer Selbstdiagnose selektiv angelegt werden, um dadurch ein Erzeugen einer quasi-physikalischen Größe an der beweglichen Elektrode durch Deformation des Federab schnitts auf ein Anlegen des Selbstdiagnosesignals zuzu lassen, und daß das Verhältnis einer Frequenz des Selbst diagnosesignals zu einer Resonanzfrequenz des Federab schnitts in seiner Deformationsrichtung insbesondere der art ausgelegt ist, daß die Resonanzverstärkung dieses Fe derabschnitts auf ein Anlegen des Selbstdiagnosesignals größer als einfach wird.

Als erstes läßt gemäß der vorliegenden Erfindung ein periodisches Anlegen des Selbstdiagnosesignals zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode wäh rend einer Selbstdiagnose ein Erzeugen einer elektrosta tischen Kraft zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode zu, was es wiederum ermöglicht, zuzulas sen, daß sich sowohl der Federabschnitt als auch integral damit die bewegliche Elektrode deformieren, was bewirkt, daß die bewegliche Elektrode in den Zustand versetzt wird, in welchem die physikalische Größe virtuell erzeugt wird. In diesem Fall ist es möglich, die beabsichtigte Selbstdiagnose durch ein Erfassen eines positionellen Versatzes oder einer Deformation der beweglichen Elek trode auf der Grundlage einer Ausgangsspannung einer C/V- Wandlerschaltung durchzuführen.

Es ist anzumerken, daß in Fällen, in denen die Fre quenz des Selbstdiagnosesignals wesentlich unterschied lich zu der Resonanzfrequenz des Federabschnitts in sei ner Deformationsrichtung ist, eine Bewegung des Federab schnitts kaum der Frequenz des Selbstdiagnosesignals nachfolgt. Anders ausgedrückt schwingt der Federabschnitt nicht, was zu einem Bilden eines Zustands eines Anlegens einer Gleichspannung führen könnte. Im Gegensatz dazu zeigt der Federabschnitt eine Resonanz, wenn sich der Wert der Frequenz des Selbstdiagnosesignals nahe der Re sonanzfrequenz befindet, was es ermöglicht, zuzulassen, daß sich der Federabschnitt mit einer größeren Amplitude als in dem Fall einer gleichspannungsartigen Deformation deformiert. Auf diese Weise ermöglicht es ein Anlegen des Selbstdiagnosesignals zum Durchführen einer Schwingung des Federabschnitts, die quasi-physikalische Größe zu er höhen, die an der beweglichen Elektrode auftritt, was wiederum ein Erzielen eines erforderlichen wirksamen Selbstdiagnoseverfahrens zuläßt.

Es ist ebenso anzumerken, daß gemäß der vorliegenden Erfindung das Verhältnis der Frequenz des Selbstdiagnose signals zu der Resonanzfrequenz des Federabschnitts in seiner Deformationsrichtung insbesondere derart ausgelegt ist, daß die Resonanzverstärkung des Federabschnitts (das heißt die, bei der ein Positionsversatz des Federab schnitts und der beweglichen Elektrode auf ein Anlegen einer Gleichspannung auf "1" normalisiert oder standardi siert ist) gleich oder größer als einfach, vorzugsweise 1,1-fach, ist. Bei einer derartigen Anordnung ist es mög lich, zuzulassen, daß der Federabschnitt auf ein Anlegen des Selbstdiagnosesignals schwingt, was es wiederum er möglicht, das beabsichtigte wirksame Selbstdiagnosever fahren zu erzielen. Daher wird es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die kapazitive Vorrichtung zum Erfas sen einer physikalischen Größe zu schaffen, die imstande ist, wirksam eine Selbstdiagnose durchzuführen, ohne ein zusätzliches Vorsehen irgendeiner getrennten Elektrode zur ausschließlichen Verwendung bei dem Selbstdiagnosever fahren zu erfordern.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in der Beziehung der Frequenz des Selbstdiagnosesig nals zu der Resonanzfrequenz des Federabschnitts in sei ner Deformationsrichtung das Selbstdiagnosesignal insbe sondere derart ausgelegt, daß es gleich oder kleiner als ein beschränkter Wert ist, der 1,41-mal (vorzugsweise 0,2- bis 1,4-mal) größer als die Resonanzfrequenz des Federab schnitts in seiner Deformationsrichtung ist. Bei einem Festlegen einer derartigen Beziehung ist es möglich, den Federabschnitt zu zwingen, auf ein Anlegen des Selbstdia gnosesignals mit seiner Resonanzverstärkung von gleich oder größer als einfach zu schwingen, was eine Erhöhung eines Wirkungsgrads der Selbstdiagnose zuläßt. Aufgrund dessen wird es möglich, die beabsichtigte kapazitive Vor richtung zum Erfassen einer physikalischen Größe zu schaffen, die imstande ist, wirksam eine Selbstdiagnose durchzuführen, ohne irgendeine getrennte Elektrode zur ausschließlichen Verwendung während eines Selbstdiagnose verfahrens vorsehen zu müssen.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in der Beziehung der Frequenz des Selbstdiagnosesig nals zu der Resonanzfrequenz des Federabschnitts in sei ner Deformationsrichtung das Verhältnis der Frequenz des Selbstdiagnosesignals zu der Resonanzfrequenz des Feder abschnitts in seiner Deformationsrichtung insbesondere derart bestimmt, daß der Federabschnitt auf ein Anlegen des Selbstdiagnosesignals an ihn zum Schwingen gebracht wird. Dies ermöglicht es, zuzulassen, daß der Federab schnitt mit der Resonanzverstärkung von gleich oder grö ßer als einfach schwingt, wenn das Selbstdiagnosesignal an ihn angelegt wird, was dazu führt, imstande zu sein, die beabsichtigte kapazitive Vorrichtung zum Erfassen ei ner physikalischen Größe zu schaffen, die imstande ist, eine Selbstdiagnose wirksam durchzuführen, ohne ein zu sätzliches Vorsehen irgendeiner getrennten Elektrode zu erfordern, die der erforderlichen Selbstdiagnose dient.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer phy sikalischen Größe geschaffen, welche derart aufgebaut ist, daß sie die physikalische Größe von Interesse durch Anlegen eines periodisch veränderlichen Signals zwi schen einer beweglichen Elektrode und einer festen Elek trode, welche integral mit einem Trägerabschnitt ausge bildet sind und von denen jede eine trägerartige Form aufweist, die sich in die gleichen Richtung wie der Trä gerabschitt ausdehnt, und dann Ableiten einer Ausgangs spannung, die sich potentialmäßig mit einer Änderung ei nes Kapazitätswerts eines Kondensators, der aus der be weglichen Elektrode und der festen Elektrode besteht, er faßt, während selektiv ein Erfassungssignal zur Verwen dung bei einem Erfassen der physikalischen Größe und ein Selbstdiagnosesignal zum Bewirken einer Selbstdiagnose angelegt wird, um dadurch ein Erzeugen einer quasi-physi kalischen Größe an der beweglichen Elektrode durch eine Deformation des Trägerabschnitts auf ein Anlegen des Selbstdiagnosesignals an sie zuzulassen.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung be steht darin, daß eine Trägerbreite an der beweglichen Elektrode in ihrer Deformationsrichtung im wesentlichen die gleiche wie eine Trägerbreite an dem Trägerabschnitt in seiner Deformationsrichtung ist, während gleichzeitig bewirkt wird, daß eine Steifigkeit bzw. Steifheit an der beweglichen Elektrode in ihrer Deformationsrichtung grö ßer als eine Steifigkeit an dem Trägerabschnitt in seiner Deformationsrichtung ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es möglich, da während der Selbstdiagnose das Selbstdiagnosesignal pe riodisch zwischen der beweglichen Elektrode und der fe sten Elektrode zum Erzeugen einer elektrostatischen Kraft zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elek trode angelegt wird, zu bewirken, daß sich der Trägerab schnitt und damit integral die bewegliche Elektrode de formieren oder positionell in einer bestimmten Richtung in rechten Winkeln zu einer Längsrichtung des Trägerab schnitts versetzen, was es wiederum ermöglicht, den Zu stand zu bilden, in welchem die physikalische Größe vir tuell an der beweglichen Elektrode erzeugt wird. In die sem Fall ist es möglich, die Selbstdiagnose durch ein Er fassen einer sich ergebenden Deformation der beweglichen Elektrode auf der Grundlage einer Ausgangsspannung der C/V-Wandlerschaltung durchzuführen.

Während dieser Selbstdiagnose würde ein Erhöhen der Deformation der beweglichen Elektrode zu einem ähnlichen Erhöhen der Änderung des Kapazitätswerts des Kondensators führen, der aus der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode besteht, was es wiederum ermöglicht, die Aus gangsspannung zu erhöhen, was eine wirksame Selbstdia gnose zuläßt. Ein bevorzugter Lösungsweg um dies zu er zielen, besteht darin, die bewegliche Elektrode durch Verringern der Trägerbreite an der beweglichen Elektrode in ihrer Deformationsrichtung leichter zu machen. Jedoch kann ein übermäßiges Verringern der Trägerbreite dazu führen, daß nicht nur der Trägerabschnitt, sondern ebenso die bewegliche Elektrode an sich auf ein Einwirken der physikalischen Größe gebogen und positionell versetzt wird.

Obgleich es bei der kapazitiven Vorrichtung zum Er fassen einer physikalischen Größe dieses Typs erforder lich ist, daß die Deformation des Trägerabschnitts und die der beweglichen Elektrode auf ein Einwirken der phy sikalischen Größe zueinander integral und ebenso in der gleichen Richtung sind, kann eine Ablenkung und ein posi tioneller Versatz der beweglichen Elektrode an sich zu einer unregelmäßigen Änderung des Abstands zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode führen, was es häufig unmöglich macht, eine erwünschte Kapazi tätsänderung zu erzielen.

Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfin dung die Steifigkeit an der beweglichen Elektrode in ih rer Deformationsrichtung größer als die Steifigkeit an dem Trägerabschnitt in seiner Deformationsrichtung ge macht, während sie gleichzeitig dünner gemacht wird, um sicherzustellen, daß die Trägerbreite an der beweglichen Elektrode in ihrer Deformationsrichtung im wesentlichen die gleiche wie die Trägerbreite an dem Trägerabschnitt in seiner Deformationsrichtung wird, was es wiederum er möglicht, irgendeine unerwünschte Deformation der beweg lichen Elektrode auf ein Einwirken der physikalischen Größe zu verhindern, während gleichzeitig die bewegliche Elektrode leichter gemacht wird.

Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung mög lich, die kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer phy sikalischen Größe zu schaffen, die imstande ist, wirksam eine Selbstdiagnose durchzuführen, ohne zusätzlich ir gendeine getrennte Elektrode zur ausschließlichen Verwen dung bei einem Ausführen der Selbstdiagnose vorsehen zu müssen. Es ist anzumerken, daß die Trägerbreite an der beweglichen Elektrode in ihrer Deformationsrichtung (Breite der beweglichen Elektrode), welche im wesent lichen die gleiche wie die Trägerbreite an dem Trägerab schnitt in seiner Deformationsrichtung (Trägerabschnittsbreite) ist, wie es zuvor erläutert wor den ist, bei einer Umsetzung in die Praxis im Hinblick auf das Vorhandensein möglicher Herstellungsfehler wäh rend einer Herstellung der Vorrichtung derart ausgelegt sein kann, daß die Breite der beweglichen Elektrode in einen Bereich von 0,8- bis 1,2-mal der Trägerabschnitts breite fällt.

Weiterhin wird es in dem Fall, in dem die feste Elek trode in einer trägerartigen Form ausgebildet wird, die sich weitestgehend parallel zu der beweglichen Elektrode ausdehnt, während die bewegliche Elektrode der festen Elektrode an einer Seitenfläche des Trägerabschnitts ge genüberliegt, wenn die Trägerbreite einer derartigen fe sten Elektrode in der Deformationsrichtung des Trägerab schnitts im wesentlichen gleich der Trägerbreite an der beweglichen Elektrode in ihrer Deformationsrichtung ge macht wird, möglich, die Vorrichtungsabmessung in der De formationsrichtung zu verringern oder zu minimieren.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand ei nes Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beilie gende Zeichnung näher beschrieben, in welcher gleiche oder entsprechende Abschnitte mit den gleichen Bezugszei chen versehen sind, um eine redundante Erläuterung zu vermeiden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines Halbleiter-Beschleuni gungssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung;

Fig. 2 eine entlang einer Linie II-II genommene bildliche Darstellung einer Querschnitts ansicht des Sensors in Fig. 1;

Fig. 3 eine eine beispielhafte Schaltungsanord nung des in Fig. 1 gezeigten Sensors zei gende Darstellung;

Fig. 4 ein Wellenformdiagramm von einigen we sentlichen elektrischen Signalen der Schaltung in Fig. 3 während eines norma len Betriebs;

Fig. 5 ein Wellenformdiagramm von einigen we sentlichen elektrischen Signalen der Schaltung in Fig. 3 während eines Selbst diagnosebetriebs;

Fig. 6 eine bildliche Darstellung zum Erklären eines Modells eines Schwingungssystems in der Sensorstruktur in Fig. 1;

Fig. 7A und 7B Diagramme, von denen jedes eine zeitliche Änderung der Deformation an einem beweg lichen Teil der Sensorstruktur zeigt; und

Fig. 8 einen Graph einer Beziehung eines Ver hältnisses einer Resonanzfrequenz fo des Sensors zu einer Selbstdiagnosefrequenz fs zu der Resonanzverstärkung eines Trä gerabschnitts des Sensors zeigt.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Das veranschaulichende Ausführungsbeispiel ist eines, welches die vorliegende Erfindung an einem Halbleiter-Be schleunigungssensor eines Typs mit einer differentiellen Kapazität als die kapazitive Vorrichtung zum Erfassen ei ner physikalischen Größe anwendet. Fig. 1 zeigt eine obere Draufsicht des Halbleiter-Beschleunigungssensors 100 und Fig. 2 zeigt eine bildliche Darstellung einer entlang einer Linie II-II in Fig. 1 genommenen Quer schnittsansicht des Halbleiter-Beschleunigungssensors. Dieser Halbleiter-Beschleunigungssensor 100 ist vorzugs weise zur Verwendung als ein fahrzeugseitiger Beschleuni gungssensor oder Kreiselsensor oder sonstiges zum be trieblichen Steuern zum Beispiel eines Airbag, ABS, VSC und anderen, anpaßbar.

Der Halbleiter-Beschleunigungssensor (hier im weite ren Verlauf als "Sensor" bezeichnet) 100 wird durch be kannte Mikro-Materialverarbeitungsverfahren hergestellt, die an einem Halbleitersubstrat angewendet werden. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist das in dem Sensor 100 verwen dete Halbleitersubstrat ein rechteckiges SOI-Substrat 10, welches ein erstes Siliziumsubstrat 11 zur Verwendung als eine erste Halbleiterschicht und ein zweites Silizium substrat 12 als eine zweite Halbleiterschicht mit einer sich dazwischen befindenden isolierenden oder dielektri schen Schicht, wie zum Beispiel einem Oxidfilm 13, bein haltet.

Das zweite Siliziumsubstrat 12 ist derart, daß eine Trägerstruktur einer Kammform durch Ausbilden von Vertie fungen ausgebildet ist, wobei die Struktur einen bewegli chen Abschnitt 20 und feste bzw. stationäre Abschnitte 30, 40 beinhaltet. Weiterhin ist ein ausgewählter Ab schnitt des Oxidfilms 13, der den Ausbildungsbereichen der Trägerstrukturkörper 20 bis 40 entspricht, durch Op ferschicht-Ätzverfahren entfernt, um eine rechteckige Öffnung 13a zu definieren.

Der bewegliche Abschnitt 20, der derart angeordnet ist, daß er die Öffnung 13a kreuzt, ist derart angeord net, daß ein rechteckiger Gewichtsabschnitt 21 integral an beiden seiner Enden durch einen Trägerabschitt (einen sogenannten Federabschnitt in der vorliegenden Erfindung) 22 mit Befestigungsabschnitten 23a und 23b gekoppelt ist, wobei diese Befestigungsabschnitte 23a und 23b an Öff nungskantenabschnitten der Öffnung 13a in dem Oxidfilm 13 befestigt sind und daher auf und über dem ersten Sili ziumsubstrat 11 gehalten werden, das als ein Träger substrat dient. Dies läßt zu, daß der Gewichtsabschnitt 21 und der Trägerabschnitt 22 der Öffnung 13a gegenüber liegen.

Der Trägerabschnitt 22 zur Verwendung als eine Feder einheit ist in einer rechteckigen Rahmenform ausgebildet, wobei zwei Träger an seinen beiden Enden miteinander ver bunden sind, und ist in einer Richtung in rechten Winkeln zu einer Längsrichtung des Trägers deformierbar, um da durch einer Federfunktion hervorzubringen. Genauer gesagt läßt der Trägerabschnitt 22 zu, daß sich der Gewichtsab schnitt 22 auf ein Einwirken einer Beschleunigung, die eine Komponente entlang einer Richtung eines Pfeils "X" in Fig. 1 beinhaltet, in der Richtung des Pfeils X defor miert und positionell versetzt, während bewirkt wird, daß er zu seinem ursprünglichen Zustand zurückkehrt, wenn eine derartige Beschleunigung verschwindet. Daher ist der bewegliche Abschnitt 20 über der Öffnung 13a in der De formationsrichtung (Richtung des Pfeils X) des Trägerab schnitts 22 in Übereinstimmung mit einer auf ihn einwir kenden Beschleunigung deformierbar.

Außerdem weist der bewegliche Abschnitt 20 eine Mehr zahl von beweglichen Elektroden 24 auf, die derart ausge bildet sind, daß diese integral von beiden Seitenflächen des Gewichtsabschnitts 21 in entgegengesetzte Richtungen in einer bestimmten Richtung hervorstehen, die senkrecht zu der Deformationsrichtung (Richtung des Pfeils X) des Trägerabschnitts 22 verläuft. In Fig. 1 sind die beweg lichen Elektroden 24 derart, daß drei Elektroden 24 auf der rechten Seite des Gewichtsabschnitts 21 hervorstehen und andere drei auf der linken Seite von diesem hervor stehen, wobei jede bewegliche Elektrode 24 in einer trä gerartigen Form mit einem rechtwinkligen Querschnitt aus gebildet ist und der Öffnung 13a gegenüberliegt. Auf diese Weise ist jede bewegliche Elektrode 24 integral mit dem Trägerabschnitt 22 und dem Gewichtsabschnitt 21 aus gebildet und ist zusammen mit dem Trägerabschnitt 22 und dem Gewichtsabschnitt 21 in der Deformationsrichtung des Trägerabschnitts 21 deformierbar.

Hierbei ist der veranschaulichende Sensor 100 einzig artig derart angeordnet, daß eine Trägerbreite W1 an je der beweglichen Elektrode 24 in ihrer Deformationsrich tung (Richtung des Pfeils X in Fig. 1) im wesentlichen die gleiche wie eine einzelne Trägerbreite W2 an dem Trägerabschnitt 22 in seiner Deformationsrichtung (Richtung des Pfeils X in Fig. 1) ist, während gleichzei tig eine Steifigkeit oder Steifheit an der beweglichen Elektrode 24 in ihrer Deformationsrichtung größer als eine Steifigkeit an dem Trägerabschnitt 22 in seiner De formationsrichtung gemacht wird. Bei diesem Sensor 100 kann auch dann, wenn diese Trägerbreiten W1, W2 in we sentlichen zueinander gleich sind, der Trägerabschnitt 22 aufgrund der Tatsache, daß der Trägerabschnitt 22 die rechteckige Form mit zwei Trägern, die an seinen beiden Enden verbunden sind, wie es zuvor erläutert worden ist, und zwei Deformationstotpunkte aufweist, eine erhöhte Krümmbarkeit (d. h. einer verbesserte Steifigkeit) in der Deformationsrichtung bieten, wenn er mit der beweglichen Elektrode mit einem einzigen Deformationstotpunkt vergli chen wird.

Die festen Abschnitte 30, 40 werden an einem bestimm ten Paar von gegenüberliegenden Seiten dieser gegenüber liegenden Seitenpaare an den Öffnungskanten der Öffnung 13a in dem Oxidfilm 13 gehalten, wobei an diesem Paar keiner der Befestigungsabschnitte 23a, 23 gehalten wird. Hierbei sind zwei feste Abschnitte 30, 40 derart vorgese hen, daß der Gewichtsabschnitt 21 zwischen diesen ange ordnet ist. Diese festen Abschnitte beinhalten den ersten festen Abschnitt 30, der auf der linken Seite in Fig. 1 angeordnet ist, und den zweiten festen Abschnitt, der auf der rechten Seite in Fig. 1 angeordnet ist, wobei diese festen Abschnitte 30, 40 elektrisch voneinander unabhän gig sind.

Jeweilige feste Abschnitte 30, 40 sind derart ange ordnet, daß sie Leiterdrahtabschnitte 31 und 41, die an den Öffnungskanten der Öffnung 13a in dem Oxidfilm 13 be festigt sind und ebenso auf dem ersten Siliziumsubstrat 11 gehalten werden, und ebenso eine ausgewählte Anzahl (in dem hierin gezeigten Beispiel drei) von festen Elek troden 32 und eine bestimmte Anzahl (ebenso drei) von fe sten Elektroden 42 aufweisen, welche in dem Zustand ge genüberliegend angeordnet sind, in dem sie bei dem Vor handensein eines Erfassungsabstands bezüglich einer Sei tenfläche der beweglichen Elektrode 24 zueinander paral lel sind. Zusätzlich sind die festen Elektroden 32 auf der Seite des ersten festen Abschnitts 30 erste feste Elektroden, während die festen Elektroden 42 auf der Seite des zweiten festen Abschnitts 40 zweite feste Elek troden sind. Jeweilige feste Elektroden 32, 42, die sich im wesentlichen parallel zu der beweglichen Elektrode 24 ausdehnen, sind in einer trägerartigen Form mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet und befinden sich in einem Zustand, in dem sie in einer offenseitigen oder "überhängenden" Weise an jeweiligen Leiterdrahtabschnit ten 31, 41 gehalten werden, um der Öffnung 13a gegenüber zuliegen.

Weiterhin sind feste Elektrodenanschlüsse 31a, 41a zum Verwenden bei einer Drahtkontaktierung an bestimmten Positionen auf jeweiligen Leiterdrahtabschnitten 31, 41 der festen Elektroden 30 bzw. 40 angeordnet. Weiterhin ist ein Leiterabschnitt 25 für die bewegliche Elektrode 24 in dem Zustand ausgebildet, daß er integral mit einem Befestigungsabschnitt 23b ausgebildet ist, wobei ein Drahtkontaktierungsanschluß 25a für die bewegliche Elek trode 24 an einer bestimmten Position über diesem Leiter abschnitt 25 ausgebildet ist. Die zuvor erwähnten jewei ligen Elektrodenanschlüsse 25a, 31a, 41a bestehen zum Beispiel aus Aluminium.

Weiterhin sind sowohl der Gewichtsabschnitt 21 und die Befestigungsabschnitte 23a und 23b mit der bewegli chen Elektrode 24 als auch jeweilige feste Elektroden 32, 42 mit einer Mehrzahl von rechteckigen Durchgangslöchern 50 versehen, die von der Seite der Öffnung 13a zu der ihr gegenüberliegenden Seite dringen, wobei das Vorhandensein dieser Durchgangslöcher 50 zu einem Ausbilden eines stei fen Rahmens oder einer sogenannten "Rahmenstrukturform" mit mehreren miteinander kombinierten rechteckigen rah menartigen Abschnitten führt. Dadurch wird das Gewicht des beweglichen Abschnitts 20 und jeweiliger fester Elek troden 32, 42 verringert, während die Torsionsbeanspruch barkeit von ihnen verbessert wird.

Weiterhin ist der gezeigte Sensor 100 mittels eines Klebstoffs 60 auf einer hinteren Oberfläche (einer dem Oxidfilm 13 gegenüberliegenden Oberfläche) des ersten Si liziumsubstrats 11 an einem Gehäuse 70 befestigt und an dieses geklebt. Dieses Gehäuse 70 enthält in sich eine Schaltungseinrichtung 200 oder bringt diese unter. Wei terhin ist diese Schaltungseinrichtung 200 über Leiter drähte W1, W2, W3, welche aus Gold- oder Aluminiumkontak tierungsdrähten ausgebildet sind, elektrisch mit den vor geschriebenen jeweiligen Elektrodenanschlüssen 25a, 31a, 41a verbunden.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung sind, wie es durch Kondensatorsymbole in Fig. 1 dargestellt ist, ein erstes kapazitives Element CS1 an einem Erfassungsspalt zwischen der ersten festen Elektrode 32 und der bewegli chen Elektrode 24 und ein zweites kapazitives Element CS2 an einem Erfassungsspalt zwischen der zweiten festen Elektrode 42 und der beweglichen Elektrode 24 ausgebil det. Weiterhin verhält sich auf ein Einwirken einer Be schleunigung der gesamte bewegliche Abschnitt 20 ausge nommen der Befestigungsabschnitte 23a, 23b derart, daß er sich aufgrund der Federfunktion des Trägerabschnitts 22 integral deformiert und positionell in die Richtung des Pfeils X versetzt, was wiederum zuläßt, daß sich der Kapa zitätswert der zuvor genannten jeweiligen Kondensatoren CS1, CS2 in Übereinstimmung mit einer derartigen Deforma tion der beweglichen Elektrode 24 ändert. Weiterhin ist die Schaltungseinrichtung 200 derart betreibbar, daß sie die Beschleunigung auf der Grundlage einer Änderung einer differentiellen Kapazität (CS1-CS2) infolge der bewegli chen Elektrode 24 und der festen Elektroden 32, 42 er faßt.

Es ist anzumerken, daß die Schaltungseinrichtung 200, die in dem veranschaulichenden Sensor 100 verwendet wird, und die Erfassungsmethodik im wesentlichen auf der Grund lage der Lehren beruhen, die in der PUJPA 11-108454 of fenbart sind, die der Anmelderin der vorliegenden Erfin dung übertragen worden ist und die hierin in ihrer Ge samtheit durch Verweis enthalten ist. Hierbei werden wichtige Merkmale des veranschaulichenden Ausführungsbei spiels hauptsächlich nachstehend erläutert. Es wird auf Fig. 3 verwiesen, welche eine Ausgestaltung der Schal tungseinrichtung 200 darstellt, wie sie in der Sensorvor richtung 100 vorgesehen ist.

Die Schaltungseinrichtung 200 beinhaltet eine C/V- Wandlerschaltung (geschaltete Kondensatorschaltung) 210 und ein Schaltnetz 220. Die C/V-Wandlerschaltung 210 ist eine, die aus einem Operationsverstärker 211 und einem Kondensator 212 mit einem Schalter 213 ausgebildet ist, und ist derart betreibbar, daß eine Änderung von Kapazi tätswerten der Kondensatoren CS1, CS2, die aus der beweg lichen Elektrode 24 und den festen Elektroden 32, 42 be stehen, in eine entsprechende Ausgangsspannung gewandelt wird.

Der Operationsverstärker 211 weist einen invertieren den Eingangsanschluß auf, der über den Anschluß 25a für die bewegliche Elektrode 24 mit der beweglichen Elektrode verbunden ist, wobei der Kondensator 212 und der Schalter 213 zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß und ei nem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 211 paral lel geschaltet sind. Der Operationsverstärker 211 weist ebenso einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß auf, in welchen über das Schaltnetz 220 entweder eine Spannung von V/2 oder eine Spannung von V1 eingegeben wird.

Das Schaltnetz 220 ist eines, das entweder die Span nung V/2 oder die Spannung V1 (zu V/2 unterschiedlich) aus jeweiligen nicht gezeigten Spannungsquellen in den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsver stärkers 211 in der C/V-Wandlerschaltung eingibt, wobei des Schaltnetz 220 aus einem Schalter 221 und einem Schalter 222 aufgebaut ist. Der Schalter 221 und der Schalter 222 sind derart, daß einer von ihnen leitend bleibt, während der andere nichtleitend gemacht wird.

Die Schaltungseinrichtung 200 beinhaltet ebenso eine nicht gezeigte Steuerschaltung. Die Steuerschaltung ist derart betreibbar, daß sie eine Trägerwelle P1, die mit einer konstanten Amplitude V periodisch veränderbar ist, von dem Anschluß 31a für die feste Elektrode in die erste feste Elektrode 32 eingibt, während sie eine Trägerwelle P2 von dem Anschluß 41a für die feste Elektrode in die zweite feste Elektrode 42 eingibt, wobei die Trägerwelle P2 die gleiche Amplitude V wie die Trägerwelle P1 auf weist und mit einer definierten Phasendifferenz von 180° zwischen diesen genau außer Phase zu der Trägerwelle P1 ist. Diese Steuerschaltung ist ebenso derart aufgebaut, daß Ein/Ausschaltbetätigungen der Schalter 213, 221 und 222 zu bestimmten Zeitpunkten gesteuert werden. In dem veranschaulichen Ausführungsbeispiel bilden diese Steuer schaltung und das Schaltnetz 220 eine Signalanlegeein richtung der vorliegenden Erfindung aus, wie sie hierin offenbart und beansprucht wird.

Eine Funktionsweise des derart aufgebauten Halblei ter-Beschleunigungssensors 100 ist wie folgt. Zuerst wird eine Erklärung eines Anlegens eines Beschleunigungs-Er fassungssignals (normale Betriebsart) unter Bezugnahme auf ein Signalwellenformdiagramm gegeben, das in Fig. 4 gezeigt ist. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Trä gerwelle P1 (zum Beispiel mit einer Amplitude von 0 bis 5 Volt bei einer Frequenz von 100 kHz), wie aus der als die Signalanlegeeinrichtung dienenden Steuerschaltung ausge geben wird, ein Rechteckwellensignal einer konstanten Amplitude, wobei sich sein hoher Pegel und niedriger Pe gel mit einer Zeitperiode ϕ1 als ein Zyklus (zum Beispiel 100 µs) ändert, wohingegen die Trägerwelle ϕ2 ein Recht eckwellensignal ist, dessen Spannungspegel bezüglich der Trägerwelle P1 invertiert sind.

Während des normalen Betriebs ist, wenn die Träger wellen P1 und P2 an die festen Elektroden 32 bzw. 42 an gelegt werden, das Schaltnetz 220 derart, daß der Schal ter 221 eingeschaltet ist, wohingegen der Schalter 222 ausgeschaltet ist. Dadurch wird die Spannung V/2 an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsver stärkers 211 angelegt, während bewirkt wird, daß die kon stante Spannung (Signal der beweglichen Elektrode 24) V/2, zum Beispiel 2,5 V, an die bewegliche Elektrode 24 angelegt wird.

In diesem Zustand sind, wenn keine Beschleunigung einwirkt, sowohl eine Potentialdifferenz zwischen der er sten festen Elektrode 32 und der beweglichen Elektrode 24 als auch eine Potentialdifferenz zwischen der zweiten fe sten Elektrode 42 und der beweglichen Elektrode 42 auf V/2 festgelegt, was daher zuläßt, daß eine elektrostati sche Kraft zwischen der ersten festen Elektrode 32 und der beweglichen Elektrode 24 im wesentlichen zu einer elektrostatischen Kraft zwischen der zweiten festen Elek trode 42 und der beweglichen Elektrode 24 ausgeglichen ist.

Es ist ebenso anzumerken, daß in der normalen Be triebsart die C/V-Wandlerschaltung 210 derart ist, daß der Schalter 213 angesteuert wird, um sich zu einem Zeit punkt ein- und auszuschalten, der in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn dieser Schalter 213 eingeschaltet wird (Periode ϕ2), wird der Kondensator 212 zurückgesetzt. Andererseits wird, wenn der Schalter 213 ausgeschaltet wird, das beab sichtigte Erfassen einer Beschleunigung durchgeführt. An ders ausgedrückt ist ein verbleibender Abschnitt der Pe riode ϕ1, der anders als die Periode ϕ2 ist, zum Verwen den bei einem Erfassen der einwirkenden Beschleunigung. Während dieser Erfassungsperiode ist eine Ausgangsspan nung V0 der C/V-Wandlerschaltung 210 durch eine Gleichung (1) gegeben, welche folgt:

V0 = (CS1 - CS2) × V'/Cf (1).

Hierbei ist V' eine Spannung zwischen den Anschlüssen 31a und 41a, das heißt die Spannung über den festen Elek troden 32 und 42, und ist Cf die Kapazität des Kondensa tors 212.

Auf ein Einwirken einer Beschleunigung verhält sich das Gleichgewicht zwischen dem ersten Kondensator CS1 und dem zweiten Kondensator CS2 derart, daß es sich ändert. Diese Kapazitätsänderung führt zu einem Erzeugen einer Spannung, die durch die Gleichung (1) definiert ist, in Übereinstimmung mit einer Kapazitätsdifferenz (CS1-CS2), welche als eine Vorspannung zu einer Ausgangsspan nung V0 addiert wird, die bei einem Nichtvorhandensein irgendeiner darauf einwirkenden Beschleunigung erzielbar ist, und wird dann als eine geänderte Ausgangsspannung V0 (deren Potential zum Beispiel von 0 bis 5 Volt reicht) abgeleitet. Danach wird dieses Ausgangssignal einer Sign alverarbeitung bei einer (nicht gezeigten) Signalverar beitungsschaltung unterzogen, die eine Verstärkerschal tung und ein Tiefpaßfilter oder dergleichen beinhaltet, und wird dann als ein Beschleunigungs-Erfassungssignal erfaßt.

Als nächstes wird eine Erläuterung eines Selbstdia gnosebetriebs des Halbleiter-Beschleunigungssensors 100 unter Bezugnahme auf ein Signalwellenformdiagramm gege ben, das in Fig. 5 gezeigt ist. Wie es darin gezeigt ist, werden die Trägerwellen P1 und P2, die Rechteckwellen signale mit einer konstanten Amplitude V sind (die in dem gezeigten Beispiel von 0 bis 5 Volt reicht), unter einem Steuern der Steuerschaltung eingegeben, die als die Signalanlegeeinrichtung dient. Es ist anzumerken, daß in nerhalb einer Zeitperiode ϕ3 (zum Beispiel 100 µs) die Trägerwellen P1 und P2 Konstantspannungssignale sind, de ren Potentialpegel invertiert sind. Zum Beispiel ist die Trägerwelle P1 auf 0 V festgelegt, wohingegen die Träger welle P2 auf 5 V festgelegt ist.

Es ist ebenso anzumerken, daß in dieser Periode ϕ3 das Schaltnetz 220 derart ist, daß der Schalter 221 aus geschaltet ist, wohingegen der Schalter 222 eingeschaltet ist, wenn die Trägerwellen P1 und P2 an die festen Elek troden 32 bzw. 42 angelegt werden. Aufgrund dessen wird eine Spannung V1, die potentialmäßig von V/2 (zum Bei spiel 3 V) unterschiedlich ist, an den nichtinvertieren den Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 211 ange legt, während zugelassen wird, daß diese Spannung V1 als ein Signal für die bewegliche Elektrode an die bewegliche Elektrode 24 angelegt wird.

Wenn die Spannung V1 an die bewegliche Elektrode 24 angelegt wird, wird das Gleichgewicht der elektrostati schen Kraft während des normalen Betriebs zerstört, was bewirkt, daß die bewegliche Elektrode 24 zu einer be stimmten der festen Elektroden 32, 42 hingezogen wird, deren Potentialdifferenz zwischen sich selbst und der be weglichen Elektrode 24 derzeit größer als die andere ist. In dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel wird der Trägerab schnitt 22 derart abgelenkt, daß er zu der ersten festen Elektrode 32 hingezogen wird, während gleichzeitig zuge lassen wird, daß sich die bewegliche Elektrode 24 auf eine dazu integrale Weise virtuell deformiert. Auf diese Weise ist die Periode ϕ3 die Periode, die ein Erzeugen einer Quasi-Beschleunigung an der beweglichen Elektrode 24 zuläßt. Weiterhin wird der Schalter 213 der C/V-Wand lerschaltung 220 innerhalb der Periode ϕ3 eingeschaltet, so daß sich der Kondensator 212 in dem Rücksetzzustand befindet.

Eine Zeitperiode ϕ4 (zum Beispiel 100 µs), die auf die Periode ϕ3 folgt, dient zum Erfassen der Quasi-Be schleunigung (physikalischen Größe), wie sie in ihrer un mittelbar vorhergehenden Periode ϕ3 erzeugt wird, durch Anlegen eines Signals, dessen Wellenform ähnlich zu der während der in Fig. 4 gezeigten Periode ϕ1 ist, zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den festen Elektroden 32, 42. Genauer gesagt wird der Schalter 213 der C/V- Wandlerschaltung 220 ausgeschaltet, um den Kondensator 212 auf den Zustand festzulegen, der imstande ist, eine Beschleunigung zu erfassen, während daran die Trägerwel len P1 und P2 angelegt werden, die ähnlich zu denjenigen in der normalen Betriebsart sind. Weiterhin wird der Schalter 221 in dem Schaltnetz 220 eingeschaltet, während der Schalter 222 ausgeschaltet bleibt, um dadurch eine Spannung V/2 (zum Beispiel 2,5 V) als ein Ansteuerelek trodensignal an die bewegliche Elektrode 24 anzulegen.

In diesem Zustand versucht die bewegliche Elektrode 24, welche innerhalb der Periode ϕ4 zum Beispiel zu der ersten festen Elektrode 32 hingezogen worden ist, nun, zu ihrer ursprünglichen Position zurückzukehren, was zu ei nem Erzeugen von Ladungsträgern an dem Kondensator 212 der C/V-Wandlerschaltung auf eine Weise entsprechend die ser Kapazitätsänderung führt, um dadurch ein Erfassen der Quasi-Beschleunigung zuzulassen, wie sie innerhalb dieser Periode ϕ3 erzeugt wird. Die beabsichtigte Selbstdiagnose ist daher durch Anlegen eines bestimmten Selbstdiagnose signals (der Trägerwellen und des Signals für die bewegliche Elektrode) zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den festen Elektroden 32, 42 erzielbar, wobei eine kombinierte Zeitperiode (ϕ3 + ϕ4) auf die zuvor beschrie bene Weise ein Zyklus ist.

Es ist anzumerken, daß dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung insbesondere derart aufgebaut ist, daß ein Verhältnis der Frequenz des Selbstdiagnosesignals (hier im weiteren Verlauf als eine "Selbstdiagnosefrequenz" bezeichnet) zu der Resonanzfre quenz des Trägerabschnitts 22 in der Deformationsrichtung (hier im weiteren Verlauf als eine "Resonanzfrequenz der Sensorvorrichtung" bezeichnet) derart festgelegt ist, daß die Resonanzverstärkung eines derartigen Trägerabschnitts 22 auf ein Anlegen des Selbstdiagnosesignals gleich oder größer als einfach, vorzugsweise 1,1-fach oder mehr, ist. Diese Selbstdiagnosefrequenzeinstellung beruht auf be stimmten Überlegungen, wie sie nachstehend beschrieben werden.

Es wird auf Fig. 6 verwiesen. Die Darstellung zeigt das Schwingungssystem des Halbleiter-Beschleunigungssen sors 100 als ein verallgemeinertes Modell in einer kapa zitiven Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe. Bei diesem Modell ist der eine Deformierbarkeit aufweisende bewegliche Abschnitt (deformierbarer beweg licher Abschnitt) ein bestimmter Teil des beweglichen Ab schnitts 20 ausgenommen der Befestigungsabschnitte 23a, 23b, das heißt der Gewichtsabschnitt 21, der Trägerab schnitt 22 und die bewegliche Elektrode 24. Wenn die Masse dieses deformierbaren beweglichen Abschnitts (Masse des beweglichen Abschnitts) "m" ist und sein positionel ler Versatz oder seine Deformation "x" ist, ist die Schwingungsgleichung durch eine Gleichung (2) gegeben, welche folgt:

m × (d²x/dt²) + C × (dx/dt) + K × x = Fa + Fe (2).

In der vorhergehenden Gleichung ist m die Masse des beweglichen Abschnitts, ist C der Dämpfungskoeffizient des deformierbaren beweglichen Abschnitts, ist K die Fe derkonstante in der Erfassungsachsenrichtung (Deformationsrichtung) des Trägerabschnitts 22, ist Fa eine extern eingegebene Beschleunigung und ist Fe die elektrostatische Kraft zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den festen Elektroden 32, 42. Obgleich Fa während eines normalen Betriebs eine extern einwirkende Beschleu nigung wird, befindet sich Fa während der Selbstdiagnose auf null. Zu diesem Zeitpunkt ist die sich ergebende De formation oder der sich ergebende Versatz x des defor mierbaren beweglichen Abschnitts durch die zuvor angege bene Schwingungsgleichung definierbar.

Die Fig. 7A und 7B zeigen Diagramme zum Erläutern einer zeitlichen Änderung "t" des Versatzes x des defor mierbaren beweglichen Abschnitts, wobei Fig. 7A den Zu stand zeigt, in dem eine Frequenzdifferenz zwischen der Selbstdiagnosefrequenz und der Resonanzfrequenz der Sen sorvorrichtung groß ist, wohingegen Fig. 7B den Fall zeigt, in dem eine derartige Frequenzdifferenz klein bleibt. In dem Fall, in dem die Resonanzfrequenz der Sen sorvorrichtung und die Selbstdiagnosefrequenz stark zu einander unterschiedlich sind, ist es schwer zu erzielen, daß die Bewegung des Trägerabschnitts 22 bezüglich der Selbstdiagnosefrequenz nachfolgt. Genauer gesagt bringt der Trägerabschnitt 22, wie es in Fig. 7A gezeigt ist, keine Schwingung hervor, was zu einem Bilden eines gleichspannungsartigen Deformationszustands mit einer Gleichspannung führt, die virtuell daran angelegt ist. Zum Beispiel kann bei dem veranschaulichenden Sensor 100 dieser Zustand erzielt werden, wenn die Resonanzfrequenz der Sensorvorrichtung auf ungefähr 7 kHz festgelegt ist, wobei die Selbstdiagnosefrequenz auf ungefähr zweimal größer (von 12 bis 13 kHz reichend) als die Erstere fest gelegt ist.

Im Gegensatz dazu verhält sich der Trägerabschnitt 22, wenn sich der Wert der Resonanzfrequenz der Sensor vorrichtung nahe der Selbstdiagnosefrequenz befindet, derart, daß er mit seiner Selbstdiagnosefrequenz schwingt, wie es in Fig. 7B gezeigt ist, wodurch zugelas sen wird, daß der sich ergebende Deformationsbetrag M, das heißt ein positioneller Versatz des deformierbaren beweglichen Abschnitts, verglichen mit der gleichspan nungsartigen Deformation größer wird. Kurz gesagt ermög licht es ein bestimmtes Einstellen der Selbstdiagnosefre quenz, um zuzulassen, daß der Trägerabschnitt 22 auf ein Anlegen eines zweckmäßigen Selbstdiagnosesignals schwingt, zuzulassen, daß auf ein Anlegen eines derarti gen Selbstdiagnosesignals der Trägerabschnitt 22 eine Schwingung hervorbringt, deren Resonanzverstärkung gleich oder größer als einfach ist, was wiederum eine ähnliche Erhöhung der zuvor angegebenen Kapazitätsänderung (CS1-CS2), das heißt eines Ausgangssignals des Sensors 100, zuläßt. Es ist anzumerken, daß die hierin verwendete Re sonanzverstärkung derart zu verstehen ist, daß sie eine Verstärkung des Deformationsbetrags M bezüglich der De formation des Trägerabschnitts 22 meint, die auf ein An legen einer Gleichspannung erzielbar ist (das heißt einen positionellen Versatz des deformierbaren beweglichen Ab schnitts), wobei diese Deformation auf "1" normalisiert ist.

Weiterhin kann die Selbstdiagnosefrequenz zum Bewir ken, daß der Trägerabschnitt 22 während der Selbstdia gnose mit gleich oder mehr als einmal der Resonanzver stärkung schwingt, durch Berechnen unter Verwendung der folgenden Gleichung (3) definiert werden, die sich auf den zuvor erwähnten Deformationsbetrag bezieht. Weiterhin ist die Selbstdiagnosefrequenz mit "fs" bezeichnet und ist die Resonanzfrequenz da Sensorvorrichtung mit "fo" be zeichnet.

M = 1/{1 - λ²)² + (2τλ)²}^1/2 (3).

Hierbei ist τ C/{2 × {mk)^1/2}, wobei λ fs/fo ist. Die berechnete Resonanzverstärkung des Trägerabschnitts 22 ist in Fig. 8 gezeigt, welche durch Berechnen des Defor mationsbetrags M erzielt worden ist, während das Verhält nis der Resonanzfrequenz fo der Sensorvorrichtung zu der Selbstdiagnosefrequenz fs geändert wird.

Es ist aus Fig. 8 ersichtlich, daß ein bestimmter Be reich des Verhältnisses fo/fs zum Zulassen vorhanden ist, daß der Trägerabschnitt 22 (das heißt der deformierbare bewegliche Abschnitt) mit der Resonanzverstärkung schwingt, die gleich oder größer als einfach ist. Um die Resonanzverstärkung auf gleich oder größer als einfach festzulegen, sollte es erforderlich sein, daß die Selbst diagnosefrequenz fs gleich oder kleiner als ein bestimm ter Wert ist, der 1,41-mal größer als die Resonanzfre quenz fo der Sensorvorrichtung ist. Weiterhin ist es be vorzugt, daß die Resonanzverstärkung gleich oder größer als 1,1-mal ist, um die beabsichtigte Selbstdiagnose wirksamer durchzuführen. Zu diesem Zweck ist es erforder lich, daß die Selbstdiagnosefrequenz innerhalb eines Be reichs von 0,2- bis 1,4-mal größer als die Resonanzfre quenz der Sensorvorrichtung fällt. Die vorhergehende Er läuterung hat den Grund eines Einstellens zum Normalisie ren der Selbstdiagnosefrequenz klargestellt.

Es ist erläutert worden, daß es gemäß dem veranschau lichenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch Erzeugen einer zweckmäßigen elektrostatischen Kraft zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den fe sten Elektroden 32, 42 möglich wird, da das Selbstdiagno sesignal während eines Selbstdiagnosebetriebs periodisch zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den festen Elektroden 32, 42 angelegt wird, den Zustand zu erzielen, in welchem die Beschleunigung (physikalische Größe) von Interesse virtuell auf die bewegliche Elektrode 24 ein wirkt. Weiterhin ist es möglich, die beabsichtigte Selbstdiagnose durch Erfassen einer Deformation oder ei nes positionellen Versatzes der beweglichen Elektrode 24 auf der Grundlage eines Ausgangsspannung V0 der C/V-Wand lerschaltung 220 durchzuführen.

Weiterhin ist dieses Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung insbesondere derart aufgebaut, daß das Verhältnis der Selbstdiagnosefrequenz fs zu der Resonanz frequenz fo der Sensorvorrichtung derart festgelegt ist, daß die Resonanzverstärkung des Trägerabschnitts 22 gleich oder größer als einfach (vorzugsweise 1,1-fach) wird. Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, zu zulassen, daß der Trägerabschnitt 22 auf ein Anlegen des Selbstdiagnosesignals an seiner Selbstdiagnosefrequenz schwingt, was es wiederum ermöglicht, die quasi-physika lische Größe zu erhöhen, die an der beweglichen Elektrode 24 erzeugt wird, wodurch zugelassen wird, daß die Selbst diagnose wirksam durchgeführt wird.

Daher ist es gemäß dem hierin erläuterten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, die ka pazitive Vorrichtung 100 zum Erfassen einer physikali schen Größe zu schaffen, die imstande ist, die Abmessung (Chipgröße) von ihr zu verringern oder zu verkleinern, ohne irgendeine zusätzliche Elektrode einer getrennten Komponente zur ausschließlichen Verwendung bei einem Selbstdiagnoseverfahren verwenden zu müssen, und ebenso imstande ist, die Selbstdiagnose wirksam durchzuführen. Weiterhin ist es durch eine derartige Selbstdiagnose auf grund der Tatsache, daß die Ausgangsspannung V0 in Fällen unverändert belassen wird, in denen die Kapazität auf grund eines Anhaftens von Verunreinigungen zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den festen Elektroden 32, 42 unverändert bleibt, möglich, einen Betriebsausfall oder ein Fehlverhalten zu erfassen. Weiterhin ist es auch dann, wenn die Empfindlichkeit aufgrund einer zeitlichen Änderung verändert wird, möglich, eine derartige Empfind lichkeitsänderung auf der Grundlage eines Änderungsbe trags der Ausgangsspannung zu erfassen.

Es ist anzumerken, daß, obgleich in dem vorhergehen den Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die bewegliche Elektrode 24 gezwungen wird, sich virtuell zu deformieren, während die Spannung, die an die bewegliche Elektrode 24 anzulegen ist, zwischen der normalen Be triebsart und der Selbstdiagnosebetriebsart geändert wird, das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung derart abgeändert werden kann, daß die Selbstdiagnose durch potentialmäßiges Ändern der Trägerwellen P1, P2 durchgeführt wird, die für eine virtuelle Deformation der beweglichen Elektrode 24 an die festen Elektroden 32, 42 angelegt werden.

Ebenso kann der Federabschnitt nicht ausschließlich in einer trägerartigen Form ausgebildet sein, wie es zu vor erwähnt worden ist, sondern kann alternativ derart aufgebaut sein, daß er irgendwelche andere Formen auf weist, solange diese ähnliche Federfunktionen wie die des Trägerabschnitts 22 bieten. Es ist ebenso anzumerken, daß die vorliegende Erfindung nicht nur auf den veranschauli chenden Halbleiter-Beschleunigungssensor 100 beschränkt ist, sondern ebenso an irgendwelchen anderen Vorrichtun gen zum Erfassen einer physikalischen Größe eines kapazi tiven Typs anwendbar ist, die Drucksensoren und Giergeschwindigkeitssensoren beinhalten, aber nicht auf diese beschränkt sind.

Im übrigen würde in dem Fall dieser Selbstdiagnose ein Erhöhen der Deformation der beweglichen Elektrode 24 zu einem ähnlichen Erhöhen der Änderung der Kapazitäts werte der Kondensatoren CS1, CS2 führen, die aus der beweglichen Elektrode 24 und den festen Elektroden 32, 42 bestehen, was es wiederum ermöglicht, die Ausgangsspan nung V0 zu erhöhen, was daher ein wirksames Ausführen der erforderlichen Selbstdiagnose zuläßt. Ein Lösungsansatz, um dies zu erzielen, besteht darin, den beweglichen Ab schnitt 20 leichter zu machen. Um den beweglichen Ab schnitt 20 leichter zu machen, ist es erforderlich, daß das Gewicht des Gewichtsabschnitts 21 unter Verwendung der zuvor erwähnten Rahmenstruktur oder anderen ähnlichen geeigneten Strukturen minimiert wird, während gleichzei tig das Gewicht der beweglichen Elektrode 24 verringert wird.

Es ist in Erwägung gezogen worden, daß eine Gewichts verringerung der beweglichen Elektrode 24 durch ein Ver ringern der Gesamtlänge des Trägerabschnitts 22 erzielbar ist. Jedoch kann sich in diesem Fall ihre gegenüberlie gende Fläche (Elektrodenfläche) bezüglich den festen Elektroden 32, 42 verringern, was zu einer unerwünschten Verringerung der Kapazitätswerte CS1, CS2 für eine Erfas sung führt. Im Hinblick darauf ist es entschieden worden, die Gewichtsverringerung der beweglichen Elektrode 24 durch Verschmälern der Trägerbreite W1 (hier im weiteren Verlauf als Breite W1 der beweglichen Elektrode 24 be zeichnet) an der beweglichen Elektrode 24 in ihrer Defor mationsrichtung zu verwirklichen.

Jedoch kann eine übermäßige Verringerung dieser Breite W1 der beweglichen Elektrode 24 dazu führen, daß nicht nur der Trägerabschnitt 22, sondern ebenso die be wegliche Elektrode 24 an sich abgelenkt und demgemäß de formiert wird. Obgleich es bei dem Beschleunigungssensor 100 dieses Typs erforderlich ist, daß die Deformation des Trägerabschnitts 22 und die Deformation der beweglichen Elektrode 24 in der gleichen Richtung auf ein Einwirken einer Beschleunigung zueinander integral sind, wird, wenn die bewegliche Elektrode 24 selbst deformiert und posi tionell versetzt wird, eine Änderung des Erfassungsab stands zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den fe sten Elektroden 32, 42 unregelmäßig, was es wiederum un möglich oder mindestens ziemlich schwierig macht, eine erwünschte Kapazitätsänderung zu erzielen.

In dieser Hinsicht ist der hierin erläuterte Sensor 100 insbesondere derart aufgebaut, daß er seine einzigar tige Anordnung aufweist, das heißt das Verschmälern wird durchgeführt, um die Breite W1 der beweglichen Elektrode 24 im wesentlichen zu der gleichen Breite wie die der Trägerbreite W2 (hier im weiteren Verlauf als Trägerab schnittsbreite W2 bezeichnet) eines einzelnen an dem Trä gerabschnitt 22 in ihrer Deformationsrichtung (Richtung des Pfeils x in Fig. 1) zu machen, während sichergestellt wird, daß die Steifigkeit bzw. Steifheit an der bewegli chen Elektrode 24 in ihrer Deformationsrichtung größer als die Steifigkeit an dem Trägerabschnitt 22 in seiner Deformationsrichtung ist. Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, ein Ablenken oder Verkrümmen der bewegli chen Elektrode 24 auf ein Einwirken einer Beschleunigung zu verhindern, während die bewegliche Elektrode 24 leich ter gemacht wird, was es wiederum ermöglicht, eine Quasi- Deformation der beweglichen Elektrode 24 zu erhöhen, um dadurch ein Erzielen eines wirksamen Selbstdiagnosever fahrens zuzulassen.

Es ist anzumerken, daß das Einstellen für einen we sentlichen Abgleich der Breite W1 der beweglichen Elek trode 24 und der Trägerbreite W2 zulassen kann, daß die Breite W1 der beweglichen Elektrode 24 im Hinblick auf das Vorhandensein irgendwelcher möglichen Verarbei tungs-/Herstellungsfehler bei der Herstellung des Sensors 100 unter Verwendung derzeit gängiger Mikro-Materialver arbeitungsverfahren in der Größenordnung von Mikrometern (einschließlich Ätzen usw.) innerhalb eines Bereichs von 0,8- bis 1,2-mal der Trägerbreite W2 fällt.

Daher ist es gemäß dem hierin erläuterten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, eine kapazitive Vorrichtung 100 zum Erfassen einer physikali schen Größe zu schaffen, die imstande ist, die Abmessung (Chipgröße) davon zu verringern oder zu verkleinern, ohne eine zusätzliche Elektrode einer getrennten Komponente zur ausschließlichen Verwendung bei einem Selbstdiagnose verfahren verwenden zu müssen, und ebenso imstande ist, die Selbstdiagnose wirksam durchzuführen. Weiterhin ist es durch eine derartige Selbstdiagnose aufgrund der Tat sache, daß die Ausgangsspannung V0 in Fällen unverändert bleibt, in denen die Kapazität aufgrund eines Anhaftens von Verunreinigungen zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den festen Elektroden 32, 42 unverändert bleibt, möglich, einen Betriebsausfall oder ein Fehlverhalten zu erfassen. Weiterhin ist es auch dann, wenn die Empfind lichkeit aufgrund einer zeitlichen Änderung verändert wird, möglich, eine derartige Empfindlichkeitsänderung auf der Grundlage eines Änderungsbetrags der Ausgangs spannung zu erfassen.

Weiterhin kann, wenn die bewegliche Elektrode 24 wie in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung leichter gemacht wird, die sich ergebende Empfindlichkeit in der normalen Betriebsart unter bestimmten Umständen verringert werden. Glücklicherweise ist dieses Risiko un ter Verwendung eines bestimmten Gedankengangs vermeidbar, welcher folgt. Bei diesem Halbleiter-Beschleunigungssen sor 100 sind die Empfindlichkeit ΔC und das Selbstdiagno seausgangssignal J als der folgende Satz von Gleichungen (4) gegeben:

ΔC = 2 × C₀ × m × g/(d × K)

J = ε × S × D × V²/(2 × m × d²) (4).

Hierbei ist Co der Anfangskapazitätswert ( = ε × S/d in der Einheit F), wenn die Beschleunigung von Interesse null ist, ist m die Masse (in der Einheit kg) des beweg lichen Abschnitts 24, ist d der Abstand (in der Einheit m) zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den festen Elektroden 32, 42, ist K die Federkonstante (N/m), ist S die Elektrodenfläche (Fläche des Teils, der der bewegli chen Elektrode 24 und den festen Elektroden 32, 42 gegen überliegt, in der Einheit m²), ist D das Taktverhältnis während der Selbstdiagnose und ist V (in der Einheit V) eine Spannung während der Selbstdiagnose.

Daher kann ein Verringern der Masse zum Erhöhen des Selbstdiagnoseausgangssignals J hinsichtlich der Tat sache, daß die Empfindlichkeit ΔC zu der Masse m propor tional ist, zu einer Verringerung der Empfindlichkeit ΔC führen. Jedoch ist es, wenn Gleichung (4) betrachtet wird, bestätigt worden, daß der Ausdruck "K" vorhanden ist, welcher die Empfindlichkeit ΔC, jedoch nicht das Selbstdiagnoseausgangssignal J beeinträchtigt. Kurz ge sagt kann jede unerwünschte Empfindlichkeitsverringerung durch zweckmäßiges Einstellen des Werts der Federkon stante K verhindert werden. Weiterhin verändert sich im Hinblick auf die Tatsache, daß die Resonanzfrequenz ω₀ eines schwingenden Körpers als ω₀ = (K/m)^1/2 gegeben ist, auch dann, wenn die Masse m der beweglichen Elektrode 24 zum Beispiel auf die Hälfte verringert wird, weder der Wert der Empfindlichkeit noch derjenige der Resonanzfre quenz, solange die Federkonstante des Trägerabschnitts 22 auf die Hälfte verringert wird. Daher kann die beabsich tigte Sensorcharakteristik während normalen Betrieben beibehalten werden. Genauer gesagt kann bei dem Sensor 100 die Federkonstante des Trägerabschnitts 22 durch Er höhen der Länge des Trägerabschnitts 22 verringert wer den.

Es ist anzumerken, daß in dem Fall, in dem die festen Elektroden 32, 42 die trägerartige Form aufweisen, die sich im wesentlichen parallel zu der beweglichen Elek trode 24 ausdehnt, während die bewegliche Elektrode 24 und die festen Elektroden 32, 42 auf Seitenflächen des Trägers wie in dem veranschaulichen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einander gegenüberliegen, die Trägerbreiten der festen Elektroden 32, 42 in der Defor mationsrichtung (Richtung des Pfeils X in Fig. 1) des Trägerabschnitts 22 derart aufgebaut sein könne, daß sie im wesentlichen die gleiche Breite wie die Breite W1 der beweglichen Elektrode 24 aufweisen. Dies ermöglicht es, die Abmessung der Vorrichtung in der Deformationsrichtung (Richtung des Pfeils X in Fig. 1) zu verringern.

Ein zuvor beschriebener erfindungsgemäßer kapazitiver Halbleiter-Beschleunigungssensor ist imstande, ein Selbstdiagnoseverfahren wirksam durchzuführen, ohne ir gendwelche getrennte Elektroden zu Selbstdiagnosezwecken vorsehen zu müssen. Der Halbleiter-Beschleunigungssensor beinhaltet einen Trägerabschnitt, der auf ein Einwirken einer Beschleunigung auf ihn in einer Richtung in rechten Winkeln zu seiner Längsrichtung deformierbar ist, um da durch eine Federfunktion hervorzubringen. Der Halbleiter- Beschleunigungssensor beinhaltet ebenso eine bewegliche Elektrode und feste Elektroden, welche integral mit dem Trägerabschnitt ausgebildet sind. Der Halbleiter-Be schleunigungssensor arbeitet derart, daß er die Beschleu nigung erfaßt, während zwischen der beweglichen Elektrode und den festen Elektroden ein periodisch veränderliches Signal angelegt ist, um eine Ausgangsspannung abzuleiten, deren Potential mit einer Änderung einer differentiellen Kapazität von Kondensatoren zwischen den beiden Elektro den veränderbar ist. Hierbei werden selektiv ein Erfas sungssignal zum Erfassen einer derartigen Beschleunigung und ein Selbstdiagnosesignal angelegt, während ein Erzeu gen einer Quasi-Beschleunigung an der beweglichen Elek trode aufgrund eines Anlegens des Selbstdiagnosesignals zugelassen wird, wobei ein Verhältnis einer Frequenz des Selbstdiagnosesignals zu einer Resonanzfrequenz des Trä gerabschnitts in seiner Deformationsrichtung derart ein gestellt ist, daß die sich ergebende Resonanzverstärkung des Trägerabschnitts auf ein Anlegen des Selbstdiagnose signals gleich oder größer als einfach ist.

Claims

1. Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikali schen Größe, die aufweist:
einen Federabschnitt (22), der auf ein Einwirken ei ner physikalischen Größe in einer bestimmten Richtung deformierbar ist, um dadurch eine Federfunktion auf zuweisen;
eine bewegliche Elektrode (24), die integral mit dem Federabschnitt (22) ausgebildet ist und zusammen mit dem Federabschnitt (22) in einer Deformationsrichtung des Federabschnitts (22) deformierbar ist;
eine feste Elektrode (32, 42), die der beweglichen Elektrode (24) gegenüberliegend angeordnet ist;
eine mit der beweglichen Elektrode (24) und der fe sten Elektrode (32, 42) verbundene Signalanlegeein richtung (220) zum selektiven Anlegen irgendwelcher periodisch veränderlichen Signale, die ein Erfas sungssignal zum Erfassen der physikalischen Größe und ein Selbstdiagnosesignal zur Verwendung bei einem Durchführen einer Selbstdiagnose beinhalten, zwischen der beweglichen Elektrode (24) und der festen Elek trode (32, 42); und
eine C/V-Wandlerschaltung (210) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung entsprechend einer Änderung eines kapazitiven Elements, das zwischen der beweglichen Elektrode (24) und der festen Elektrode (32, 42) de finiert ist, wobei
eine Kapazität des kapazitiven Elements während eines Anlegens des Erfassungssignals veränderlich ist, um dadurch ein Erfassen der physikalischen Größe zuzu lassen,
der Federabschnitt (22) auf ein Anlegen des Selbst diagnosesignals deformierbar ist, um ein Erzeugen ei ner quasi-physikalischen Größe an der beweglichen Elektrode (24) zuzulassen, und
ein Verhältnis einer Frequenz des Selbstdiagnosesig nals zu einer Resonanzfrequenz des Federabschnitts (22) in seiner Deformationsrichtung derart einge stellt ist, daß eine Resonanzverstärkung des Federab schnitts (22) auf ein Anlegen des Selbstdiagnosesig nals gleich oder größer als einfach ist.

2. Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikali schen Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Frequenz des Selbstdiagnose signals zu der Resonanzfrequenz des Federabschnitts (22) in seiner Deformationsrichtung derart einge stellt ist, daß eine Resonanzverstärkung auf ein An legen des Selbstdiagnosesignals 1,1-fach ist.

3. Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikali schen Größe, die aufweist:
einen Federabschnitt (22), der auf ein Einwirken ei ner physikalischen Größe in einer bestimmten Richtung deformierbar ist, um dadurch eine Federfunktion auf zuweisen;
eine bewegliche Elektrode (24), die integral mit dem Federabschnitt (22) ausgebildet ist und zusammen mit dem Federabschnitt (22) in einer Deformationsrichtung des Federabschnitts (22) deformierbar ist;
eine feste Elektrode (32, 42), die der beweglichen Elektrode (24) gegenüberliegend abgeordnet ist;
eine mit der beweglichen Elektrode (24) und der fe sten Elektrode (32, 42) verbundene Signalanlegeein richtung (220) zum selektiven Anlegen irgendwelcher periodisch veränderlichen Signale, die ein Erfas sungssignal zum Erfassen der physikalischen Größe und ein Selbstdiagnosesignal zur Verwendung bei einem Durchführen einer Selbstdiagnose beinhalten, zwischen der beweglichen Elektrode (24) und der festen Elek trode (32, 42); und
eine C/V-Wandlerschaltung (210) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung entsprechend einer Änderung eines kapazitiven Elements, das zwischen der beweglichen Elektrode (24) und der festen Elektrode (32, 42) de finiert ist, wobei
eine Kapazität des kapazitiven Elements während eines Anlegens des Erfassungssignals veränderlich ist, um dadurch ein Erfassen der physikalischen Größe zuzu lassen,
der Federabschnitt (22) auf ein Anlegen des Selbst diagnosesignals deformierbar ist, um ein Erzeugen ei ner quasi-physikalischen Größe an der beweglichen Elektrode (24) zuzulassen, und
das Selbstdiagnosesignal eine Frequenz aufweist, die gleich oder kleiner als ein bestimmter Wert ist, der 1,41-mal einer Resonanzfrequenz des Federabschnitts (22) in seiner Deformationsrichtung ist.

4. Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikali schen Größe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Selbstdiagnosesignals von 0,2- bis 1,4-mal der Resonanzfrequenz des Federabschnitts (22) in seiner Deformationsrichtung reicht.

5. Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikali schen Größe, die aufweist:
einen Federabschnitt (22), der auf ein Einwirken ei ner physikalischen Größe in einer bestimmten Richtung deformierbar ist, um dadurch eine Federfunktion auf zuweisen;
eine bewegliche Elektrode (24), die integral mit dem Federabschnitt (22) ausgebildet ist und zusammen mit dem Federabschnitt (22) in einer Deformationsrichtung des Federabschnitts (22) deformierbar ist;
eine feste Elektrode (32, 42), die der beweglichen Elektrode (24) gegenüberliegend angeordnet ist;
eine mit der beweglichen Elektrode (24) und der fe sten Elektrode (32, 42) verbundene Signalanlegeein richtung (220) zum selektiven Anlegen irgendwelcher periodisch veränderlichen Signale, die ein Erfas sungssignal zum Erfassen der physikalischen Größe und ein Selbstdiagnosesignal zur Verwendung bei einem Durchführen einer Selbstdiagnose beinhalten, zwischen der beweglichen Elektrode (24) und der festen Elek trode (32, 42); und
eine C/V-Wandlerschaltung (210) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung entsprechend einer Änderung eines kapazitiven Elements, das zwischen der beweglichen Elektrode (24) und der festen Elektrode (32, 42) de finiert ist, wobei
die Kapazität des kapazitiven Elements während eines Anlegens des Erfassungssignals veränderlich ist, um dadurch ein Erfassen der physikalischen Größe zuzu lassen,
der Federabschnitt (22) auf ein Anlegen des Selbst diagnosesignals deformierbar ist, um ein Erzeugen ei ner quasi-physikalischen Größe an der beweglichen Elektrode (24) zuzulassen, und
ein Verhältnis einer Frequenz des Selbstdiagnosesig nals zu einer Resonanzfrequenz des Federabschnitts (22) in seiner Deformationsrichtung derart einge stellt ist, daß bewirkt wird, daß der Federabschnitt (22) auf ein Anlegen des Selbstdiagnosesignals schwingt.

6. Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikali schen Größe, die aufweist:
einen Trägerabschnitt (22), der auf ein Anlegen einer physikalischen Größe in einer Richtung im wesentli chen in rechten Winkeln zu einer Längsrichtung des Trägerabschnitts (22) deformierbar ist;
eine bewegliche Elektrode (24), die integral mit dem Trägerabschnitt (22) in einer trägerartigen Form aus gebildet ist, die sich in der gleichen Richtung wie die Längsrichtung des Trägerabschnitts (22) ausdehnt und zusammen mit dem Trägerabschnitt (22) in einer Deformationsrichtung des Trägerabschnitts (22) defor mierbar ist;
eine feste Elektrode (32, 42), die der beweglichen Elektrode (24) gegenüberliegend ausgebildet ist;
eine mit der beweglichen Elektrode (24) und der fe sten Elektrode (32, 42) verbundene Signalanlegeein richtung (220) zum selektiven Anlegen irgendwelcher periodisch veränderlichen Signale, die ein Erfas sungssignal zum Erfassen der physikalischen Größe und ein Selbstdiagnosesignal zur Verwendung bei einem Durchführen einer Selbstdiagnose beinhalten, zwischen der beweglichen Elektrode (24) und der festen Elek trode (32, 42); und
eine C/V-Wandlerschaltung (210) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung entsprechend einer Änderung eines kapazitiven Elements, das zwischen der beweglichen Elektrode (24) und der festen Elektrode (32, 42) de finiert ist, wobei
die Kapazität des kapazitiven Elements während eines Anlegens des Erfassungssignals veränderlich ist, um dadurch ein Erfassen der physikalischen Größe zuzu lassen,
der Trägerabschnitt (22) auf ein Anlegen des Selbst diagnosesignals deformierbar ist, um ein Erzeugen ei ner quasi-physikalischen Größe an der beweglichen Elektrode (24) zuzulassen, und
eine Trägerbreite (W1) an der beweglichen Elektrode (24) in ihrer Deformationsrichtung im wesentlichen zu einer Trägerbreite (W2) an dem Trägerabschnitt in seiner Deformationsrichtung identisch ist, während eine Steifigkeit an der beweglichen Elektrode (24) in ihrer Deformationsrichtung größer als eine Steifig keit an dem Trägerabschnitt (22) in seiner Deforma tionsrichtung ist.

7. Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikali schen Größe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerbreite (W1) an der beweglichen Elek trode (24) in ihrer Deformationsrichtung von 0,8- bis 1,2-mal der Trägerbreite (W2) an dem Trägerabschnitt (22) in seiner Deformationsrichtung reicht.

8. Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer pysikali schen Größe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß:
die feste Elektrode (32, 42) im wesentlichen parallel zu der beweglichen Elektrode (24) länglich ist,
die bewegliche Elektrode (24) und die feste Elektrode (32, 42) an einer Seitenfläche des Trägerabschnitts (22) einander gegenüberliegen, und
die Trägerbreite der festen Elektrode (32, 42) in der Deformationsrichtung des Trägerabschnitts (22) im wesentlichen identisch zu der Trägerbreite (W1) an der beweglichen Elektrode (24) in ihrer Deformations richtung ist.