DE102014103102A1

DE102014103102A1 - Eine Einrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines Sensorsignales, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst

Info

Publication number: DE102014103102A1
Application number: DE102014103102.4A
Authority: DE
Inventors: Dieter Draxelmayr; Dietmar Sträussnigg; Andreas Wiesbauer; Christoph Bernhard Wurzinger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-09-18
Also published as: KR20140113485A; KR102021650B1; CN104133115B; KR20160051711A; US20140266260A1; CN104133115A; US10309997B2

Abstract

Eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität aufweist, weist eine Sensoreinheit und eine Kompensationseinheit auf. Die Sensoreinheit ist ausgestaltet, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Des Weiteren ist die Kompensationseinheit ausgestaltet, um das Sensorsignal zu beeinflussen oder um ein Kompensationssignal zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit oder des Kompensationssignals umfasst.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Ausführungsformen betreffen Technologien für einstellbare Kondensatoren und insbesondere eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über ein Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst, und ein Verfahren zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst.
HINTERGRUND
Kondensatoren mit einstellbarer Kapazität werden in einem großen Bereich von Anwendungen verwendet. Zum Beispiel in Messwandlern von Kondensatormikrofonen, die auch als Kondensatormikrofone oder als elektrostatische Mikrofone bezeichnet werden, oder in anderen elektromechanischen Druckmessvorrichtungen kann eine Membran oder ein Diaphragma als eine Platte eines einstellbaren Kondensators funktionieren. Druckveränderungen führen zu Veränderungen in dem Abstand zwischen den Platten des Kondensators, wodurch eine Einstellung der Kapazität verursacht wird.
Unabhängig von der speziellen Anwendung des einstellbaren Kondensators wird gewünscht, eine Veränderung der Kapazität des einstellbaren Kondensators mit großer Genauigkeit zu detektieren.
KURZDARSTELLUNG
Es besteht ein Bedarf daran, ein Konzept für ein verbessertes Konzept einer Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über ein Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst, und ein Verfahren zum Erzeugen eines Sensorsignals zur Verfügung zu stellen, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst.
Solch einem Bedarf kann möglicherweise mit dem Gegenstand der Ansprüche entsprochen werden.
Eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität gemäß einer Ausführungsform umfasst, umfasst eine Sensoreinheit und eine Kompensationseinheit. Die Sensoreinheit ist ausgestaltet, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Des Weiteren ist die Kompensationseinheit ausgestaltet, um das Sensorsignal zu beeinflussen oder um ein Kompensationssignal zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit oder des Kompensationssignals umfasst.
Aufgrund der Kompensationseinheit können nicht-lineare Signalanteile innerhalb des Sensorsignals deutlich reduziert werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit beim Bestimmen von Informationen einer Einstellung der Kapazität oder eines Effekts, der eine Einstellung der Kapazität verursacht, verbessert werden.
Einige Ausführungsformen betreffen eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst. Die Einrichtung umfasst einen einstellbaren Kondensator, eine Vorspannungseinheit, eine Sensoreinheit und eine Kompensationseinheit. Der einstellbare Kondensator umfasst eine einstellbare Kapazität und die Vorspannungseinheit ist ausgestaltet, um den einstellbaren Kondensator mit einer zuvor definierten Vorspannung vorzuspannen. Des Weiteren ist die Sensoreinheit ausgestaltet, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Des Weiteren umfasst die Sensoreinheit einen invertierenden Verstärker mit einer kapazitiven Rückkopplungsverbindung zu einem invertierenden Eingang des Verstärkers, und der einstellbare Kondensator ist ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden. Der Verstärker ist ausgestaltet, um ein analoges Sensorsignal an einem Ausgang des Verstärkers zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren umfasst die Sensoreinheit einen Analog-Digital-Wandler, der mit dem Verstärker verbunden ist und ausgestaltet ist, um das Sensorsignal auf der Basis einer Analog-Digital-Umwandlung des analogen Sensorsignals zu erzeugen. Die Kompensationseinheit ist ausgestaltet, um das Sensorsignal zu beeinflussen oder um ein Kompensationssignal zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit oder des Kompensationssignals umfasst. Des Weiteren ist die Kompensationseinheit ausgestaltet, um ein kompensiertes Sensorsignal durch Kombinieren des Sensorsignals, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird, mit einem Kompensationssignal zu erhalten, so dass das kompensierte Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als das Sensorsignal umfasst, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird, oder die Kompensationseinheit ist ausgestaltet, um eine kompensiertes Sensorsignal auf der Basis des Sensorsignals zu berechnen, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird, oder sie ist ausgestaltet, um ein kompensiertes Sensorsignal durch Auswählen entsprechender Daten aus einer Nachschlagetabelle auf der Basis des Sensorsignals zu bestimmen, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird.
Einige Ausführungsformen betreffen eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst. Die Einrichtung umfasst einen einstellbaren Kondensator, eine Vorspannungseinheit, eine Sensoreinheit und eine Kompensationseinheit. Der einstellbare Kondensator umfasst eine einstellbare Kapazität. Des Weiteren umfasst der einstellbare Kondensator mit der einstellbaren Kapazität eine Membran zwischen zwei Rückplatten. Die Vorspannungseinheit ist ausgestaltet, um die Membran des einstellbaren Kondensators durch eine zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen. Die Sensoreinheit ist ausgestaltet, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Des Weiteren umfasst die Sensoreinheit einen invertierenden Verstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung, die mit einem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden ist. Eine erste Rückplatte des einstellbaren Kondensators ist ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden, und der Verstärker ist ausgestaltet, um das Sensorsignal an einem Ausgang des Verstärkers zur Verfügung zu stellen. Die Kompensationseinheit ist ausgestaltet, um ein Kompensationssignal zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung des Kompensationssignals umfasst. Des Weiteren umfasst die Kompensationseinheit einen invertierenden Verstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung, die mit einem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden ist. Eine zweite Rückplatte des einstellbaren Kondensators ist ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden, und der Verstärker ist ausgestaltet, um das Kompensationssignal an einem Ausgang des Verstärkers zur Verfügung zu stellen.
Einige Ausführungsformen betreffen eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst. Die Einrichtung umfasst einen einstellbaren Kondensator, eine Sensoreinheit und eine Kompensationseinheit. Der einstellbare Kondensator umfasst eine einstellbare Kapazität. Des Weiteren umfasst der einstellbare Kondensator mit der einstellbaren Kapazität eine Membran zwischen zwei Rückplatten. Die Sensoreinheit ist ausgestaltet, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Des Weiteren umfasst die Sensoreinheit einen invertierenden Verstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung, die mit einem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden ist. Die Membran des einstellbaren Kondensators ist auch mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden, und der Verstärker ist ausgestaltet, um das Sensorsignal an einem Ausgang des Verstärkers zur Verfügung zu stellen. Die Kompensationseinheit ist ausgestaltet, um das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit umfasst. Des Weiteren umfasst die Kompensationseinheit eine Vorspannungseinheit, die ausgestaltet ist, um eine erste Rückplatte durch eine erste zuvor definierte Vorspannung und eine zweite Rückplatte durch eine zweite zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen. Die Sensoreinheit ist ausgestaltet, um die Membran mit einer dritten zuvor definierten Vorspannung vorzuspannen und um das Sensorsignal zu erzeugen, das einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch Bewegung der Membran des einstellbaren Kondensators.
Einige Ausführungsformen betreffen ein Silizium-Mikrofon mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität gemäß dem beschrieben Konzept umfasst.
Weitere Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Sensorsignals, das einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, der durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Beeinflussen des Sensorsignals durch eine Kompensationseinheit dergestalt, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit umfasst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Einige Ausführungsformen von Einrichtungen und/oder Verfahren werden im Folgenden nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen
1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zeigt;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zeigt;
3 ein Diagramm zeigt, das eine Kapazität anzeigt, die von einer Membranverlagerung abhängt;
4 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zeigt;
5 ein Diagramm zeigt, wobei Ausgangssignale ohne Kompensation und mit Kompensation zweiter oder dritter Ordnung verglichen werden;
6 ein Diagramm zeigt, das eine Beeinflussung eines Offset-Fehlers (1 % der Vorspannung) für die Kompensation anzeigt;
7 ein Diagramm zeigt, das eine Beeinflussung eines Verstärkungsfehlers von 1 % für die Kompensation anzeigt;
8 ein Diagramm zeigt, das eine Beeinflussung eines Verstärkungsfehlers von 5 % für die Kompensation anzeigt;
9 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zeigt;
10 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zeigt;
11 ein Diagramm zeigt, das eine Linearität des Schalldrucks einer vorgeschlagenen Einrichtung anzeigt; und
12 ein Ablaufschaubild eines Verfahrens zum Erzeugen eines Sensorsignals zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Verschiedene beispielhafte Ausführungsformen werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen einige beispielhafte Ausführungsformen dargestellt werden. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Während sich beispielhafte Ausführungsformen für verschiedene Modifikationen und alternative Ausbildungen eignen, werden dementsprechend die Ausführungsformen davon in den Figuren beispielhaft gezeigt und werden hier ausführlich beschrieben. Es sollte allerdings zu verstehen sein, dass keine Absicht besteht, beispielhafte Ausführungsformen auf die besonderen offenbarten Ausbildungen zu beschränken, sondern dass beispielhafte Ausführungsformen im Gegenteil vorgesehen sind, um alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abzudecken, die in den Schutzumfang der Offenbarung fallen. Überall in der Beschreibung der Figuren betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
Es ist zu verstehen, dass, wenn sich auf ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezogen wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt werden kann oder, dass Zwischenelemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu, wenn sich auf ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezogen wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Andere Ausdrücke, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschrieben, sollten in gleicher Weise (z. B. „zwischen“ versus „direkt zwischen“, „neben“ versus „direkt neben“ usw.) interpretiert werden.
Die hier verwendete Terminologie ist nur für den Zweck vorgesehen, besondere Ausführungsformen zu beschreiben, und es ist nicht beabsichtigt, beispielhafte Ausführungsformen einzuschränken. Wie hier verwendet, sind die Singularformen „ein“, „eine“, „einer“ und „der, die, das“ vorgesehen, auch die Pluralformen mit einzuschließen, es sei denn im Zusammenhang wird deutlich etwas anderes angegeben. Es ist des Weiteren zu verstehen, dass, wenn die Ausdrücke „umfassen“, „umfassend“, „aufweisen“ und/oder „aufweisend“ hier verwendet werden, sie das Vorhandensein von erklärten Eigenschaften, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einer oder mehreren Eigenschaften, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Es sei denn, es ist anders definiert, haben alle hier verwendeten Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Ausdrücke) dieselbe Bedeutung, wie sie herkömmlicherweise von einem normalen Fachmann auf dem Gebiet verstanden wird, zu dem diese beispielhaften Ausführungsformen gehören. Es ist des Weiteren zu verstehen, dass Ausdrücke, z. B. diejenigen, die in herkömmlich verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so interpretiert werden sollen, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Zusammenhang mit der betreffenden Technik übereinstimmt, und sie werden nicht idealisierend oder in einem übermäßig formalen Sinn interpretiert, es sei denn, es ist hier ausdrücklich so definiert.
Ein Sensorsignal, das Informationen über eine Kapazität eines Kondensators mit einstellbarer Kapazität umfasst, kann auf unterschiedlichen Prinzipien basierend erzeugt werden. Zum Beispiel können für kapazitive Sensoren (die z. B. für Mikrofone, Silizium-Mikrofone, SIMIC, verwendet werden) mindestens zwei Möglichkeiten, ein gewünschtes Signal zu erzeugen, angewendet werden.
In einem Beispiel kann die Ladung des Kondensators (z. B. durch eine bewegliche Membran und eine Rückplatte eines mikroelektromechanischen Systems, (MEMS, Micro Electro Mechanical System) für ein Silizium-Mikrofon, SIMIC) (im Wesentlichen) konstant (Ansatz konstanter Ladung) gehalten werden. Auf diese Weise stellt eine Ausleseschaltung eine Spannung zur Verfügung, welche zu der Membranverlagerung direkt proportional ist. Dementsprechend kann es eine lineare Korrelation zwischen dem Druck (der die Membranverlagerung verursacht) und der gemessenen Spannung geben. Allerdings kann es Schwierigkeiten geben, wenn dieses Verfahren für sehr hohe Drücke (oder sehr hohe Schallpegel in SIMIC-Mikrofon-Anwendungen) verwendet wird. Der Signalpegel (insbesondere innerhalb der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, (ASIC, Application-Specific Integrated Circuit) oder an deren Eingang) von Mikrofonen kann zum Beispiel optimal auf einen angenommenen Druckpegel von 94 dB(SPL) angepasst werden (oder Module können optimal gesteuert werden). Wenn das Mikrofon sehr hohe Schallpegel (bis zu 140 dB(SPL)) oder höher verarbeiten würde, könnten unzulässig hohe Signalpegel vorkommen.
Als Alternative kann die Spannung am Kondensator (im Wesentlichen) möglicherweise konstant gehalten werden (Ansatz konstanter Spannung). In diesem Fall kann eine (im Wesentlichen) indirekt proportionale Verbindung zwischen dem gemessenen Strom (erwünschtes Signal) und dem Druck (z. B. ein so genanntes 1/x Verhalten) vorkommen. Auf diese Weise können (im Vergleich zu dem vorstehenden Ansatz) unzulässig hohe Spannungspegel vermieden werden. Allerdings können nichtlineare Effekte (z. B. harmonische Signalanteile) vorkommen. Diese Effekte können sich mit höheren Signalamplituden verstärken, d. h. dieses Phänomen kann bei sehr hohen Schallpegeln sehr stark vorkommen.
Unter Verwendung des vorgeschlagenen Konzeptes, das vorstehend beschrieben wurde, oder einer nachstehend beschriebenen Ausführungsform können solche nichtlinearen Effekte minimiert oder zumindest reduziert werden.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Einrichtung 100 zum Erzeugen eines Sensorsignals 112, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators 102, der eine einstellbare Kapazität gemäß einer Ausführungsform umfasst, anzeigt oder diese Informationen umfasst. Die Einrichtung 100 umfasst eine Sensoreinheit 110 und eine Kompensationseinheit 120. Die Sensoreinheit 110 ist mit dem einstellbaren Kondensator 102 verbunden und die Kompensationseinheit 120 ist mit der Sensoreinheit 110 und/oder dem einstellbaren Kondensator 102 verbunden. Die Sensoreinheit 110 erzeugt ein Sensorsignal 112, das Informationen über den schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit 110 und dem einstellbaren Kondensator 102 (z. B. von dem einstellbaren Kondensator 102 und/oder zu dem einstellbaren Kondensator 102) fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators 102, während der einstellbare Kondensator 102 durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Die Kompensationseinheit 120 beeinflusst das Sensorsignal 112 oder stellt ein Kompensationssignal 122 zur Verfügung, das in der Lage oder geeignet ist, das Sensorsignal 112 dergestalt zu beeinflussen (d. h. das Kompensationssignal kann in der Lage oder geeignet sein, das Sensorsignal 112 geeigneterweise zu beeinflussen), dass das Sensorsignal 112 weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit 120 oder des Kompensationssignals 122 umfasst.
Aufgrund der Kompensationseinheit 120 oder des Kompensationssignals 122 können die auftretenden nichtlinearen Signalanteile, wenn der einstellbare Kondensator 102 durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird und der schwankende Strom gemessen wird, deutlich reduziert werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit beim Bestimmen der Kapazität des einstellbaren Kondensators 102 oder eines Effektes, der die Einstellung der Kapazität verursacht (z. B. Schalldruck oder Beschleunigung), erhöht werden.
Der einstellbare Kondensator 102 wird durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt. Deswegen verursacht eine Veränderung der Kapazität des einstellbaren Kondensators 102 einen Stromfluss, der zu dem einstellbaren Kondensator 102 geht (z. B. wenn die Kapazität erhöht wird), oder einen Stromfluss, der von dem einstellbaren Kondensator 102 kommt (z. B. wenn die Kapazität abgesenkt wird). Eine oszillierende Einstellung der Kapazität kann zum Beispiel auch einen oszillierenden Strom verursachen, der durch die Verbindung zwischen der Sensoreinheit 110 und dem einstellbaren Kondensator 102 fließt. Dieser Stromfluss kann durch die Sensoreinheit 110 gemessen werden, und ein Sensorsignal 112, das Informationen über den schwankenden Strom umfasst, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator 102 fließt, kann erzeugt und zur Verfügung gestellt werden.
Die zuvor definierte Vorspannung kann zum Beispiel eine im Wesentlichen konstante Spannung sein. Die Vorspannung kann im Wesentlichen konstant sein, wenn sich die Vorspannung um weniger als 20 % (oder weniger als 10 %, weniger als 5 % oder weniger als 1 %) der zuvor definierten Vorspannung verändert, wenn die Kapazität des einstellbaren Kondensators 102 verändert wird. Anders ausgedrückt, wenn die Kapazität des einstellbaren Kondensators 102 verändert wird, wird die zuvor definierte Vorspannung geliefert (z. B. durch eine Vorspannungseinheit), so dass hauptsächlich ein Strom von dem einstellbaren Kondensator 102 kommend oder zu ihm gehend verschieden ist, während die Vorspannung im Wesentlichen unverändert bleibt. Die zuvor definierte Vorspannung kann ein elektrisches Potential sein, das an eine Elektrode des einstellbaren Kondensators 102 (z. B. die Membran oder eine Rückplatte) angelegt wird, oder eine Differenz von Potentialen, die zwischen zwei Elektroden (z. B. eine Membran oder eine Rückplatte) des einstellbaren Kondensators 102 angelegt werden. Die zuvor definierte Vorspannung kann zum Beispiel eine Versorgungsspannung der Einrichtung 100, Masse, die negative Versorgungsspannung der Einrichtung 100 oder die doppelte Versorgungsspannung der Einrichtung 100 sein.
Der einstellbare Kondensator 102 kann auf verschiedene Arten implementiert werden. Ein mikroelektromechanisches System (MEMS, Micro Electro Mechanical System) kann zum Beispiel zum Implementieren eines einstellbaren Kondensators verwendet werden. Solch ein mikroelektromechanisches System kann einen beweglichen oder flexiblen Träger oder eine bewegliche oder biegbare Membran umfassen, welche die Abstände zu einer Elektrode (z. B. einer Rückplatte) als Reaktion auf eine Kraft (z. B. Schalldruck, Luftdruck, Beschleunigung) verändert. Die Membran kann zum Beispiel über einem Hohlraum in einem Halbleiterchip (z. B. einem Silizium-Chip) hergestellt sein. Der Boden des Hohlraums kann als die Gegenelektrode dergestalt verwendet werden, dass die Rückplatte und die Membran einen Kondensator ausbilden. Die Membran kann in Richtung der Rückplatte und von der Rückplatte weg gebogen werden, wenn eine sich verändernde Kraft auf die Rückplatte angewendet wird. Es ist auch ein einstellbarer Kondensator 102 mit einer Membran zwischen zwei Rückplatten möglich. Solche einstellbaren Kondensatoren 102 können in verschiedenen Anwendungen verwendet werden (z. B. Mikrofonen, Drucksensoren und Beschleunigungssensoren).
Die Kompensationseinheit 120 kann das Sensorsignal 112 beeinflussen oder sie kann ein Kompensationssignal 122 zur Verfügung stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal 112 auf verschiedene Arten zu beeinflussen. Die Kompensationseinheit 120 kann zum Beispiel ein Kompensationssignal 122 erzeugen, das mindestens teilweise Signalanteile umfasst, die umgekehrt zu den nichtlinearen Signalanteilen des Sensorsignals 112 sind (z. B. durch Annähern der nichtlinearen Signalanteile oder durch Messen eines schwankenden Stromes an einer zweiten Rückplatte des einstellbaren Kondensators). Solch ein Kompensationssignal 122 kann mit dem Sensorsignal 112, das durch die Sensoreinheit 110 erzeugt wird, kombiniert werden (z. B. subtrahiert oder addiert) oder kann zusammen mit dem Sensorsignal 112 der Sensoreinheit 110 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden (z. B. Kombinieren der Signale durch eine externe Vorrichtung). Als Alternative kann die Kompensationseinheit 120 das Sensorsignal 110 durch Manipulieren oder Beeinflussen des einstellbaren Kondensators 102 beeinflussen (z. B. Vorspannungen für zwei Rückplatten eines Kondensators mit doppelter Rückplatte zur Verfügung stellen). Auf diese Weise wird das Sensorsignal 112 indirekt durch die Steuerung des einstellbaren Kondensators 102 beeinflusst. Als Alternative kann das Sensorsignal 112 durch die Kompensationseinheit 120 direkt beeinflusst werden (z. B. durch Berechnen eines kompensierten Sensorsignals auf der Basis des Sensorsignals der Sensoreinheit oder durch Bestimmen eines kompensierten Sensorsignals durch Auswählen von entsprechenden Daten aus einer Nachschlagetabelle). Die verschiedenen Beispiele sind durch die gestrichelten Linien in 1 angezeigt.
Nichtlineare Signalanteile können zum Beispiel Signalanteile sein, die eine nichtlineare Ableitung von einem Ruhesignal darstellen. Die Kapazität des einstellbaren Kondensators 102 kann durch eine Einstellung des Abstands (z. B. ein durchschnittlicher Abstand oder ein minimaler oder maximaler Abstand) der Elektroden des einstellbaren Kondensators 102 (z. B. durch Verlagerung einer Membran) verändert werden. In diesem Beispiel kann der gemessene Strom von dem einstellbaren Kondensator 102 kommend oder zu ihm gehend ungefähr indirekt proportional (z. B. 1/x Verhalten) zum Abstand der Elektroden (z. B. die Membran oder eine Rückplatte) des einstellbaren Kondensators 102 sein. Aufgrund der indirekten Proportionalität können nichtlineare Effekte nichtlineare Signalanteile innerhalb des Sensorsignals 112 verursachen. Harmonische Frequenzen einer Grundfrequenz einer sinusförmigen Anregung einer Membran eines einstellbaren Kondensators können zum Beispiel innerhalb eines Sensorsignals vorkommen. Solche nichtlinearen Signalanteile können durch die Kompensationseinheit 120 oder das Kompensationssignal 122 reduziert werden. Anders ausgedrückt, der einstellbare Kondensator 102 kann eine Membran und mindestens eine Rückplatte umfassen, und die Kompensationseinheit 120 kann das Sensorsignal 112 beeinflussen oder ein Kompensationssignal 122 zur Verfügung stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal 112 dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal 112, verursacht durch eine nichtlineare Korrelation des schwankenden Stromes und den Abstand zwischen der Membran und der mindestens einen Rückplatte, weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit und/oder des Kompensationssignals 122 umfasst. Als Option können auch nichtlineare Signalanteile, die durch andere Effekte verursacht werden (z. B. durch parasitäre Kapazität verursacht), zusätzlich durch die Kompensationseinheit 120 oder das Kompensationssignal 122 reduziert werden.
Die Sensoreinheit 110 kann auf verschiedene Arten implementiert werden. Der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit 110 und dem einstellbaren Kondensator 102 fließende schwankende Strom kann zum Beispiel verstärkt und/oder zu einem Spannungssignal konvertiert werden. Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem oder zu mehreren der vorstehend erwähnten Aspekte kann die Sensoreinheit 110 zum Beispiel einen invertierenden Operationsverstärker mit einer Kapazitätsrückkopplung (z. B. einen Rückkopplungskondensator umfassend) eines Ausgangs des Operationsverstärkers umfassen, die mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Des Weiteren kann der einstellbare Kondensator 102 auch mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden sein, und der Operationsverstärker kann ein Sensorsignal 112 an dem Ausgang des Operationsverstärkers zur Verfügung stellen.
Die Verbindung des einstellbaren Kondensators 102 kann auch auf eine andere Spannung als Masse vorgespannt werden, indem eine Spannung an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegt wird, wodurch dieselbe Spannung an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verursacht wird.
Ein Beispiel einer Sensoreinheit 210 mit einem Operationsverstärker ist in 2 gezeigt. Die Sensoreinheit 210 umfasst einen Operationsverstärker 212 mit einem nichtinvertierenden Eingang 218, der mit Masse verbunden ist. Ein Ausgang 222 des Operationsverstärkers wird an einen invertierenden Eingang 216 des Operationsverstärkers 212 durch einen Rückkopplungskondensator C_f 214 zurück geleitet. Eine erste Elektrode (z. B. Membran oder Rückplatte) des einstellbaren Kondensators C_mic 202 ist auch mit dem invertierenden Eingang 216 des Operationsverstärkers 212 verbunden. Des Weiteren ist die zweite Elektrode (z. B. Membran oder Rückplatte) des einstellbaren Kondensators C_mic 202 mit einer Vorspannungseinheit 230 verbunden, durch welche die zweite Elektrode durch eine zuvor definierte Vorspannung U_konst vorgespannt wird. Wenn sich die Kapazität des einstellbaren Kondensators 202 verändert, kommt ein schwankender Strom I_sig an dem invertierenden Eingang 216 des Operationsverstärkers 212 vor, und wobei der Rückkopplungskondensator 214 eine Ausgangsspannung U_sig verursacht, die das Sensorsignal darstellt. Die erste Elektrode ist durch eine virtuelle Erdverbindung durch den nichtinvertierenden Eingang 218 des Operationsverstärkers 212 gegen Masse vorgespannt.
2 kann zum Beispiel ein Beispiel einer Schaltung für einen vorstehend erwähnten Ansatz konstanter Spannung zeigen. C_mic kann einen Mikrofonkondensator angeben, der aus einer Membran und einer sogenannten Rückplatte eines mikroelektromechanischen Systems ausgebildet sein kann. U_konst kann die konstante Spannung an C_mic bestimmen. Zusammen mit C_mic kann der Kondensator C_r die Verstärkung bestimmen. Der Strom I_sig (und infolgedessen auch U_sig) kann indirekt proportional zu einem Druck an der Membran sein (oder einer Verlagerung der Membran). Dies kann, wie schon erwähnt, unerwünschte nichtlineare Effekte verursachen. Das in 2 gezeigte Beispiel kann eine Ausleseschaltung in einem Modus konstanter Spannung sein, die zum Beispiel ein mikroelektromechanisches System mit Verstärker (konstanter Spannung) darstellt.
3 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel eines möglichen 1/x Verhaltens einer Membranverlagerung im Verhältnis zu einer Spaltbreite versus einer Kapazität im Verhältnis zu einem mechanischen Nullpunkt veranschaulicht, d. h. eine Kapazität als eine Funktion einer Membranverlagerung.
3 zeigt zum Beispiel eine angenäherte Korrelation zwischen der Membranverlagerung und der resultierenden Kapazität (z. B. die erwähnte Nichtlinearität darstellend). Ein Schalldruck, dem die Membran ausgesetzt wird, kann eine Veränderung der Kapazität verursachen und in der Schaltungsanordnung zum Beispiel von 2 erzeugt der Kapazitätsunterschied im Verhältnis zu einer Ruhestellung einen Strom, der in einer Ausgangsspannung resultiert. Aufgrund der Nichtlinearität kann die gesamte harmonische Verzerrung (THD, Total Harmonic Distortion) relativ hoch sein.
Anders ausgedrückt, die Einstellung des Schalldruckpegels kann ein umgekehrtes Verhältnis zu einer Einstellung der Kapazität umfassen. Ein umgekehrtes Verhältnis kann zum Beispiel ein 1/x Verhalten sein. Allerdings kann das umgekehrte Verhältnis leicht von dem 1/x Verhalten abweichen (z. B. aufgrund von Herstellungstoleranzen). Der Schalldruckpegel kann zum Beispiel umgekehrt proportional zu einer Einstellung der Kapazität mit einer Toleranz von weniger als 30 % (oder 20 % oder 10 %) einer genau umgekehrt proportionalen Kapazität sein.
Wie schon zuvor erwähnt, kann die Kompensationseinheit 120 das Sensorsignal 112 beeinflussen oder ein Kompensationssignal 122 zur Verfügung stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal 112 auf verschiedene Arten zu beeinflussen. Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem oder zu mehreren der vorstehend erwähnten Aspekte kann die Kompensationseinheit zum Beispiel ein Kompensationssignal erzeugen, das eine Schätzung des Kehrwertes der nichtlinearen Signalanteile des Sensorsignals 112 anzeigen kann. Anders ausgedrückt, ein Sensorsignal 112 kann analysiert werden und nichtlineare Signalanteile können identifiziert werden oder es können Simulationen vorgenommen werden. Ein Signal mit einem umgekehrten Verhalten oder einem ungefähr umgekehrten Verhalten kann erzeugt werden. Das Kompensationssignal 122 kann mit dem Sensorsignal 112 kombiniert werden oder es kann zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Die Kompensationseinheit 120 kann zum Beispiel optional das Kompensationssignal 122 auf der Basis einer Schätzung durch ein Polynom zweiter Ordnung oder dritter Ordnung des Sensorsignals 112 erzeugen (oder sogar eines Polynoms einer höheren Ordnung). Auf diese Weise können die nichtlinearen Signalanteile deutlich reduziert werden.
Das Sensorsignal 112 und/oder das Kompensationssignal 122 können analoge oder digitale Signale sein und sie können durch analoge Signalverarbeitung oder digitale Signalverarbeitung verarbeitet werden. Die Sensoreinheit 110 kann zum Beispiel optional, alternativ oder zusätzlich zu einem oder zu mehreren der vorstehend erwähnten Aspekte einen Analog-Digital-Wandler (A-/D-Wandler) zum Erzeugen des Sensorsignals 112 auf der Basis einer Analog-Digital-Wandlung eines analogen Sensorsignals umfassen, das den schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit 110 und dem einstellbaren Kondensator 102 fließt (z. B. von dem einstellbare Kondensator kommt und zu dem einstellbare Kondensator geht), verursacht durch die Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators 102.
Alternativ kann die Kompensationseinheit 120 das Sensorsignal 112 direkt verarbeiten, um ein kompensiertes Sensorsignal zu erhalten oder um das kompensierte Sensorsignal auf der Basis des Sensorsignals 112 zu erzeugen, das durch die Sensoreinheit 110 erzeugt wurde. Zu diesem Zweck kann die Kompensationseinheit 120 einen Eingang zum Empfangen des Sensorsignals 112 umfassen, das durch die Sensoreinheit 110 erzeugt wurde, und sie kann einen Ausgang zum Bereitstellen des kompensierten Sensorsignals umfassen. Die Kompensationseinheit 120 kann das kompensierte Sensorsignal zum Beispiel auf der Basis des Sensorsignals 112 berechnen, das durch die Sensoreinheit 110 erzeugt wurde. Das Sensorsignal, das durch die Sensoreinheit erzeugt wurde, kann zum Beispiel als Eingang für einen Berechnungsalgorithmus (z. B. Annäherungsalgorithmus für die nichtlinearen Signalanteile) verwendet werden, woraus das kompensierte Sensorsignal mit reduzierten nichtlinearen Signalanteilen resultiert. Als Alternative kann die Kompensationseinheit 120 das kompensierte Sensorsignal durch Auswählen entsprechender Daten aus einer Nachschlagetabelle auf der Basis des Sensorsignals bestimmen, das durch die Sensoreinheit 110 erzeugt wurde. Anders ausgedrückt, die Kompensationseinheit 120 kann zuvor definierte Werte auswählen, die in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden, die auf Signalwerten des empfangenen Sensorsignals 112 beruht, so dass das erhaltene kompensierte Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als das empfangene Sensorsignal 112 umfasst. Die Nachschlagetabelle kann durch eine Speichereinheit der Kompensationseinheit 120 oder durch eine externe Speichereinheit gespeichert werden. Als Option können die Abtastpunkte, die durch die Nachschlagetabelle gespeichert werden, interpoliert werden, um Zwischenpunkte zur Verfügung zu stellen.
4 zeigt eine Einrichtung 400 zum Erzeugen eines Sensorsignals 422, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators gemäß einer Ausführungsform anzeigt. Die Einrichtung 400 umfasst einen einstellbaren Kondensator und Verstärker 410, die mit einem Analog-Digital-Wandler 430 verbunden sind. Der Analog-Digital-Wandler 430 ist mit einer Kompensationseinheit 420 verbunden. Der Verstärker stellt dem Analog-Digital-Wandler 430 ein analoges Sensorsignal 412 zur Verfügung. Der Analog-Digital-Wandler 430 wandelt das analoge Sensorsignal 412 in ein digitales Sensorsignal 432 um und stellt der Kompensationseinheit 420 das digitale Sensorsignal 432 zur Verfügung. Die Kompensationseinheit 420 kann das digitale Sensorsignal 432 entsprechend einem der vorstehend erwähnten Beispiele verarbeiten, um ein kompensiertes Sensorsignal 422 zu erhalten.
Anders ausgedrückt, 4 zeigt eine Einrichtung zum Reduzieren oder zum Minimieren von nichtlinearen Effekten, zum Beispiel durch Anwenden einer Ausleseschaltung, wie in 2 gezeigt. Der Kehrwert der Nichtlinearität (z. B. die in 2 gezeigte Schaltung) kann digital implementiert werden oder zum Reduzieren oder Minimieren des nichtlinearen Effekts approximiert werden. In diesem Fall kann eine statische Nichtlinearität (z. B. 1/x Verhalten) angenommen werden, so dass der Kehrwert ebenfalls durch eine statische Nichtlinearität (z. B. nichtlineare Eigenschaft) veranschaulicht werden kann. Dies kann digital einfach implementiert werden. Eine digitale Implementierung kann zum Beispiel durch eine Nachschlagetabelle erreicht werden. Es kann auch eine Nachschlagetabelle mit wenigen Abtastpunkten in Kombination mit einem Interpolationsverfahren (z. B. lineare Interpolation) angewendet werden, um Speicher einzusparen. Des Weiteren oder alternativ kann die Nichtlinearität durch ein Polynom approximiert werden.
4 kann zum Beispiel ein Beispiel für eine Ausleseschaltung mit einem Modus konstanter Spannung und nichtlinearer digitaler Kompensation zeigen. Solch eine Topologie kann eine Ausleseschaltung (Bestandteil einer Sensoreinheit) mit einem Modus konstanter Spannung, einem Analog-Digital-Wandler (z. B. auch ein Bestandteil der Sensoreinheit) und einer nichtlinearen digitalen Kompensation (z. B. Kompensationseinheit) umfassen. Eine Ausleseschaltung kann eine MEMS-Vorrichtung (als Beispiel eines einstellbaren Kondensators) und einen Verstärker (konstanter Spannung) umfassen.
5 zeigt zum Beispiel Simulationsergebnisse für eine Schaltungsanordnung, die zum Beispiel in 2 mit einem Schalldruck von 94 dB(SPL) gezeigt ist. Die gesamte harmonische Verzerrung summiert sich bis auf –33,58 dB ohne Kompensation. Die digitale Kompensation mit einem Polynom zweiter Ordnung ist ausreichend, um die gesamte harmonische Verzerrung (THD, Total Harmonic Distortion) auf –68,2 dB zu reduzieren, und mit einem Polynom dritter Ordnung können –90,8 dB erzielt werden. 5 zeigt eine Ausgangswechselspannung (AC, Alternating Current) im Verhältnis zur Zeit.
Diese Werte können möglicherweise aufgrund von Verstärkungsfehlern und Nullpunktfehlern nicht vollständig erreicht werden. Beispielhafte Simulationsergebnisse für 5 % Verstärkungsfehler und einen Nullpunktfehler von 5 % der Vorspannung sind in den 6, 7 und 8 veranschaulicht. Selbst bei Vorhandensein dieser Fehler, kann eine Verbesserung der THD von mehr als 26 dB ohne weitere Maßnahmen (z. B. Kalibrierung) erreicht werden.
Die Kompensation durch ein Polynom zweiter oder dritter Ordnung kann zum Beispiel für die angenommene Nichtlinearität des mikroelektromechanischen Systems, wie in 3 gezeigt, verwendet werden. Die Nichtlinearität von 3 kann zum Beispiel zu der nachfolgenden Korrelation zwischen Schalldruck und dem Wechselspannungsanteil der Ausgangsspannung führen. U_a = x(p)/(x(0) – x(p)
U_a gibt das Sensorsignal an, x(p) gibt eine Position der Membran in Abhängigkeit von dem Schalldruck p an und x(0) gibt eine Ruhestellung an.
Für die nichtlineare Kompensation wurden die nachfolgenden Polynome für die weiteren Simulationsergebnisse verwendet. U_akomp2 = –U_a ² + U_a U_akomp3 = U_a ³ – U_a ³ + U_a
U_akomp2 gibt ein Kompensationssignal zweiter Ordnung an und U_akomp3 gibt ein Kompensationssignal dritter Ordnung an. Das jeweilige Kompensationssignal kann von dem Sensorsignal subtrahiert werden, um ein kompensiertes Sensorsignal zu erhalten, das reduzierte nichtlineare Signalanteile umfasst.
Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem oder zu mehreren der vorstehend erwähnten Aspekte kann der einstellbare Kondensator 102 eine Membran zwischen zwei Rückplatten umfassen. Solch ein Kondensator mit doppelter Rückplatte kann die Möglichkeit für weitere Wege zur Kompensation von nichtlinearen Signalanteilen zur Verfügung stellen. Die Membran kann zum Beispiel mit einer zuvor definierten Vorspannung vorgespannt werden, und die Sensoreinheit 110 ist mit einer ersten Rückplatte des Sensorkondensators verbunden. Des Weiteren kann die Sensoreinheit 110 das Sensorsignal 112 erzeugen, das einen schwankenden Strom von der ersten Rückplatte des einstellbaren Kondensators 102 kommend oder zu ihr gehend anzeigt, verursacht durch eine Bewegung der Membran des einstellbaren Kondensators 102. Des Weiteren kann die Kompensationseinheit 120 mit der zweiten Rückplatte des einstellbaren Kondensators verbunden sein und kann ein Kompensationssignal 122 erzeugen, das einen schwankenden Strom von der zweiten Rückplatte des einstellbaren Kondensators 102 kommend oder zu ihr gehend anzeigt, verursacht durch die Bewegung der Membran des einstellbaren Kondensators 102. Anders ausgedrückt, die bewegliche Membran des einstellbaren Kondensators 102 kann zwei unabhängige Signale an den zwei unterschiedlichen Rückplatten verursachen. Diese Signale umfassen beide nichtlineare Signalanteile. Wenn sich die Membran in die Richtung der ersten Rückplatte bewegt, steigt die Kapazität des Kondensators, der durch die Membran und eine erste Rückplatte ausgebildet wird, und die Kapazität des Kondensators, der durch die Membran und eine zweite Rückplatte ausgebildet wird, nimmt ab. Der Anstieg ist größer als die Abnahme, so dass ein ausreichendes Signal verbleibt, wenn zum Beispiel das Sensorsignal und das Kompensationssignal kombiniert werden (z. B. durch Subtrahieren oder Addieren). Die nichtlinearen Signalanteile können allerdings reduziert werden, wenn die beiden Signale kombiniert werden (z. B. Reduzieren oder Entfernen nichtlinearer Effekte geradzahliger Ordnung).
Die Kompensationseinheit 120 kann das Kompensationssignal 122 auf verschiedenen Arten erzeugen. Die Kompensationseinheit 120 kann zum Beispiel das Kompensationssignal 122 ähnlich der Erzeugung des Sensorsignals 112 erzeugen.
Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem oder zu mehreren der vorstehend erwähnten Aspekte kann die Kompensationseinheit 120 einen invertierenden Operationsverstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung umfassen, die mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Des Weiteren kann eine zweite Rückplatte des einstellbaren Kondensators 102 auch mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden werden, und der Operationsverstärker kann das Kompensationssignal 122 an einem Ausgang des Operationsverstärkers zur Verfügung stellen. Auf diese Weise kann die Kompensationseinheit 120 ähnlich dem Aufbau der in 2 gezeigten Sensoreinheit 210 implementiert werden.
Als Alternative können der Operationsverstärker der Sensoreinheit und der Operationsverstärker der Kompensationseinheit zusammen als invertierender Differenzverstärker implementiert werden.
Die Membran, die erste Rückplatte und die zweite Rückplatte des einstellbaren Kondensators 102 können auf zwei unterschiedliche Arten vorgespannt werden. Die Sensoreinheit 110 kann zum Beispiel die erste Rückplatte durch eine erste zuvor definierte Vorspannung vorspannen, und die Kompensationseinheit 120 kann die zweite Rückplatte durch eine zweite zuvor definierte Vorspannung vorspannen. Des Weiteren kann die Einrichtung 100 eine Vorspannungseinheit umfassen, die ausgestaltet ist, um die Membran durch eine dritte zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen. In einem Beispiel können die erste zuvor definierte Vorspannung und die zweite zuvor definierte Vorspannung gleich Masse sein und die dritte zuvor definierte Vorspannung (z. B. die Versorgungsspannung der Einrichtung) kann von der ersten zuvor definierten Vorspannung und der zweiten zuvor definierten Vorspannung verschieden sein. Als Alternative können die erste zuvor definierte Vorspannung, die zweite zuvor definierte Vorspannung und die dritte zuvor definierte Vorspannung so ausgewählt werden, dass die nichtlinearen Signalanteile des Sensorsignals möglicherweise geringer als die nichtlinearen Signalanteile eines Sensorsignals sind, das mit der ersten zuvor definierten Vorspannung erzeugt wird, die gleich der zweiten zuvor definierten Vorspannung ist. Anders ausgedrückt, die erste zuvor definierte Vorspannung und die zweite zuvor definierte Vorspannung können leicht unterschiedlich zueinander ausgewählt werden, so dass eine größere Reduzierung der Nichtlinearitäten erreicht werden kann und/oder Herstellungstoleranzen des einstellbaren Kondensators oder der elektrischen Schaltungsanordnung berücksichtigt werden können.
9 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Einrichtung 900 zum Erzeugen eines Sensorsignals 912, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators 902 gemäß einer Ausführungsform anzeigt. In diesem Beispiel umfasst der einstellbare Kondensator 902 eine Membran 904, eine erste Rückplatte 906 und eine zweite Rückplatte 908. Die Membran 904 wird durch eine Vorspannungseinheit 930 vorgespannt. Des Weiteren ist die erste Rückplatte 906 mit einem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers der Sensoreinheit 910 verbunden, wie schon in 2 beschrieben und gezeigt. Das Sensorsignal 912 wird an einem Ausgang des Operationsverstärkers der Sensoreinheit 910 zur Verfügung gestellt. Die Kompensationseinheit 920 ist mit der zweiten Rückplatte 908 verbunden und umfasst einen Aufbau, welcher der Sensoreinheit 910 gleich oder ähnlich zu ihr ist. Deswegen können die Erläuterungen und Kommentare als auch die verschiedenen Aspekte, die im Zusammenhang mit der in 2 beschriebenen und gezeigten Sensoreinheit erwähnt wurden, auch auf die Sensoreinheit 910 und die Kompensationseinheit 920 der Einrichtung 900 angewendet werden. Infolgedessen ist die zweite Rückplatte 908 mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers der Kompensationseinheit 920 verbunden, und das Kompensationssignal 922 wird an einem Ausgang des Operationsverstärkers der Kompensationseinheit 920 zur Verfügung gestellt.
9 zeigt zum Beispiel eine vereinfachte Schaltungsanordnung für den vorstehend erwähnten Ansatz konstanter Spannung. Es kann ein MEMS-Sensor verwendet werden, welcher eine zweite Ausleseelektrode umfasst (MEMS mit doppelter Rückplatte). Die Membran kann auf eine passende Gleichspannung (DC, Direct Current) angepasst werden. Beide Rückplatten können mit einem Eingang eines invertierenden Verstärkers verbunden werden. Infolgedessen können zwei Ausgangsignale erhalten werden, welche möglicherweise jeweils in dem entsprechenden Betrieb mit konstanter Spannung (CV, Constant Voltage) nichtlinear sind. Allerdings kann die Differenz von beiden Signalen deutlich weniger verzerrt sein, weil zumindest Verzerrungen geradzahliger Ordnung sich möglicherweise untereinander kompensieren oder sich gegenseitig reduzieren können.
Dieses Beispiel kann eine Möglichkeit sein, die auch für analoge anwendungsspezifisch integrierte Schaltungen (ASICs, Application-Specific Integrated Circuits) funktionieren kann. Das Differenzsignal kann weiter verarbeitet werden.
In diesem Beispiel kann der dynamische Bereich der ASIC (der Einrichtung zum Erzeugen des Sensorsignals) erweitert werden, ohne die Versorgungsspannung zu erhöhen. Es kann zum Beispiel ein um 6 dB größerer dynamischer Bereich aufgrund der doppelten Ausleseelektrode verfügbar sein, der für ein besseres Signal-/Rausch-Verhältnis (SNR, Signal-to-Noise Ratio) oder einen höheren Signalpegel (z. B. Schalldruck) zum Beispiel durch passende Dimensionierung verwendet werden kann.
Eine Topologie, die eine Differenz-Auslese-Schaltungsanordnung in dem Modus konstanter Spannung (Stromschnittstelle) umfasst, und ein MEMS mit doppelter Rückplatte können zur Verfügung gestellt werden. Anders ausgedrückt, 9 kann eine Auslese-Schaltungsanordnung in dem Modus konstanter Spannung zeigen, und die MEMS-Vorrichtung umfasst eine zweite Ausleseelektrode (MEMS mit zwei Rückplatten). Des Weiteren können beide Rückplatten mit einem invertierenden Verstärkern verbunden werden.
Die in 9 gezeigte Topologie kann auf verschiedene Arten implementiert werden. Die Vorspannung (z. B. zwischen 3 V und 15 V) kann aus einem Ladungsstoß von einer typischen ASIC-Versorgungsspannung (z. B. 1,8 V oder 3,3 V) erzeugt werden und kann der Membran der MEMS-Vorrichtung zugeführt werden. Beide Rückplattenverbindungen können mit Verstärkereingängen verbunden werden, welche virtuelle Masse repräsentieren, wodurch invertierende Verstärker repräsentiert werden. Dies können zwei unabhängige invertierende Verstärker (wie in 9 gezeigt) oder ein invertierender Differenzverstärker sein.
Das zu bewertende Ausgangssignal kann die Differenz von beiden Ausgängen sein. Als Alternative können die Ausgänge mit Kontaktflächen (z. B. eines Halbleiterchips, der die Einrichtung umfasst) verbunden werden und können extern weiter verarbeitet werden (z. B. subtrahiert oder addiert). Als Alternative können beide Verstärkerausgänge zu einem Eintaktsignal konvertiert werden (z. B. durch Addieren oder Subtrahieren der Signale) und können danach weiter verarbeitet werden. Des Weiteren kann das Signal optional einem Analog-Digital-Wandler (ADC, Analog-to-Digital-Converter) zur Verfügung gestellt werden und dort weiter verarbeitet werden. In einigen Anwendungen kann die Verstärkung oder der Verstärker programmierbar sein, was durch Implementieren eines programmierbaren (anpassbaren) Rückkopplungskondensators erreicht werden kann.
Das Potential an den Eingängen der Verstärker kann möglicherweise als gegeneinander umschaltbar dergestalt implementiert werden, dass mögliche Symmetriefehler der MEMS reduziert oder ausgeglichen werden können.
Wie schon erwähnt, kann die Kompensationseinheit 120 optional, alternativ oder zusätzlich zu einem oder zu mehreren der vorstehend erwähnten Aspekte ein kompensiertes Sensorsignal durch Kombinieren des Sensorsignals 112, das durch die Sensoreinheit 110 erzeugt wird, mit einem Kompensationssignal 122 erhalten werden, so dass das kompensierte Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als das Sensorsignal 112 umfasst, das durch die Sensoreinheit 110 erzeugt wird. Die Kompensationseinheit kann zum Beispiel das Sensorsignal 112, das durch die Sensoreinheit 110 erzeugt wird, mit dem Kompensationssignal 122 kombinieren, durch Subtrahieren des Kompensationssignals 122 von dem Sensorsignal 112, das durch die Sensoreinheit 110 erzeugt wird, (oder durch Addieren) zu ihm. Als Alternative können/kann das Sensorsignal 112, das durch die Sensoreinheit 110 erzeugt wird, und/oder das Kompensationssignal 122 durch die Kompensationseinheit 120 oder die Sensoreinheit 110 verstärkt oder gedämpft werden, bevor die beiden kombiniert werden.
Mit Bezug auf einen einstellbaren Kondensator, der eine Membran zwischen zwei Rückplatten umfasst, kann eine Kompensationseinheit 120 auf verschiedene Arten implementiert werden. Ein anderes Beispiel kann eine Kompensationseinheit 120 sein, die eine Vorspannungseinheit umfasst, die ausgestaltet ist, um eine erste Rückplatte durch eine erste zuvor definierte Vorspannung und eine zweite Rückplatte durch eine zweite zuvor definierte Vorspannung vorspannen. Des Weiteren kann die Sensoreinheit 110 mit der Membran des einstellbaren Kondensators 102 verbunden werden und kann die Membran mit einer dritten zuvor definierten Vorspannung vorspannen. Des Weiteren kann die Sensoreinheit 110 das Sensorsignal 112 erzeugen, das einen schwankenden Strom von der Membran des einstellbaren Kondensators 102 kommend oder zu ihr gehend anzeigt, verursacht durch eine Bewegung der Membran des einstellbaren Kondensators 102. Auf diese Weise kann eine Reduzierung der nichtlinearen Signalanteile des Sensorsignals 112 schon am Ursprung des schwankenden Stroms erreicht werden. Die Erhöhung der Kapazität des einstellbaren Kondensators für eine Membran, die sich zu einer der Rückplatten bewegt, wird aufgrund der Abnahme der Kapazität zu der anderen Rückplatte reduziert, so dass zum Beispiel das in 3 gezeigte nichtlineare Verhalten linearer wird.
Dafür können die unterschiedlichen Vorspannungen möglicherweise auf unterschiedliche Arten ausgewählt werden. Die erste zuvor definierte Vorspannung kann zum Beispiel von der zweiten zuvor definierten Vorspannung verschieden sein, und die dritte zuvor definierte Vorspannung kann im Wesentlichen gleich dem arithmetischen Mittel der ersten zuvor definierten Vorspannung und der zweiten zuvor definierten Vorspannung sein (z. B. unter Vernachlässigung einer Toleranz von 20 %, 10 % oder 5 % des arithmetischen Mittels aus der ersten zuvor definierten Vorspannung oder der zweiten zuvor definierten Vorspannung). Die erste zuvor definierte Vorspannung kann zum Beispiel gleich der negativen Versorgungsspannung der Einrichtung sein, die zweite zuvor definierte Vorspannung kann gleich der Versorgungsspannung sein und die dritte zuvor definierte Vorspannung kann die Erdspannung sein. Als Alternative kann die erste zuvor definierte Vorspannung gleich der Erdspannung sein, die zweite zuvor definierte Vorspannung kann gleich der doppelten Versorgungsspannung sein und die dritte zuvor definierte Vorspannung kann gleich der Versorgungsspannung sein.
Als Alternative kann die erste zuvor definierte Vorspannung von der zweiten zuvor definierten Vorspannung verschieden sein, und die dritte zuvor definierte Vorspannung kann zwischen der ersten zuvor definierten Vorspannung und der zweiten zuvor definierten Vorspannung liegen. Des Weiteren können die erste zuvor definierte Vorspannung, die zweite zuvor definierte Vorspannung und die dritte zuvor definierte Vorspannung so ausgewählt werden, dass die nichtlinearen Signalanteile des Sensorsignals 112 möglicherweise geringer als nichtlineare Signalanteile eines Sensorsignals sind, das mit der dritten zuvor definierten Vorspannung erzeugt wird, die gleich dem arithmetischen Mittel aus der ersten zuvor definierten Vorspannung und der zweiten zuvor definierten Vorspannung ist. Anders ausgedrückt, die Spannung der Membran kann sich etwas von dem arithmetischen Mittel der Spannungen unterscheiden, die an die Rückplatten angelegt werden, so dass möglich Symmetriefehler des einstellbaren Kondensators 102 reduziert oder kompensiert werden.
10 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Einrichtung 1000 zum Erzeugen eines Sensorsignals 1012, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators 1002 gemäß einer Ausführungsform anzeigt. Der einstellbare Kondensator 1002 umfasst eine Membran 1004, eine erste Rückplatte 1006 und eine zweite Rückplatte 1008. Die Membran 1004 kann mit einer Sensoreinheit 1010 verbunden werden. Die Sensoreinheit 1010 kann gemäß dem in 2 gezeigten und beschriebenen Beispiel implementiert werden. Infolgedessen sind die in Verbindung mit 2 erwähnten Ausführungen und Erläuterungen und ebenfalls die Aspekte auf die Sensoreinheit 1010 der Einrichtung 1000 anzuwenden und gelten für sie. So ist die Membran 1004 mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers der Sensoreinheit 1010 verbunden, und das Sensorsignal 1012 wird durch einen Ausgang des Operationsverstärkers der Sensoreinheit 1010 zur Verfügung gestellt. Die erste Rückplatte 1006 und die zweite Rückplatte 1008 sind mit der Kompensationseinheit 1020 verbunden. Die Kompensationseinheit 1020 kann eine Vorspannungseinheit umfassen, die ausgestaltet ist, um zwei unterschiedliche Vorspannungen zur Verfügung zu stellen, oder kann zwei getrennte Vorspannungseinheiten (z. B. eine Ladungspumpe) umfassen, die ausgestaltet sind, um unterschiedliche Spannungen an die erste Rückplatte 1006 und die zweite Rückplatte 1008 anzulegen, wie in 10 angezeigt.
Anders ausgedrückt, die in 10 gezeigte Topologie kann eine weitere mögliche Implementierung mit ähnlichen Eigenschaften repräsentieren. Die MEMS-Vorrichtung kann mit einer konstanten Spannung vorgespannt werden. Die Rückplatte kann mit umgekehrten Spannungen vorgespannt werden, um die Differenz der Signale bei dem Strompegel zu erzeugen. Deswegen wird nur ein Signal an dem Ausgang zur Verfügung gestellt, welches zum Beispiel schon die Differenz der MEMS-Signale repräsentiert.
Als Alternative kann die Membran mit einer positiven Spannung U_b vorgespannt werden, eine Rückplatte kann möglicherweise gegen Masse vorgespannt werden und in diesem Beispiel kann die zweite Rückplatte mit der doppelten positiven Spannung (2 × U_b) vorgespannt werden.
Als Alternative können die Spannungen zwischen den Rückplatten und der Membran voneinander verschieden ausgewählt werden, um mögliche Symmetriefehler der MEMS-Vorrichtung zu reduzieren oder zu kompensieren.
10 kann zum Beispiel eine Ausleseschaltung im Modus konstanter Spannung repräsentieren. Die MEMS-Vorrichtung kann eine zweite Ausleseelektrode umfassen.
11 zeigt ein Beispiel einer Simulation im Hinblick auf die Linearität einer Einrichtung gemäß 10. Die harmonische Verzerrung ist als Funktion des Schalldrucks gezeigt. Die 1 %-THD-Funktionalität kann durch die (vorgeschlagene) Differenz-Einrichtung von ungefähr 108 dB(SPL) auf 128 dB(SPL) erhöht werden. Auf diese Weise kann eine deutlich bessere Leistung für ein neues Produkt erreicht werden. Anders ausgedrückt, 11 zeigt die Linearität des Schalldrucks für die Einrichtung.
Einige Ausführungsformen betreffen eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der ein Silizium-Mikrofon mit dem einstellbaren Kondensator umfasst, der ausgestaltet ist, um die Kapazität in Abhängigkeit von einem Schalldruck zu verändern, dem das Silizium-Mikrofon ausgesetzt ist. Anders ausgedrückt, ein Silizium-Mikrofon mit einer Einrichtung gemäß dem beschriebenen Konzept oder einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform können implementiert werden. Des Weiteren können ein Drucksensor, ein Vibrationssensor, ein Beschleunigungssensor oder ein anderer Sensor unter Verwendung eines einstellbaren Kondensators gemäß dem beschriebenen Konzept oder einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform implementiert werden.
Einige Ausführungsformen betreffen eine Schaltungstopologie für eine Signalerzeugung durch kapazitive Signalquellen mit nichtlinearer Kompensation und/oder ein MEMS mit doppelter Rückplatte mit Stromschnittstelle. Durch Verwenden des vorgeschlagenen Konzeptes kann ein Ansatz konstanter Spannung (CV, Constant Voltage) verwendet werden, obwohl der Ansatz konstanter Spannung zuvor hohe Verzerrungen umfasste. Verschiedene Implementierungsmöglichkeiten für digitale Mikrofone werden zum Beispiel veranschaulicht und vorstehend beschrieben.
Einige Ausführungsformen betreffen eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst. Die Einrichtung umfasst einen einstellbaren Kondensator, eine Vorspannungseinheit, eine Sensoreinheit und eine Kompensationseinheit. Der einstellbare Kondensator umfasst eine einstellbare Kapazität und die Vorspannungseinheit ist ausgestaltet, um den einstellbaren Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen. Des Weiteren ist die Sensoreinheit ausgestaltet, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Des Weiteren umfasst die Sensoreinheit einen invertierenden Verstärker mit einer kapazitiven Rückkopplungsverbindung zu einem invertierenden Eingang des Verstärkers, und der einstellbare Kondensator ist auch mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden. Der Verstärker ist ausgestaltet, um an einem Ausgang des Verstärkers ein analoges Sensorsignal zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren umfasst die Sensoreinheit einen Analog-Digital-Wandler, der mit dem Verstärker verbunden ist und ausgestaltet ist, um das Sensorsignal zu erzeugen, um das Sensorsignal auf der Basis einer Analog-Digital-Wandlung des analogen Sensorsignals zu erzeugen. Die Kompensationseinheit ist ausgestaltet, um das Sensorsignal zu beeinflussen oder um ein Kompensationssignal zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit oder des Kompensationssignals umfasst. Des Weiteren ist die Kompensationseinheit ausgestaltet, um ein kompensiertes Sensorsignal durch Kombinieren des Sensorsignals, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird, mit einem Kompensationssignal zu erhalten, so dass das kompensierte Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als das Sensorsignal umfasst, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird, oder die Kompensationseinheit ist ausgestaltet, um eine kompensiertes Sensorsignal auf der Basis des Sensorsignals zu berechnen, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird, oder ist ausgestaltet, um ein kompensiertes Sensorsignal durch Auswählen entsprechender Daten aus einer Nachschlagetabelle auf der Basis des Sensorsignals zu bestimmen, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird.
Ein Beispiel für solch eine Einrichtung ist in 4 gezeigt. Des Weiteren kann die Einrichtung ein oder mehrere optionale, zusätzliche oder alternative Merkmale umfassen, die einem oder mehreren im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Konzept erwähnten Aspekten oder einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen.
Einige Ausführungsformen betreffen eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst. Die Einrichtung umfasst einen einstellbaren Kondensator, eine Vorspannungseinheit, eine Sensoreinheit und eine Kompensationseinheit. Der einstellbare Kondensator umfasst eine einstellbare Kapazität. Des Weiteren umfasst der einstellbare Kondensator mit der einstellbaren Kapazität eine Membran zwischen zwei Rückplatten. Die Vorspannungseinheit ist ausgestaltet, um die Membran des einstellbaren Kondensators durch eine zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen. Die Sensoreinheit ist ausgestaltet, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch die zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Des Weiteren umfasst die Sensoreinheit einen invertierenden Verstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung, die mit einem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden ist. Eine erste Rückplatte des einstellbaren Kondensators ist ebenfalls mit einem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden, und der Verstärker ist ausgestaltet, um das Sensorsignal an einem Ausgang des Verstärkers zur Verfügung zu stellen. Die Kompensationseinheit ist ausgestaltet, um ein Kompensationssignal zur Verfügung zu stellen, wobei das Kompensationssignal in der Lage ist, das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung des Kompensationssignals umfasst. Des Weiteren umfasst die Kompensationseinheit einen invertierenden Verstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung, die mit einem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden ist. Eine zweite Rückplatte des einstellbaren Kondensators ist ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden, und der Verstärker ist ausgestaltet, um das Kompensationssignal an einem Ausgang des Verstärkers zur Verfügung zu stellen.
Ein Beispiel für solch eine Einrichtung ist in 9 gezeigt.
Des Weiteren kann die Einrichtung ein oder mehrere optionale, zusätzliche oder alternative Merkmale umfassen, die einem oder mehreren im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Konzept erwähnten Aspekten oder einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen.
Einige Ausführungsformen betreffen eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst. Die Einrichtung umfasst einen einstellbaren Kondensator, eine Sensoreinheit und eine Kompensationseinheit. Der einstellbare Kondensator umfasst eine einstellbare Kapazität. Des Weiteren umfasst der einstellbare Kondensator mit der einstellbaren Kapazität eine Membran zwischen zwei Rückplatten. Die Sensoreinheit ist ausgestaltet, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Des Weiteren umfasst die Sensoreinheit einen invertierenden Verstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung, die mit einem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden ist. Die Membran des einstellbaren Kondensators ist ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden, und das Verfahren ist ausgestaltet, um das Sensorsignal an einem Ausgang des Verstärkers zur Verfügung zu stellen. Die Kompensationseinheit ist ausgestaltet, um das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit umfasst. Des Weiteren umfasst die Kompensationseinheit eine Vorspannungseinheit, die ausgestaltet ist, um eine erste Rückplatte durch eine erste zuvor definierte Vorspannung und eine zweite Rückplatte durch eine zweite zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen. Die Sensoreinheit ist ausgestaltet, um die Membran mit einer dritten zuvor definierten Vorspannung vorzuspannen und um das Sensorsignal zu erzeugen, das einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators.
Ein Beispiel für solch eine Einrichtung ist in 10 gezeigt. Des Weiteren kann die Einrichtung ein oder mehrere optionale, zusätzliche oder alternative Merkmale umfassen, die einem oder mehreren im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Konzept erwähnten Aspekten oder einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen.
12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1200 zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators mit einer einstellbaren Kapazität gemäß einer Ausführungsform anzeigt. Das Verfahren 1200 umfasst das Erzeugen 1210 eines Sensorsignals, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, der durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird. Des Weiteren umfasst das Verfahren 1200 das Beeinflussen 1220 des Sensorsignals durch eine Kompensationseinheit dergestalt, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit umfasst.
Als Option kann die Einstellung der Kapazität zum Beispiel durch eine Einstellung eines Schalldruckpegels verursacht werden.
Als Option kann die Einstellung des Schalldruckpegels auch ein umgekehrtes Verhältnis zu einer Einstellung der Kapazität umfassen. Ein umgekehrtes Verhältnis kann zum Beispiel ein 1/x Verhalten sein. Allerdings kann das umgekehrte Verhältnis leicht von dem 1/x Verhalten abweichen (z. B. aufgrund von Herstellungstoleranzen). Der Schalldruckpegel kann zum Beispiel umgekehrt proportional zu einer Einstellung der Kapazität mit einer Toleranz von weniger als 30 % (oder 20 % oder 10 %) einer genau umgekehrt proportionalen Kapazität sein.
Des Weiteren kann das Verfahren 1200 einen oder mehrere optionale, zusätzliche oder alternative Schritte umfassen, die einem oder mehreren im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Konzept erwähnten Aspekten oder einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen.
Die Ausführungsformen können des Weiteren ein Computerprogramm zur Verfügung stellen, das einen Programmcode zum Ausführen von einem der vorstehenden Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einem Prozessor ausgeführt wird. Ein Fachmann auf diesem Gebiet würde ohne weiteres erkennen, dass Schritte von verschiedenen vorstehend beschriebenen Verfahren durch programmierte Computer ausgeführt werden können. Einige Ausführungsformen sind hierbei auch dafür vorgesehen, Programmspeichervorrichtungen, z. B. digitale Datenspeichermedien abzudecken, die maschinenlesbar oder computerlesbar sind und von Maschinen oder von Computern ausführbare Programme von Instruktionen codieren, wobei die Instruktionen einige oder alle Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren ausführen. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. aus digitalen Speichern, magnetischen Speichermedien, wie beispielsweise magnetischen Disketten und magnetischen Bändern, Festplatten oder optisch lesbaren digitalen Datenspeichermedien bestehen. Die Ausführungsformen sind auch dafür vorgesehen, Computer abzudecken, die programmiert sind, um die Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen, oder (feld-)programmierbare logische Anordnungen ((F)PLAs, (Field) Programmable Logic Arrays) oder im Anwendungs(Feld) programmierbare (Logik-)Gatter-Anordnungen ((F)PGAs, (Field) Programmable Gate Arrays), die programmiert sind, um die Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen.
Die Beschreibung und die Zeichnungen veranschaulichen nur die Prinzipien der Offenbarung. Deswegen wird anerkannt, dass die Fachleute auf dem Gebiet in der Lage sein werden, verschiedene Einrichtungen zu entwerfen, die, obwohl sie hier nicht ausdrücklich gezeigt sind, die Prinzipien der Offenbarung verkörpern und im Geist und Schutzumfang der Erfindung eingeschlossen sind. Des Weiteren sind die hier vorgestellten Beispiele im Wesentlichen ausdrücklich nur zu pädagogischen Zwecken vorgesehen, um dem Leser beim Verständnis der Prinzipien der Offenbarung und der von dem(den) Erfinder(n) beigetragenen Konzepte zur Förderung der Technik zu helfen, und sie sind ohne Beschränkung auf solch speziell vorgestellten Beispiele und Bedingungen vorgesehen. Darüber hinaus sind hierbei alle Aussagen, in denen Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Offenbarung, als auch spezielle Beispiele davon angeführt werden, so vorgesehen, dass sie deren Entsprechungen mit einschließen.
Funktionelle Blöcke, die mit „Mittel zum ...“ (Ausführen einer bestimmten Funktion) bezeichnet sind, sind als funktionelle Blöcke zu verstehen, die eine Schaltungsanordnung umfassen, die ausgestaltet ist, um jeweils eine bestimmte Funktion auszuführen. Deshalb kann ein „Mittel für etwas“ möglicherweise ebenfalls als ein „Mittel, das ausgestaltet ist, um oder das sich für etwas eignet“ verstanden werden. Ein Mittel, das ausgestaltet ist, um eine bestimmte Funktion auszuführen, impliziert deshalb noch nicht, dass solch ein Mittel notwendigerweise auch die Funktion (zu einem gegebenen Zeitpunkt) ausführt.
Funktionen von verschiedenen Elementen, die in den Figuren gezeigt sind, einschließlich irgendwelcher funktioneller Blöcke, die als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Sensorsignals“, „Mittel zum Erzeugen eines Übertragungssignals“ usw. gekennzeichnet sind, können durch die Verwendung zweckgebundener Hardware zur Verfügung gestellt werden, wie beispielsweise ein „Signallieferant“, „eine Signalverarbeitungseinheit“, „ein Prozessor“, „ein Steuergerät“ usw., als auch durch Hardware, die in der Lage ist, Software in Verbindung mit geeigneter Software auszuführen. Darüber hinaus kann jede beliebige Entität, die hier als „Mittel“ beschrieben wird, als „ein oder mehrere Module“, „eine oder mehrere Vorrichtungen“, „eine oder mehrere Einheiten“ usw. implementiert sein. Wenn die Funktionen durch einen Prozessor zur Verfügung gestellt werden, können sie durch einen einzelnen zweckgebundenen Prozessor, einen einzelnen gemeinsam genutzten Prozessor oder durch eine Vielzahl von individuellen Prozessoren, von denen einige gemeinsam genutzt werden können, zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus sollte die ausdrückliche Verwendung des Begriffs „Prozessor“ oder „Steuergerät“ nicht so ausgelegt werden, dass sie sich ausschließlich auf Hardware bezieht, die in der Lage ist, Software auszuführen, und kann implizit ohne Einschränkung digitale Signalprozessor-Hardware (DSP, Digital Signal Processor), einen Netzwerkprozessor, eine anwendungsspezifisch Intergrierte Schaltung (ASIC, Application Specific Integrated Circuit), eine im Anwendungsfeld programmierbare (Logik-)Gatter-Anordnung (FPGA, Field Programmable Gate Array), Nur-Lese-Speicher (ROM, Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM, Random Access Memory) und nicht-flüchtige Speicher mit einschließen. Andere Hardware, herkömmlich und/oder kundenspezifisch, kann auch mit eingeschlossen sein.
Es sollte von den Fachleuten auf diesem Gebiet anerkannt werden, dass alle beliebigen Blockdiagramme hier konzeptuelle Ansichten von veranschaulichender Schaltungsanordnung repräsentieren, welche die Prinzipien der Offenbarung verkörpern. Gleichfalls wird anerkannt, dass beliebige Ablaufschaubilder, Ablaufdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, symbolischer Code und dergleichen verschiedene Prozesse repräsentieren, welche im Wesentlichen in computerlesbaren Medien repräsentiert werden können und so durch einen Computer oder Prozessor, ob nun solch ein Computer oder Prozessor ausdrücklich gezeigt wird oder nicht, ausgeführt werden.
Des Weiteren werden die nachfolgenden Ansprüche hierdurch in die Ausführliche Beschreibung mit aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als eine eigene Ausführungsform gelten kann. Während jeder Anspruch für sich allein als eine eigene Ausführungsform gelten kann – sollte angemerkt werden – obwohl ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen sich auf eine spezifische Kombination mit einem oder mit mehreren Ansprüchen beziehen kann – dass andere Ausführungsformen auch eine Kombination aus dem abhängigen Anspruch mit dem Gegenstand von jedem anderen abhängigen Anspruch aufweisen können. Derartige Kombinationen werden hierbei vorgeschlagen, es sei denn, es wird angegeben, dass eine spezifische Kombination nicht vorgesehen ist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass ebenfalls Merkmale eines Anspruchs in einem beliebigen anderen unabhängigen Anspruch enthalten sind, selbst wenn dieser Anspruch nicht von dem unabhängigen Anspruch direkt abhängig ist.
Es sollte des Weiteren vermerkt werden, dass Verfahren, die in der Spezifikation oder in den Ansprüchen offenbart werden, durch eine Vorrichtung implementiert werden können, die Mittel zum Durchführen von jedem der entsprechenden Schritte dieser Verfahren aufweisen.
Des Weiteren sollte zu verstehen sein, dass die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen, die in der Spezifikation oder den Ansprüchen offenbart sind, möglicherweise nicht so ausgelegt wird, dass sie innerhalb der spezifischen Reihenfolge sein sollen. Deswegen wird die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge festlegen, es sei denn, solche Schritte oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar. Des Weiteren kann in einigen Ausführungsformen ein einzelner Schritt mehrere Unter-Schritte aufweisen oder in diese unterteilt werden. Solche Unter-Schritte können in der Offenbarung dieses einzelnen Schrittes enthalten oder ein Bestandteil davon sein, es sei denn, dies ist ausdrücklich ausgeschlossen.

Claims

Einrichtung (100) zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators (102) anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst, wobei die Einrichtung umfasst: eine Sensoreinheit (110), die ausgestaltet ist, um ein Sensorsignal (112) zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit (110) und dem einstellbaren Kondensator (102) fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators (102), während der einstellbare Kondensator (102) durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird; und eine Kompensationseinheit (120), die ausgestaltet ist, um das Sensorsignal (112) zu beeinflussen oder um ein Kompensationssignal (122) zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal (112) dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal (112) weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit (120) oder des Kompensationssignals (122) umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die zuvor definierte Vorspannung eine im Wesentlichen konstante Spannung ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der einstellbare Kondensator (102) eine Membran und mindestens eine Rückplatte umfasst, wobei die Kompensationseinheit (120) ausgestaltet ist, um das Sensorsignal (112) zu beeinflussen oder um ein Kompensationssignal (122) zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal (112) dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal (112) weniger nichtlineare Signalanteile umfasst, verursacht durch eine nichtlineare Korrelation des schwankenden Stroms und einem Abstand zwischen der Membran und der mindestens einen Rückplatte, als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit (120) oder des Kompensationssignals (122).
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kompensationseinheit (120) ausgestaltet ist, um ein Kompensationssignal (122) zu erzeugen, das eine Näherung einer Inversen der nichtlinearen Signalanteile des Sensorsignals (112) anzeigt.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (110) einen Analog-Digital-Wandler umfasst, der ausgestaltet ist, um das Sensorsignal (112) auf der Basis einer Analog-Digital-Wandlung eines analogen Sensorsignals zu erzeugen, das den schwankenden Strom anzeigt, der durch die Verbindung zwischen der Sensoreinheit (110) und dem einstellbaren Kondensator (102) fließt, verursacht durch die Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators (102), der durch die zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kompensationseinheit (120) ausgestaltet ist, um ein kompensiertes Sensorsignal auf der Basis des Sensorsignals (112) zu berechnen, das durch die Sensoreinheit (110) erzeugt wird, oder um ein kompensiertes Sensorsignal durch Auswählen entsprechender Daten aus einer Nachschlagetabelle auf der Basis des Sensorsignals (112) zu bestimmen, das durch die Sensoreinheit (110) erzeugt wird.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der einstellbare Kondensator (102) mit der einstellbaren Kapazität eine Membran zwischen zwei Rückplatten umfasst, wobei die Membran mit der zuvor definierten Vorspannung vorgespannt wird, wobei die Sensoreinheit (110) mit einer ersten Rückplatte des einstellbaren Kondensators (102) verbunden ist und ausgestaltet ist, um das Sensorsignal (112) zu erzeugen, das einen schwankenden Strom von der Rückplatte des einstellbaren Kondensators (102) kommend oder zu ihr gehend anzeigt, verursacht durch eine Bewegung der Membran des einstellbaren Kondensators (102), wobei die Kompensationseinheit (120) mit einer zweiten Rückplatte des einstellbaren Kondensators (102) verbunden ist und ausgestaltet ist, um ein Kompensationssignal (122) zu erzeugen, das einen schwankenden Strom von der zweiten Rückplatte des einstellbaren Kondensators (102) kommend oder zu ihr gehend anzeigt, verursacht durch die Bewegung der Membran des einstellbaren Kondensators (102).
Einrichtung nach Anspruch 7, wobei die Kompensationseinheit (120) einen invertierenden Operationsverstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung umfasst, die mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, wobei die zweite Rückplatte des einstellbaren Kondensators (102) ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, und der Operationsverstärker ausgestaltet ist, um das Kompensationssignal (122) an einem Ausgang des Operationsverstärkers zur Verfügung zu stellen.
Einrichtung nach Anspruch 7, eine Vorspannungseinheit umfassend, wobei die Sensoreinheit (110) ausgestaltet ist, um die erste Rückplatte durch eine erste zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen, wobei die Kompensationseinheit (120) ausgestaltet ist, um die zweite Rückplatte durch eine zweite zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen, wobei die Vorspannungseinheit ausgestaltet ist, um die Membran durch eine dritte zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen, wobei die erste zuvor definierte Vorspannung, die zweite zuvor definierte Vorspannung und die dritte zuvor definierte Vorspannung dergestalt ausgewählt werden, dass die nichtlinearen Signalanteile des Sensorsignals (112) geringer als die nichtlinearen Signalanteile eines Sensorsignals sind, das erzeugt wird, wenn die erste zuvor definierte Vorspannung gleich der zweiten zuvor definierten Vorspannung ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kompensationseinheit (120) ausgestaltet ist, um ein kompensiertes Sensorsignal durch Kombinieren des Sensorsignals (112), das durch die Sensoreinheit (110) erzeugt wird, mit einem Kompensationssignal (122) zu erhalten, so dass das kompensierte Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als das Sensorsignal (112) umfasst, das durch die Sensoreinheit (110) erzeugt wird.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der einstellbare Kondensator (102) mit der einstellbaren Kapazität eine Membran zwischen zwei Rückplatten umfasst, wobei die Kompensationseinheit (120) eine Vorspannungseinheit umfasst, die ausgestaltet ist, um eine erste Rückplatte durch eine erste zuvor definierte Vorspannung und eine zweite Rückplatte durch eine zweite zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen, wobei die Sensoreinheit (110) mit der Membran des einstellbaren Kondensators (102) verbunden ist und ausgestaltet ist, um die Membran mit einer dritten zuvor definierten Vorspannung vorzuspannen und um das Sensorsignal (112) zu erzeugen, das einen schwankenden Strom von der Membran des einstellbaren Kondensators (102) kommend oder zu ihr gehend anzeigt, verursacht durch eine Bewegung der Membran des einstellbaren Kondensators (102).
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ein Silizium-Mikrofon mit dem einstellbaren Kondensator (102) umfassend, der ausgestaltet ist, die Kapazität in Abhängigkeit von einem Schalldruck zu verändern, dem das Silizium-Mikrofon ausgesetzt ist.
Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst, wobei die Einrichtung umfasst: einen einstellbaren Kondensator, der eine einstellbare Kapazität umfasst; eine Vorspannungseinheit, die ausgestaltet ist, um den einstellbaren Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen; eine Sensoreinheit, die ausgestaltet ist, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird, wobei die Sensoreinheit einen Analog-Digital-Wandler umfasst, der mit einem Operationsverstärker verbunden ist und ausgestaltet ist, um das Sensorsignal auf der Basis einer Analog-Digital-Wandlung eines analogen Sensorsignals zu erzeugen; und eine Kompensationseinheit, die ausgestaltet ist, um das Sensorsignal zu beeinflussen oder um ein Kompensationssignal zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit oder des Kompensationssignals umfasst, wobei die Kompensationseinheit ausgestaltet ist, um ein kompensiertes Sensorsignal durch Kombinieren des Sensorsignals, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird, mit einem Kompensationssignal zu erhalten, so dass das kompensierte Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als das Sensorsignal umfasst, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird, oder die Kompensationseinheit ist ausgestaltet, um ein kompensiertes Sensorsignal auf der Basis des Sensorsignals zu berechnen, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird, oder ausgestaltet ist, um ein kompensiertes Sensorsignal durch Auswählen entsprechender Daten aus einer Nachschlagetabelle auf der Basis des Sensorsignals zu bestimmen, das durch die Sensoreinheit erzeugt wird.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei die Sensoreinheit einen invertierenden Operationsverstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung umfasst, die mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, wobei der einstellbare Kondensator ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, und der Operationsverstärker ausgestaltet ist, um ein analoges Sensorsignal an einem Ausgang des Operationsverstärkers zur Verfügung zu stellen.
Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst, wobei die Einrichtung umfasst: einen einstellbaren Kondensator, der eine einstellbare Kapazität umfasst, wobei der einstellbare Kondensator mit der einstellbaren Kapazität eine Membran zwischen zwei Rückplatten umfasst; eine Vorspannungseinheit, die ausgestaltet ist, um die Membran des einstellbaren Kondensators durch eine zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen; eine Sensoreinheit, die ausgestaltet ist, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch die zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird, eine Kompensationseinheit, die ausgestaltet ist, um ein Kompensationssignal zur Verfügung zu stellen, wobei das Kompensationssignal in der Lage ist, das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung des Kompensationssignals umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 15, wobei die Sensoreinheit einen invertierenden Operationsverstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung umfasst, die mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers der Sensoreinheit verbunden ist, wobei eine erste Rückplatte des einstellbaren Kondensators ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers der Sensoreinheit verbunden ist, und der Operationsverstärker der Sensoreinheit ausgestaltet ist, um das Sensorsignal an einem Ausgang des Operationsverstärkers der Sensoreinheit zur Verfügung zu stellen, wobei die Kompensationseinheit einen invertierenden Operationsverstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung umfasst, die mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers der Kompensationseinheit verbunden ist, wobei eine zweite Rückplatte des einstellbaren Kondensators ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers der Kompensationseinheit verbunden ist und der Operationsverstärker der Kompensationseinheit ausgestaltet ist, um das Kompensationssignal an einem Ausgang des Operationsverstärkers der Kompensationseinheit zur Verfügung zu stellen.
Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators anzeigt, der eine einstellbare Kapazität umfasst, wobei die Einrichtung umfasst: einen einstellbaren Kondensator, der eine einstellbare Kapazität umfasst, wobei der einstellbare Kondensator mit der einstellbaren Kapazität eine Membran zwischen zwei Rückplatten umfasst; eine Sensoreinheit, die ausgestaltet ist, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das Informationen über einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, während der einstellbare Kondensator durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird; und eine Kompensationseinheit, die ausgestaltet ist, um das Sensorsignal dergestalt zu beeinflussen, dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 17, wobei die Sensoreinheit einen invertierenden Operationsverstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung umfasst, die mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, wobei die Membran des einstellbaren Kondensators mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist und der Operationsverstärker ausgestaltet ist, um das Sensorsignal an einem Ausgang des Operationsverstärkers zur Verfügung zu stellen.
Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Kompensationseinheit eine Vorspannungseinheit umfasst, die ausgestaltet ist, um eine erste Rückplatte durch eine erste zuvor definierte Vorspannung und eine zweite Rückplatte durch eine zweite zuvor definierte Vorspannung vorzuspannen, wobei die Sensoreinheit ausgestaltet ist, die Membran mit einer dritten zuvor definierten Vorspannung vorzuspannen und um das Sensorsignal zu erzeugen, das einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen der Sensoreinheit und dem einstellbare Kondensator fließt, verursacht durch eine Bewegung der Membran des einstellbaren Kondensators.
Verfahren zum Erzeugen eines Sensorsignals, das Informationen über eine Kapazität eines einstellbaren Kondensators mit einer einstellbaren Kapazität anzeigt, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Sensorsignals, das einen schwankenden Strom anzeigt, der durch eine Verbindung zwischen einer Sensoreinheit und dem einstellbaren Kondensator fließt, verursacht durch eine Einstellung der Kapazität des einstellbaren Kondensators, der durch eine zuvor definierte Vorspannung vorgespannt wird; und Beeinflussen des Sensorsignals durch eine Kompensationseinheit, so dass das Sensorsignal weniger nichtlineare Signalanteile als ein Sensorsignal ohne die Beeinflussung der Kompensationseinheit umfasst.