DE102009000475B4 - Verfahren zur Quadraturkompensation - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Quadraturkompensation einer mikromechanischen Struktur (1), wobei die mikromechanische Struktur (1) ein eine Haupterstreckungsebene (100) aufweisendes Substrat (2), eine mittels Federelementen am Substrat (2) befestigte seismische Masse (3) und mit dem Substrat verbundene erste und zweite Kompensationselektroden (40, 50) aufweist, wobei durch Anlegen einer ersten Quadraturspannung (U40) zwischen der ersten Kompensationselektrode (40) und der seismischen Masse (3) eine erste Kompensationskraft (41) auf die seismische Masse (3) erzeugt wird und wobei durch Anlegen einer zweiten Quadraturspannung (U50) zwischen der zweiten Kompensationselektrode (50) und der seismischen Masse (3) eine zweite Kompensationskraft (51) auf die seismische Masse (3) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Quadraturspannung (U50) in Abhängigkeit der ersten Quadraturspannung (U40) eingestellt wird, wobei die zweite Quadraturspannung (U50) derart eingestellt wird, dass die Summe aus dem Quadrat der ersten Quadraturspannung (U40) und dem Quadrat der zweiten Quadraturspannung (U50) im Wesentlichen stets konstant ist.

Description

• Stand der Technik
• Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Quadraturkompensation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Solche Verfahren sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift WO 03 / 058 167 A1 ein Drehratensensor mit einem Substrat und einem Coriolis-Element bekannt, wobei das Coriolis-Element zu Schwingungen parallel zu einer ersten Achse anregbar ist, wobei eine Auslenkung des Coriolis-Elements aufgrund einer Coriolis-Kraft in einer zur ersten Achse senkrechten zweiten Achse vorgesehen ist und wobei der Drehratensensor kraftvermittelnde Mittel zwischen dem Substrat und dem Coriolis-Element in Form von Kompensationsstrukturen aufweist, welche zur Kompensation der Quadratur vorgesehen sind. Das Coriolis-Element umfasst eine seismische Masse, welche eine Mehrzahl von Ausschnitten aufweist. Die Kompensationsstrukturen umfassen erste und zweite Elektroden, welche fest mit dem Substrat verbunden sind und senkrecht zur Oberfläche des Substrats jeweils in einen Ausschnitt des Rahmens hineinragen. Der Innenumfang des Ausschnitts ist asymmetrisch ausgebildet, so dass durch eine entsprechende Beschaltung der ersten oder der zweiten Elektroden eine erste oder zweite Kompensationskraft des Rahmens relativ zum Substrat in die eine Richtung parallel oder in die andere Richtung antiparallel zur Detektionsrichtung erzeugt wird, wobei die Kraft proportional zur Auslenkung der Antriebsschwingung zunimmt. Zur Erzeugung der jeweiligen Kompensationskraft wird daher jeweils nur eine der ersten und zweiten Elektroden beschaltet, während die andere der ersten und zweiten Elektroden nicht oder nur schwach beschaltet wird. Durch diese jeweiligen Kompensationskräfte kann eine durch die Antriebsbewegung bewirkte ungewollte Querkraft auf den Rahmen parallel zur Detektionsrichtung, im Folgenden als Quadraturkraft bezeichnet, kompensiert werden (Quadraturkompensation). Derartige Quadraturkräfte resultieren aus fertigungsbedingten Imperfektionen im Sensoraufbau und führen zu einer Modulation der Coriolis-Detektionssignale mit der Antriebsfrequenz und somit zu ungewünschten Offsetsignalen im Detektionszweig. Nachteiligerweise ändert sich die Quadratur durch äußere Einflüsse (beispielsweise durch Temperaturänderungen oder Substratverbiegungen durch Packagestress), so dass die erste und zweite Quadraturspannung zur Beschaltung der ersten und zweiten Elektroden durch eine Schaltung entsprechend erhöht oder erniedrigt werden muss. Dies führt jedoch auch zu einer Änderung der effektiven Federsteifigkeit der Detektionsstruktur, welche zum einen von der mechanischen Steifigkeit der Detektionsfedern, zum anderen aber auch von der elektrischen Beschaltung sämtlicher Elektroden im Detektionskreis, also insbesondere auch von den Quadraturspannungen abhängt, wodurch sich wiederum die Resonanzfrequenz der Detektionsmode verschiebt. Dies wird im Folgenden als Mitkopplung bezeichnet. Zum vollresonanten Betrieb des Drehratensensors, d.h. dass die Detektionsfrequenz gleich der Antriebsfrequenz ist, müssen daher die Detektionsspannungen entsprechend angepasst werden. Dies führt insbesondere bei vergleichsweise großen Mitkopplungseffekten im Zusammenspiel mit Fertigungstoleranzen dazu, dass nicht zu jedem Zeitpunkt ein vollresonanter Betrieb des Drehratensensors gewährleistet werden kann und somit die Detektionsempfindlichkeit bzw. das Signal-RauschVerhältnis des Drehratensensors beeinträchtigt werden.
• Weitere gattungsgemäße Verfahren zur Quadraturkompensation sind aus den Druckschriften US 6 230 563 B1 , DE 697 35 759 T2 , JP 2008 - 122 371 A und DE 10 2004 061 804 A1 bekannt.
• Offenbarung der Erfindung
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Quadraturkompensation gemäß dem Anspruch 1 hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine Änderung der Mitkopplung bei einer Änderung der entsprechenden Quadraturspannungen stark unterdrückt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die zweite Quadraturspannung in Abhängigkeit der ersten Quadraturspannung eingestellt bzw. verändert wird, d.h. es werden sowohl die erste als auch die zweite Quadraturspannung beschaltet, auch wenn nur eine Kompensationskraft auf die seismische Masse in eine Richtung erzeugt werden soll. Die erste und die zweite Quadraturspannung werden dabei in gegenseitiger Abhängigkeit eingestellt. Vorteilhafterweise wird durch die Wahl eines geeigneten Verhältnisses zwischen der ersten und der zweiten Quadraturspannung eine gewünschte Kompensationskraft erzeugt und gleichzeitig die Einflüsse der ersten und zweiten Quadraturspannungsänderungen auf die Federkonstante der Federelemente derart kompensiert, dass die Federkonstante im Wesentlichen konstant bleibt. Dies wird dadurch erreicht, dass eine erste Änderung des Mitkopplungseffekts durch eine erste Veränderung der ersten Quadraturspannung von einer zweiten entgegengesetzten Änderung des Mitkopplungseffekts durch eine entsprechende zweite Veränderung der zweiten Quadraturspannung ausgeglichen wird, so dass die Gesamtbilanz des Mitkopplungseffekts im Wesentlichen gleich bleibt. Dies hat zur Folge, dass keine vergleichsweise aufwändige Nachführung der übrigen Spannungspegel im Detektionskreis notwendig ist und somit in einfacher Weise ein vollresonanter Betrieb der mikromechanischen Struktur gewährleistet ist. Insbesondere ist somit auch der Betrieb von mikromechanischen Strukturen mit völlig unterschiedlichen Verhältnissen der Mitkoppelfähigkeiten der Kompensationselektroden zur gesamten Mitkoppelfähigkeit der sonstigen im Detektionskreis wirksamen Elektroden mit ein und derselben Auswerteschaltung sicher im vollresonanten Zustand möglich.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zweite Quadraturspannung derart eingestellt wird, dass die Summe aus dem Quadrat der ersten Quadraturspannung und dem Quadrat der zweiten Quadraturspannung im Wesentlichen stets konstant ist. Besonders vorteilhaft wird somit die Änderung des Mitkopplungseffekts unabhängig von der jeweiligen einzelnen ersten oder zweiten Quadraturspannung minimiert, da der Mitkopplungseffekt im Wesentlichen allein von der Summe aus dem Quadrat der ersten Quadraturspannung und dem Quadrat der zweiten Quadraturspannung abhängt. Gleichzeitig ist eine Quadraturkompensation durch entsprechendes Einstellen der ersten und der zweiten Quadraturspannungen möglich, da die Quadraturkompensation im Gegensatz zum Mitkopplungseffekt im Wesentlichen von der Differenz aus dem Quadrat der ersten Quadraturspannung und dem Quadrat der zweiten Quadraturspannung abhängt.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
• Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Quadraturspannung taktweise oder kontinuierlich in Abhängigkeit der ersten Quadraturspannung eingestellt wird, so dass in vorteilhafter Weise nahezu permanent eine Quadraturkompensation der mikromechanischen Struktur durch entsprechendes Verändern oder Beschalten der ersten und zweiten Kompensationselektroden durchgeführt wird.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Quadraturspannung als Funktion der ersten Quadraturspannung berechnet wird, wobei die Funktion zumindest zwischen einer Minimalspannung der ersten Quadraturspannung und einer Maximalspannung der ersten Quadraturspannung monoton fallend ist. Besonders vorteilhaft ist somit die zweite Quadraturspannung gegenläufig zur ersten Quadraturspannung, so dass bei einer Erhöhung der einen Quadraturspannung (Erhöhung des Mitkopplungseffekts der ersten Quadraturspannung) die andere Quadraturspannung automatisch reduziert wird (Reduzierung des Mittkopplungseffekts der zweiten Quadraturspannung) und somit die Summe aus den Quadraten beider Quadraturspannungen zur Minimierung der Änderung des Mitkopplungseffekts im Wesentlichen konstant bleibt.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Quadraturspannung in Abhängigkeit einer Wurzelfunktion der ersten Quadraturspannung eingestellt wird, so dass sich in vorteilhafter Weise eine vergleichsweise einfach zu realisierende analytische Zuordnungsvorschrift zur Einstellung der ersten und zweiten Quadraturspannungen ergibt, wobei gleichzeitig die oben genannte mathematische Bedingung, dass die Summe aus dem Quadrat der ersten Quadraturspannung und dem Quadrat der zweiten Quadraturspannung im Wesentlichen stets konstant sein soll, zumindest näherungsweise automatisch erfüllt ist und somit die Änderung der Mitkopplungseffekte minimiert werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, die Werte der Wurzelfunktion in Form einer „Mappingtabelle“ zu hinterlegen, aus welcher sich die Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Quadraturspannung ergeben. Besonders vorteilhaft sind bei der Implementierung der mikromechanischen Struktur auf einem ASIC somit keine analytischen Wurzelberechnungen auf dem ASIC notwendig. Die Abstufung der Werte muss dabei entsprechend klein gewählt werden.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Argument der Wurzelfunktion wenigstens als Differenz zwischen dem Quadrat einer ersten Konstante und dem Quadrat der ersten Quadraturspannung berechnet wird, wobei die erste Konstante insbesondere die Maximalspannung umfasst. Besonders vorteilhaft wird somit die Zuordnungsvorschrift auf die maximal einstellbare Spannung an der ersten Kompensationselektrode normiert. Als Minimalspannung wird in diesem Fall insbesondere 0 Volt angenommen.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Argument der Wurzelfunktion aus der Summe des Quadrats eines ersten Summanden, des Quadrats eines zweiten Summanden und des Quadrats eines dritten Summanden berechnet wird, wobei der erste Summand die Differenz aus der Maximalspannung und einer Offsetspannung, der zweite Summand die Differenz aus der Minimalspannung und der Offsetspannung und der dritte Summand die Differenz aus der ersten Quadraturspannung und der Offsetspannung umfasst, wobei die Wurzelfunktion insbesondere mit der Offsetspannung addiert wird. Es ergibt sich somit die folgende Zuordnungsvorschrift: $${\text{U}}_{\text{50}}\left({\text{U}}_{\text{40}}\right)={\text{U}}_{\text{off}}+\sqrt{{\left({\text{U}}_{\text{40}\text{,max}}-{\text{U}}_{\text{off}}\right)}^2+{\left({\text{U}}_{\text{40}\text{,min}}-{\text{U}}_{\text{off}}\right)}^2-{\left({\text{U}}_{\text{40}}-{\text{U}}_{\text{off}}\right)}^2}$$

  
• Besonders vorteilhaft lassen sich somit Abweichungen zwischen dem funktionalen Zusammenhang der ersten und der zweiten Quadraturspannung zur Minimierung der Änderung des Mitkopplungseffekts durch eine entsprechende Justierung der Offsetspannung auf eine vergleichsweise einfache Weise korrigieren. Insbesondere Abweichungen, welche durch ein vergleichsweise komplexes Taktschema der Auswerteschaltung erzeugt werden, sind somit korrigierbar. Für Quadraturelektroden mit vergleichsweise kleinen Quadraturwerten ist alternativ vorgesehen, die Maximalspannung durch einen kleineren Spannungswert zu ersetzen, so dass die gesamte Mitkopplung reduziert wird. Alternativ lässt sich, falls eine Erhöhung der gesamten Mitkopplungseffekte der Quadraturelektroden wünschenswert ist, die Minimalspannung durch einen größeren Spannungswert ersetzen. Die Spannungswerte sind in diesen beiden Fällen beispielsweise individuell für die jeweiligen Quadraturelektroden durch Abgleich der mikromechanischen Struktur zu bestimmen.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass durch die erste Kompensationskraft eine erste Kompensationsbewegung der seismischen Masse entlang einer Kompensationsrichtung erzeugt wird und dass durch die zweite Kompensationskraft eine zweite Kompensationsbewegung der seismischen Masse in eine zur Kompensationsrichtung im Wesentlichen antiparallele Richtung erzeugt wird, wobei die Kompensationsrichtung vorzugsweise senkrecht und/oder parallel zur Haupterstreckungsebene ausgerichtet ist. Besonders vorteilhaft wird somit eine Quadraturkompensation, d.h. eine zumindest näherungsweise Isolierung der Antriebsschwingung von der Detektionsschwingung ermöglicht, so dass ein unmittelbares Übersprechen der Antriebsbewegung auf das Coriolis-Detektionssignal unterdrückt wird. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren somit insbesondere sowohl auf mikromechanische Strukturen mit einer zur Haupterstreckungsebene senkrechten Detektionsrichtung, als auch auf mikromechanische Strukturen mit einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Detektionsrichtung anwendbar.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verfahren zum Abgleich eines mikromechanischen Drehratensensor verwendet wird. Besonders bei Drehratensensoren besteht die Gefahr, dass die Quadraturkompensation zur Reduktion von Störsignalen zu einer Frequenzverschiebung aufgrund einer Änderung der Mitkopplungseffekte führt, so dass der Drehratensensor aus dem vollresonanten Bereich herausgeführt wird. Deshalb ist insbesondere bei Drehratensensoren ein Verfahren zur Quadraturkompensation, welches gleichzeitig die Mittkopplungseffekte konstant hält, besonders vorteilhaft.
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
• Figurenliste
• Es zeigen
• 1a bis 1c schematische Aufsichten einer mikromechanischen Struktur gemäß dem Stand der Technik und
• 2a und 2b einen schematischen Verlauf der Quadraturkompensation und der Mitkopplung bei einer mikromechanischen Struktur gemäß dem Stand der Technik,
• 3 einen schematischen Verlauf der zweiten Quadraturspannung bei einer mikromechanischen Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
• 4 einen schematischen Verlauf der Quadratur bei einer mikromechanischen Struktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
• 5 einen schematischen Verlauf der Mitkopplung bei einer mikromechanischen Struktur gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
• 6 schematische Verläufe zweiter Quadraturspannungen bei einer mikromechanischen Struktur gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Ausführungsformen der Erfindung
• In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
• In den 1a bis 1c sind schematische Aufsichten einer mikromechanischen Struktur 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei die mikromechanische Struktur 1 ein Substrat 2 mit einer Haupterstreckungsebene 100 und eine seismische Masse 3 aufweist. In den 1a, 1b und 1c sind insbesondere nur Ausschnitte der seismischen Masse 3 dargestellt, welche zur Quadraturkompensation dienen. Die seismische Masse 3 ist mittels nicht abgebildeter Federelemente am Substrat 2 elastisch befestigt. Die seismische Masse 3 umfasst insbesondere einen Antriebsrahmen eines Drehratensensors, wobei die seismische Masse 3 zu einer Antriebsschwingung parallel zur Haupterstreckungsebene 100 mittels nicht abgebildeter Kammantriebe angeregt wird. Die Antriebsschwingung umfasst eine Antriebsfrequenz. Ferner ist in diesem Fall an der seismischen Masse 3 ein nicht abgebildetes Corioliselement über weitere Federelemente befestigt, welches bei einer Drehrate senkrecht oder parallel zur Haupterstreckungsebene 100 eine periodische Coriolisbeschleunigung senkrecht zur Antriebsschwingung und senkrecht zur Drehrate erfährt. Die periodische Coriolisbeschleunigung umfasst die Detektionsschwingung mit einer entsprechenden Detektionsfrequenz. Zur Maximierung des Signal-Rausch-Verhältnisses wird der Drehratensensor vollresonant betrieben, d.h. dass die Frequenz der Antriebsmode und der Detektionsmode in Übereinstimmung gebracht werden. Da beim Antrieb der Antriebsschwingung die seismische Masse 3 aufgrund von fertigungsbedingten Imperfektionen auch Schwingungskomponenten senkrecht zur Antriebsrichtung erfährt, muss der Drehratensensor zur Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses quadraturkompensiert werden. Dies erfolgt durch eine geeignete Beschaltung von ersten und zweiten Kompensationselektroden 40, 50 mit ersten und zweiten Quadraturspannungen U₄₀, U₅₀. Die erste und die zweite Kompensationselektrode 40, 50 sind dazu fest mit dem Substrat 2 verbunden und ragen senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 jeweils in einen ersten und einen zweiten Ausschnitt 4, 4' der seismischen Masse 3 hinein. Der erste und zweite Ausschnitt 4, 4' weist eine im Wesentlichen rechteckige Innenkontur auf, wobei auf einer Seite des ersten und zweiten Ausschnitts 4, 4' eine Stufe angeordnet ist. Die ersten und zweiten Ausschnitte 4, 4' sind zueinander spiegelsymmetrisch angeordnet, wobei die ersten Kompensationselektroden 40 in den ersten Ausschnitten 4 angeordnet sind und wobei die zweiten Kompensationselektroden 50 in den zweiten Ausschnitten 5 angeordnet sind. In der 1a ist die seismische Masse 3 in einer Ruhelage ohne Antriebsspannung dargestellt. In 1b wird die seismische Masse 3 durch die Antriebsspannung entlang der ersten Richtung X bewegt. Eine erste Quadraturspannung U₄₀ zwischen der ersten Kompensationselektrode 40 und der seismischen Masse 3 würde aufgrund der Kante im ersten Ausschnitt 4 nun eine erste Kompensationskraft 41 entlang der zweiten Richtung Y bewirken. Andererseits würde eine zweite Quadraturspannung U₅₀ zwischen der zweiten Kompensationselektrode 50 aufgrund der entgegengesetzten Kante im zweiten Ausschnitt 4' eine zweite Kompensationskraft 51 entlang der zweiten Richtung Y und der ersten Kompensationskraft 41 entgegengesetzt bewirken. Analog ist in 1c die seismische Masse 3 in entgegengesetzter Richtung entlang der ersten Richtung X ausgelenkt, so dass entsprechend die Vorzeichen der ersten und der zweiten Kompensationskräfte 41, 51 invertiert werden. Gemäß dem Stand der Technik wird in dieser Weise entweder die erste oder die zweite Kompensationselektrode 40, 50 zur Quadraturkompensation beschaltet.
• Die Ausbildung der mikromechanische Struktur 1 gemäß dem Stand der Technik hat lediglich einen beispielhaften Charakter und schränkt die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Quadraturkompensation keinesfalls auf derartige mikromechanische Strukturen 1 ein. Vielmehr ist eine Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch auf mikromechanische Strukturen 1 vorgesehen, welche eine zur Haupterstreckungsebene 100 senkrechte Detektionsrichtung aufweisen, wobei die ersten und die zweiten Kompensationselektroden 40, 50 in diesem Fall vorzugsweise senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 zwischen dem Substrat 2 und der seismischen Masse 3 angeordnet sind, so dass die ersten und zweiten Kompensationskräfte 41, 51 ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 auf die seismische Masse 3 wirken.
• In den 2a und 2b sind ein schematischer Verlauf der Quadraturkompensation und ein schematischer Verlauf der Mitkopplung jeweils in Abhängigkeit der ersten Quadraturspannung U₄₀ dargestellt. In 2a ist auf der Abszisse 200 die erste Quadraturspannung U₄₀ und auf der Ordinate 201 die kompensierte Quadratur in „Full Scale“-Einheiten dargestellt. Die erste Kurve 203 zeigt die zweite Quadratur durch die zweite Quadraturspannung U₅₀, welche gemäß dem Stand der Technik als konstant angenommen wird, an. Die zweite Kurve 204 zeigt die ansteigende erste Quadratur durch die erste Quadraturspannung U₄₀ an. Die Gesamtquadraturkompensation wird durch die dritte Kurve 205 illustriert. Es ist zu erkennen, dass die zweite Quadraturspannung U₅₀ keinen nennenswerten Beitrag zur Gesamtquadraturkompensation beiträgt. Analog ist in 2b auf der Abszisse 206 die erste Quadraturspannung U₄₀ und auf der Ordinate 207 die Mitkopplung in Einheiten der Frequenz dargestellt. Die vierte Kurve 208 zeigt die zweite Mitkopplung durch die zweite Quadraturspannung U₅₀, welche gemäß dem Stand der Technik als konstant angenommen wird. Die fünfte Kurve 209 zeigt die ansteigende erste Mitkopplung durch die erste Quadraturspannung U₄₀, während die Gesamtmitkopplung durch die sechste Kurve 210 illustriert wird. Es ist zu erkennen, dass die Gesamtmitkopplung allein durch die die erste Quadraturspannung U₄₀ bestimmt wird.
• In 3 ist ein schematischer Verlauf der zweiten Quadraturspannung U₅₀ bei einer mikromechanischen Struktur 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der schematische Verlauf der zweiten Quadraturspannung U₅₀ als Wurzelfunktion der ersten Quadraturspannung U₄₀ gezeigt wird. Auf der Abszisse 300 ist die erste Quadraturspannung U₄₀ und auf der Ordinate 301 die zweite Quadraturspannung U₅₀ aufgetragen. Es ist zu sehen, dass die zweite Quadraturspannung U₅₀ mit steigender erster Quadraturspannung U₄₀ streng monoton fällt. Als Vergleich ist als siebte Kurve 302 die zweite Quadraturspannung gemäß dem Stand der Technik dargestellt, welche konstant und unabhängig von der ersten Quadraturspannung ist.
• In 4 ist ein schematischer Verlauf der Quadratur bei einer mikromechanischen Struktur 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei auf der Abszisse 400 die erste Quadraturspannung U₄₀ und auf der Ordinate 401 die Quadraturkompensation in „Full Scale“-Einheiten aufgetragen ist. Die zweite Quadraturspannung U₅₀ hat in diesem Fall die folgende funktionale Abhängigkeit von der ersten Quadraturspannung U₄₀: $${\text{U}}_{\text{50}}\left({\text{U}}_{\text{40}}\right)={\text{U}}_{\text{off}}+\sqrt{{\left({\text{U}}_{\text{40}\text{,max}}-{\text{U}}_{\text{off}}\right)}^2+{\left({\text{U}}_{\text{40}\text{,min}}-{\text{U}}_{\text{off}}\right)}^2-{\left({\text{U}}_{40}-{\text{U}}_{\text{off}}\right)}^2}$$

  
• Eine achte Kurve 402 zeigt dabei eine erste Quadraturkompensation durch die erste Quadraturspannung U₄₀ und eine neunte Kurve 403 eine zweite Quadraturkompensation durch die zweite Quadraturspannung U₅₀. Die Summe der Quadraturkompensationen wird als Gesamtquadraturkompensation durch die zehnte Kurve 404 illustriert. Es ist zu erkennen, dass die Gesamtquadraturkompensation nun sowohl von der ersten, als auch von der zweiten Quadraturspannung U₄₀, U₅₀ erzeugt wird.
• In 5 ist ein schematischer Verlauf der Mitkopplung bei einer mikromechanischen Struktur 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei auf der Abszisse 500 die erste Quadraturspannung U₄₀ und auf der Ordinate 501 die Mitkopplung in Frequenzeinheiten aufgetragen ist. Die elfte Kurve 502 zeigt die zweite Mitkopplung durch die zweite Quadraturspannung U₅₀, welche mit zunehmender erster Quadraturspannung U₄₀ kleiner wird. Die zwölfte Kurve 503 illustriert die erste Mitkopplung durch die erste Quadraturspannung U₄₀. Die erste Mitkopplung wird mit steigender erster Quadraturspannung U₄₀ größer, so dass das Absinken der zweiten Mitkopplung durch das Ansteigen der ersten Mitkopplung gerade kompensiert wird. Die Gesamtmitkopplung, welche durch die dreizehnte Kurve 504 illustriert wird, ist daher konstant.
• In 6 sind schematische Verläufe zweiter Quadraturspannungen U₅₀ bei einer mikromechanischen Struktur gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Auf der Abszisse 600 ist dabei die erste Quadraturspannung U₄₀ und auf der Ordinate 601 die zweite Quadraturspannung U₅₀ aufgetragen. Die 6 zeigt eine Kurvenschar 602 von zweiten Quadraturspannungen U₅₀ jeweils in Abhängigkeit der ersten Quadraturspannung U₄₀ und in Abhängigkeit unterschiedlicher Maximalspannungen U_40,max, welche beim Abgleich der mikromechanischen Struktur 1 individuell wählbar sind.

Claims (8)

1. Verfahren zur Quadraturkompensation einer mikromechanischen Struktur (1), wobei die mikromechanische Struktur (1) ein eine Haupterstreckungsebene (100) aufweisendes Substrat (2), eine mittels Federelementen am Substrat (2) befestigte seismische Masse (3) und mit dem Substrat verbundene erste und zweite Kompensationselektroden (40, 50) aufweist, wobei durch Anlegen einer ersten Quadraturspannung (U₄₀) zwischen der ersten Kompensationselektrode (40) und der seismischen Masse (3) eine erste Kompensationskraft (41) auf die seismische Masse (3) erzeugt wird und wobei durch Anlegen einer zweiten Quadraturspannung (U₅₀) zwischen der zweiten Kompensationselektrode (50) und der seismischen Masse (3) eine zweite Kompensationskraft (51) auf die seismische Masse (3) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Quadraturspannung (U₅₀) in Abhängigkeit der ersten Quadraturspannung (U₄₀) eingestellt wird, wobei die zweite Quadraturspannung (U₅₀) derart eingestellt wird, dass die Summe aus dem Quadrat der ersten Quadraturspannung (U₄₀) und dem Quadrat der zweiten Quadraturspannung (U₅₀) im Wesentlichen stets konstant ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Quadraturspannung (U₅₀) taktweise oder kontinuierlich in Abhängigkeit der ersten Quadraturspannung (U₄₀) eingestellt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Quadraturspannung (U₅₀) als Funktion der ersten Quadraturspannung (U₄₀) berechnet wird, wobei die Funktion zumindest zwischen einer Minimalspannung (U_40,min) der ersten Quadraturspannung (U₄₀) und einer Maximalspannung (U_40,max) der ersten Quadraturspannung (U₄₀) monoton fallend ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Quadraturspannung (U₅₀) in Abhängigkeit einer Wurzelfunktion der ersten Quadraturspannung (U₄₀) eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Argument der Wurzelfunktion wenigstens als Differenz zwischen dem Quadrat einer ersten Konstanten und dem Quadrat der ersten Quadraturspannung (U₄₀) berechnet wird, wobei die erste Konstante insbesondere die Maximalspannung (U_40,max) umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Argument der Wurzelfunktion aus der Summe des Quadrats eines ersten Summanden, des Quadrats eines zweiten Summanden und des Quadrats eines dritten Summanden berechnet wird, wobei der erste Summand die Differenz aus der Maximalspannung (U_40,max) und einer Offsetspannung (U_off), der zweite Summand die Differenz aus der Minimalspannung (U_40,min) und der Offsetspannung (U_off) und der dritte Summand die Differenz aus der ersten Quadraturspannung (U₄₀) und der Offsetspannung (U_off) umfasst, wobei die Wurzelfunktion insbesondere mit der Offsetspannung (U_off) addiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erste Kompensationskraft (41) eine erste Kompensationsbewegung der seismischen Masse (3) entlang einer Kompensationsrichtung erzeugt wird und dass durch die zweite Kompensationskraft (51) eine zweite Kompensationsbewegung der seismischen Masse (3) in eine zur Kompensationsrichtung im Wesentlichen antiparallele Richtung erzeugt wird, wobei die Kompensationsrichtung vorzugsweise senkrecht und/oder parallel zur Haupterstreckungsebene (100) ausgerichtet ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Abgleich eines mikromechanischen Drehratensensors verwendet wird.

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