DE102017223496B4

DE102017223496B4 - Verarbeitungseinrichtung, ein mobiles gerät mit der verarbeitungseinrichtung und ein verfahren zur kalibrierung einer schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102017223496B4
Application number: DE102017223496.2A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Straeussnigg; Alessandro Caspani; Andreas Wiesbauer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: US20190200147A1; CN109959394A; US11558705B2; CN109959394B; KR20190075848A; DE102017223496A1

Abstract

Verarbeitungseinrichtung (200) mit folgenden Merkmalen:einer digitalen Kalibrierungsfiltereinrichtung (210), die ausgebildet ist, um ein digitales Eingangssignal (S1) aufzunehmen, das auf einem Sensorausgangssignal (SOUT) eines Sensors (230) basiert, um basierend auf einem sensorspezifischen Steuersignal (S2) eine digitale Filterverarbeitung des digitalen Eingangssignals (S1) durchzuführen, um ein kalibriertes Ausgangssignal (S3) bereitzustellen, undeiner Steuerungseinrichtung (220), die ausgebildet ist, um das sensorspezifische Steuersignal (S2) aus einer Mehrzahl von sensorspezifischen Steuersignalen basierend auf einem ermittelten Einflussparameter (SE) auszuwählen und an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) bereitzustellen.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Verarbeitungseinrichtung, ein mobiles Gerät mit der Verarbeitungseinrichtung und ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensorausgangssignals. Ausführungsbeispiele beziehen sich ferner auf eine Verarbeitungseinrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Kalibrierung des Frequenzgangs eines Ausgangssignals eines Sensors, wie z. B. eines MEMS-Sensors, zur Reduzierung der Abhängigkeit eines Sensorausgangssignals des Sensors von einer externen Einflussgröße, wie z. B. der Umgebungstemperatur, um einen optimierten oder zumindest verbesserten Frequenzgang des Sensorausgangssignals zu erhalten.
Hintergrund
Sensoranordnungen, wie z. B. MEMS-Schallwandler bzw. MEMS-Mikrofone, werden zum Aufzeichnen von Umgebungsgeräuschen oder Umgebungsschall verwendet. Zum Bereitstellen einer guten Qualität des aufgezeichneten Umgebungsschalls oder um Anforderungen von Kunden zu genügen, können eine hohe Linearität, ein hohes Signal-zu-RauschVerhältnis SNR (SNR = Signal-to-Noise Ratio) oder die Übereinstimmung des Sensorausgangssignals mit einem vorgegebenen Frequenzgang des Schallwandlers erforderlich sein.
Reale Schallwandler weisen beispielsweise bedingt durch Prozessstreuungen bei der Herstellung bzw. durch Package-Variationen oder auch durch Umgebungseinflüsse bei dem Betrieb des Schallwandlers eine häufig doch erhebliche Streuung im Frequenzgang auf.
In 1a-b ist ein Diagramm 100 gezeigt, in dem der Amplitudengang 104 in Einheiten von dB (Dezibel) in Abhängigkeit von der Frequenz 102 der Sensorausgangssignale eines Schallwandlers für unterschiedliche Temperaturen T1 - T4 dargestellt ist. Aus 1a-b ist ersichtlich, dass insbesondere der untere Frequenzgang bis zu einer Frequenz f_B von etwa 200 Hz (siehe Bereich B) von der Variation des Amplitudengangs über der Temperatur betroffen ist.
Bei manchen Anwendungen wird Umgebungsschall mit mehreren Mikrofonen gleichzeitig erfasst und ausgewertet. Die Mikrofone werden dazu beispielsweise in einem Mikrofon-Array in einer spezifischen, geometrischen Anordnung zueinander angeordnet, um beispielsweise ein sogenanntes „Beamforming“ (Strahlformen) zu erreichen. Dabei sollten die einzelnen Mikrofone keine oder nur geringe Schwankungen bezüglich des Frequenzgangs aufweisen. Dabei ist insbesondere der untere Frequenzbereich für viele Mikrofonanwendungen relevant, wobei in diesem Zusammenhang von der LFRO-Eigenschaft (LFRO = Low Frequency Roll-off) gesprochen wird. Die LFRO-Eigenschaft eines Mikrofons bezeichnet dabei beispielsweise die Steilheit der Übertragungsfunktion über der Frequenz im Niederfrequenzbereich des Mikrofons, z. B. im Bereich bis 100 oder 200 Hz. Reale Mikrofone weisen bedingt durch Umgebungseinflüsse, wie z. B. Temperaturänderungen, eine erhebliche Streuung des LFRO's auf, wie dies aus 1a-b erkennbar ist. 1a-b zeigen beispielhaft die Variation des Amplitudengangs eines Mikrofons bei einer Temperaturvariation T1 - T4 von -20°C bis +70 °C.
Gegenwärtig wird versucht, durch schaltungstechnische Maßnahmen an der Sensoranordnung die Streuung des Frequenzgangs des Sensorausgangssignals möglichst gering zu halten. Diesem schaltungstechnischen Ansatz sind allerdings Grenzen gesetzt und bedeuten einen entsprechenden zusätzlichen schaltungstechnischen Mehraufwand.
Die DE 10 2016 117 587 B3 bezieht sich auf ein Schaltungsanordnung mit einem optimierten Frequenzgang und auf ein Verfahren zur Kalibrierung der Schaltungsanordnung. Die Schaltungsanordnung umfasst ein Kalibrierungsfilter, das eingerichtet ist, ein auf einem ersten Signal basierendes Signal aufzunehmen und ein kalibriertes Signal bereitzustellen, wobei das erste Signal ein von einem Analog-Digital-Wandler bereitgestelltes Signal ist, dass auf einem analogen Signal basiert, wobei das analoge Signal von mindestens einem Sensor einer Sensoranordnung bereitgestellt wird; eine Filteranordnung, die eingerichtet ist, ein auf dem ersten Signal basierendes Signal aufzunehmen und ein zweites Signal bereitzustellen; und eine Steuereinheit, die eingerichtet, ein vom Frequenzgang des Sensors abhängiges, Sensor-spezifisches Steuersignal aus mehreren Steuersignalen auszuwählen und an das Kalibrierungsfilter bereitzustellen auf, wobei das kalibrierte Signal auf dem ersten Signal und dem Sensor-spezifischen Steuersignal basiert und in einem vorgegebenen Frequenzbereich einer vorgegebenen Spektralmaske entspricht oder im Wesentlichen entspricht.
Zusammenfassung
Auf dem Gebiet von Sensoren besteht ein ständiger Bedarf nach Sensorelementen, wie z. B. MEMS-Schallwandlern, und noch entsprechenden Auswerteverfahren, die mit einer ausreichend hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit die gewünschten Messgrößen, wie z. B. den Umgebungsschall, erfassen.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden unabhängigen Patentansprüche erfüllt werden. Weiterbildungen des vorliegenden Konzepts sind in den Unteransprüchen definiert.
Eine Verarbeitungseinrichtung umfasst eine digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung, die ausgebildet ist, um ein digitales Eingangssignal aufzunehmen, das auf einem Sensorausgangssignal eines Sensors basiert, um basierend auf einem sensorspezifischen Steuersignal eine digitale Filterverarbeitung des digitalen Eingangssignals durchzuführen, um ein kalibriertes Ausgangssignal bereitzustellen, und eine Steuerungseinrichtung, die ausgebildet ist, um das sensorspezifische Steuersignal aus einer Mehrzahl von sensorspezifischen Steuersignalen basierend auf einem ermittelten Einflussparameter auszuwählen und an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung bereitzustellen.
Die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung ist beispielsweise ausgebildet, um basierend auf dem sensorspezifischen Steuersignal eine rekursive, digitale Filterverarbeitung des digitalen Eingangssignals durchzuführen.
Ein mobiles Gerät umfasst die einer Verarbeitungseinrichtung und ferner eine Einflussgrößen-Sensoreinrichtung zum Bereitstellen des ermittelten Einflussparameters des Sensors an die Verarbeitungseinrichtung.
Ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensorausgangssignals eines Sensors, mit folgenden Schritten: Ermitteln eines Einflussparameters des Sensors; Ermitteln eines Steuersignals aus einer Mehrzahl an Steuersignalen basierend auf dem ermittelten Einflussparameter, wobei das Sensor-spezifische Steuersignal von dem ermittelten Einflussparameter des Sensors bzgl. des vorgegebenen Frequenzgangs abhängt; und Verändern des auf dem Sensorausgangssignal basierenden und an das Kalibrierungsfilter bereitgestellten Signals mittels des Steuersignals, um ein kalibriertes Ausgangssignal bereitzustellen, wobei das Steuersignal eine digitale Filter-Verarbeitung des bereitgestellten Signals mit mindestens zwei Filterkoeffizienten-Koeffizienten bewirkt.
Ein programmierbares, digitales und z.B. rekursives Filter bzw. Kalibrationsfilter wird eingesetzt, um eine von einer externen Einflussgröße abhängige Frequenzvariation des Sensorausgangssignals eines Sensors, wie z. B. eines MEMS-Sensors, MEMS-Schallwandlers oder MEMS-Mikrofons, zu kompensieren. Als externe Einflussgröße kann eine Temperatur des Sensors selbst oder eine Temperatur der Umgebungsatmosphäre des Sensors, oder auch eine momentane Luftfeuchtigkeit, ein momentaner Luftdruck oder eine momentane Gaskonzentration in der Umgebungsatmosphäre des Sensors angesehen werden.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren und Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1a ein Diagramm zur Darstellung der Variation eines beispielhaften Amplitudengangs über der Temperatur eines Sensorausgangssignals ohne Anpassung des Frequenzgangs;
1b eine vergrößerte Darstellung des beispielhaften Amplitudengangs über der Temperatur für niedrige Frequenzen (LFRO) eines Sensorausgangssignals ohne Kompensation des Frequenzgangs;
2a ein prinzipielles Blockdiagramm einer Verarbeitungseinrichtung zur Kalibrierung eines Sensorausgangssignals gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2b Beispielhafte Darstellungen von Korrekturfunktionen für unterschiedliche Werte bzw. Wertebereich der externen Einflussgröße, z. B. der Temperatur, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2c eine beispielhafte Darstellung eines resultierenden, kalibrierten Amplitudengangs eines Sensorausgangssignals gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine beispielhafte Prinzipdarstellung eines Blockdiagramms einer Schalt-Schaltungsanordnung mit der Verarbeitungseinrichtung zur Kalibrierung eines Sensorausgangssignals gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine beispielhafte Prinzipdarstellung eines mobilen Geräts mit der Verarbeitungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
5 eine prinzipielle Darstellung der Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Sensorausgangssignals eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Während sich Ausführungsbeispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, werden dementsprechend Ausführungsbeispiele derselben in den Figuren beispielhaft gezeigt und hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die offenbarten bestimmten Formen zu begrenzen, sondern im Gegensatz die Ausführungsbeispiele alle in den Rahmen der Offenbarung fallenden Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken sollen. In der gesamten Beschreibung der Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Elemente.
Im Folgenden wird nun anhand von 2a in Form einer Prinzipdarstellung eine Verarbeitungseinrichtung 200 zur Kalibrierung eines z. B. analogen Sensorausgangssignals S_OUT beschrieben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Verarbeitungseinrichtung 220 eine digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 und eine Steuereinrichtung 220 auf. Die Kalibrierungsfiltereinrichtung ist ausgebildet, um ein digitales Eingangssignal S₁ aufzunehmen, das auf einem analogen Sensorausgangssignal S_OUT eines Sensors 230 basiert, und um basierend auf einem sensorspezifischen Steuersignal S₂ eine digitale Filterverarbeitung H(z) des digitalen Eingangssignals S₁ durchzuführen, um ein kalibriertes Ausgangssignal S₃ z.B. als kalibriertes Sensorausgangssignal bereitzustellen. Die Steuereinrichtung 220 ist ausgebildet, um das sensorspezifische Steuersignal S₂ aus einer Mehrzahl von Steuersignalen basierend auf einem ermittelten Einflussparameter S_E auszuwählen und an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 bereitzustellen.
Die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ist also ausgebildet, um das digitale Eingangssignal S₁ eingangsseitig zu empfangen, wobei das Eingangssignal S₁ beispielsweise auf einem Analog-Digital-gewandelten analogen Sensorausgangssignal S_OUT des Sensors 230 basiert. Die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 führt nun basierend auf dem sensorspezifischen Steuersignal S₂ , das beispielsweise einen Satz SK von Filterkoeffizienten für die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 aufweist, die digitale Filterverarbeitung H(z) des digitalen Eingangssignals S₁ durch, um das kalibrierte Ausgangssignal S₃ mit einem angepassten Frequenzgang bereitzustellen. Die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ist also mit dem Satz SK von Filterkoeffizienten programmierbar. Das Ausgangssignal S₃ kann dann beispielsweise als digitales, kalibriertes Sensorausgangssignal mit einem angepassten Frequenzgang bereitgestellt oder auch noch weiterverarbeitet bzw. aufbereitet werden.
Die digitale Filterverarbeitung des Eingangssignals S₁ wird beispielsweise durchgeführt, um innerhalb eines Toleranzbereichs von z. B. 10%, 5% oder 1% einen vorgegebenen (nominellen) Frequenzgang des Ausgangssignals S₃ zu erhalten. Als Toleranzbereich zwischen dem erhaltenen, angepassten Frequenzgang für das Ausgangssignal S₃ und dem vorgegebenen bzw. nominellen Frequenzgang für das Ausgangssignal S₃ kann beispielsweise auch eine maximale mittlere Abweichung beispielsweise bezogen auf Amplitudenwerte von weniger als 1 dB, 0,5 dB, 0,2 dB, 0,1 dB oder 0,05 dB in dem relevanten bzw. vorgegebenen Frequenzbereich f_B angenommen werden.
Um das digitale Eingangssignal S₁ zu erhalten, wird beispielsweise neben der Analog-Digital-Wandlung des analogen Sensorausgangssignals S_OUT noch eine optionale Aufbereitung, z. B. eine Verstärkung und/oder Filterung des analogen Sensorausgangssignals S_OUT , durchgeführt.
Die Steuereinrichtung 220 ist nun ausgebildet, um das sensorspezifische Steuersignal S₂ für die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 für unterschiedliche Werte oder Bereiche der externen Einflussgröße E, z. B. für unterschiedliche Temperaturbereiche T₁ - T₄ , aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Steuersignalen S_2-1 - S_2-4 für die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 auszuwählen und an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 bereitzustellen. Das sensorspezifische Steuersignal S₂ ist z.B. ein vorgegebener Satz von Filterkoeffizienten SK für die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 für die unterschiedlichen Werte oder Bereiche der externen Einflussgröße E. Entsprechend ist z.B. die Mehrzahl von unterschiedlichen Steuersignalen S_2-1 - S_2-4 eine Mehrzahl von unterschiedlichen Sätzen SK₁ -SK₄ von Filterkoeffizienten für die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210.
Die Auswahl des jeweiligen sensorspezifischen Steuersignals S₂ , d. h. des jeweiligen Satzes SK von Filterkoeffizienten, basiert beispielsweise auf einem ermittelten Einflussparameter S_E , d. h. einer gemessenen oder geschätzten, externen, physikalischen Einflussgröße „E“ des Sensors. Als ein ermittelter Einflussparameter S_E wird beispielsweise eine geschätzte oder gemessene, externe Einflussgröße E auf dem Sensor bezeichnet, die auf den Frequenzgang, d. h. Amplitudengang, Phasengang und/oder Gruppenlaufzeit, des analogen Sensorausgangssignals S_OUT des Sensors 230 einwirkt bzw. diesen beeinflusst, indem eine Änderung der externen Einflussgröße E eine Änderung des Frequenzgangs des Sensorausgangssignals S_OUT des Sensors 230 bewirkt. Der externe Einflussparameter S_E ist also ein gemessener oder geschätzter Umgebungsparameter des Sensors 230, der bei einer Abweichung von einem vorbestimmten Wert im Betrieb des Sensors 230 eine Abweichung des Frequenzgangs des Sensorausgangssignals des Sensors 230 gegenüber einem vorgegebenen Frequenzgang des Sensorausgangssignals S_OUT des Sensors 230 bewirkt. Der Umgebungsparameter des Sensors kann beispielsweise eine Temperatur des Sensors oder eine Temperatur der Umgebungsatmosphäre des Sensors sein, wobei der Umgebungsparameter ferner eine Luftfeuchtigkeit, ein Luftdruck oder eine Gaskonzentration, z. B. eine COx-Konzentration, in der Umgebungsatmosphäre des Sensors 230 sein kann.
Wenn in der nachfolgenden Beschreibung im Allgemeinen auf den Einflussparameter S_E als die geschätzte oder gemessene, momentane Temperatur T des Sensors 230 eingegangen wird, sollte deutlich werden, dass die nachfolgenden Ausführungen gleichermaßen auf weitere Umgebungsparameter, wie z. B. Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Gaskonzentration etc., in der Umgebungsatmosphäre des Sensors anwendbar sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ausgebildet, um basierend auf dem sensorspezifischen Steuersignal S₂ eine rekursive, digitale Filterverarbeitung des digitalen Eingangssignals S₁ durchzuführen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die z.B. rekursive, digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ausgebildet, um eine durch die externe Einflussgröße E bedingte, z. B. temperaturbedingte Abweichung des Frequenzgangs des digitalen Eingangssignals S₁ bzw. des analogen Sensorausgangssignals S_OUT in einem vorgegebenen Frequenzbereich B mittels der z.B. rekursiven, digitalen Filterverarbeitung H(z) auszugleichen oder zumindest zu verringern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 220 ausgebildet, um basierend auf der bereitgestellten Information S_E bezüglich der externen Einflussgröße, E, das der Einflussgrößeninformation zugeordnete sensorspezifische Steuersignal S₂ auszuwählen und an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 bereitzustellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Steuereinrichtung 220 einen optionalen Speicher 240 auf oder ist mit diesem Speicher 240, falls dieser extern angeordnet ist, logisch verbunden, wobei in dem Speicher 240 die Mehrzahl von sensorspezifischen Steuersignalen S_2-1 - S_2-4 in Form der Sätze SK₁ - SK₄ von Filterkoeffizienten gespeichert sind. Die Steuereinrichtung 220 ist ferner ausgebildet, um abhängig von dem ermittelten Einflussparameter S_E des Sensors 230 eines der Mehrzahl von sensorspezifischen Steuersignalen S_2-1 - S_2-4 als das sensorspezifische Steuersignal S₂ (für den momentanen Wert des externen Einflussparameters S_E ) auszuwählen und an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 bereitzustellen. Die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ist nun mit dem von der Steuerungseinrichtung 220 bereitgestellten sensorspezifischen Steuersignal S₂ programmierbar. Das sensorspezifische Steuersignal S₂ wird nun bis zur Bereitstellung eines weiteren, sensorspezifischen Steuersignals S₂ , z. B. basierend auf einer Änderung der externen Einflussgröße S_E , von der Steuerungseinrichtung 220 in der programmierbaren, digitalen Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 beibehalten. In dem Speicher 240 sind beispielsweise eine Mehrzahl von unterschiedlichen Sätzen SK₁ - SK₄ von sensorspezifischen Filterkoeffizienten als die sensorspezifischen Steuersignale S_2-1 - S_2-4 für die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 gespeichert, die z. B. unterschiedlichen externen Einflussgrößen E bzw. unterschiedlichen Temperaturen oder Temperaturbereichen T an dem Sensor 230 zugeordnet sind.
Das von der Steuerungseinrichtung 220 bereitgestellte Steuersignal S₂ weist somit einen ausgewählten Satz von sensorspezifischen Filterkoeffizienten für die digitale Kalibrierungseinrichtung 210 auf, wobei die Steuerungseinrichtung 220 ausgebildet ist, den jeweiligen Satz von sensorspezifischen Filterkoeffizienten S₂ basierend auf dem bereitgestellten Einflussparameter S_E des Sensors 230 auszuwählen und die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 bereitzustellen. Der Satz von sensorspezifischen Filterkoeffizienten weist beispielsweise zwei Filterkoeffizienten und vorzugsweise drei Filterkoeffizienten auf, die an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung bereitgestellt und von derselben für den digitalen Filtervorgang H(z) verwendet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 beispielsweise ein programmierbares, digitales, z.B. rekursives Filter mit der Übertragungsfunktion H(z): $H (z) = \frac{b 1_{z}^{1} + b 0}{z^{1} + a 0}$
mit b₁, b₀ und a₀ als Satz SK von Filterkoeffizienten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist somit die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ein programmierbares, digitales Filter erster Ordnung, wobei aber auch programmierbare, digitale Filter höherer Ordnung eingesetzt werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ausgebildet, um basierend auf dem sensorspezifischen Steuersignal S₂ eine rekursive, digitale Filterverarbeitung erster Ordnung oder auch höherer Ordnung des digitalen Eingangssignals S₁ durchzuführen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 als ein digitales Filter ausgebildet. Ein digitales Filter ist z.B. ein mathematisches Filter zur Manipulation eines Signals wie beispielsweise das Sperren oder Durchlassen eines bestimmten Frequenzbereiches des Signals oder auch die Änderung bzw. Anpassung des Frequenzgangs des Signals. Digitale Filter können beispielsweise mit Logikbausteinen wie ASICs, FPGAs oder in Form eines sequentiellen Programmes mit einem Signalprozessor realisiert werden. Digitale Filter verarbeiten i.A. keine kontinuierlichen Signale, sondern zeit- und wertdiskrete Signale. Ein zeitdiskretes Signal besteht in der zeitlich periodischen Abfolge nur aus einzelnen Impulsen, welche den Signalverlauf über die Zeit darstellen, den jeweiligen Abtastwerten.
Die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 kann beispielsweise eines oder mehrere der nachfolgenden digitalen Filter oder Filterfunktionen aufweisen: ein frequenzselektives Filter, beispielsweise ein Passfilter und/oder ein Sperrfilter; ein Dezimationsfilter, ein Interpolationsfilter, ein Filter zum Reduzieren der Gruppenlaufzeit. Die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 kann linear und Zeit invariant eingerichtet sein. Alternativ weist die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 beispielsweise ein Filter zum Ändern der Abtastrate auf, beispielsweise ein Dezimationsfilter und/oder ein Interpolationsfilter; wodurch die Filteranordnung nicht-linear wird. Mit anderen Worten: In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ein Filter aufweisen, das eingerichtet ist, die Gruppenlaufzeit eines durchlaufenden Signals zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich kann die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ein Filter oder eine Filterfunktion aufweisen, das anschaulich als ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter eingerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ein Filter oder eine Filterfunktion aufweisen, das anschaulich die Abtastrate des Signals verändert, beispielsweise in Form eines Dezimationsfilters und/oder eines Interpolationsfilters. Die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 kann ein Filter oder mehrere Filter oder Filterfunktionen aufweisen. Mehrere Filterfunktionen können in einem gemeinsamen Filter implementiert sein. Filterfunktionen sind beispielsweise ein Ändern der Abtastrate des aufgenommenen Signals, ein Ändern des Frequenzganges des aufgenommenen Signals, beispielsweise ein selektives Sperren oder Passieren-Iassen von Frequenzbereichen des aufgenommenen Signals. Das Filter oder die mehreren Filter können jeweils einstufig oder mehrstufig eingerichtet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist dieses digitale Filter 210 beispielsweise drei Freiheitsgrade auf, d. h. der Filterkoeffizientensatz SK weist beispielsweise drei Koeffizienten b₁, b₀ und a₀ auf. Bei einer relativ geringen Abweichung des einflussgrößenabhängigen Frequenzgangs des Sensors 230 von dem vorgegebenen bzw. nominellen Frequenzgang für den Sensor 230 und/oder bei einer reduzierten Abtastrate kann der Koeffizient a₀ im Nenner der Antwortfunktion H(z) der Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 fixiert werden. Dadurch wird ermöglicht, dass für die Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ein Satz SK mit zwei Filterkoeffizienten b₁, b₂ ausreicht, um den Frequenzgang des Sensorausgangssignals S_OUT an den vorgegebenen Frequenzgang anzunähern bzw. möglichst zur Übereinstimmung zu bringen. Das kalibrierte Ausgangssignal S₃ ist mindestens in einem Frequenzbereich (vgl. LFRO) unterschiedlich zu dem Eingangssignal S₁ . In einem Ausführungsbeispiel entspricht ferner das kalibrierte Ausgangssignal in mindestens einem weiteren Frequenzbereich, der unterschiedlich zu dem vorgegebenen Frequenzbereich B ist, dem Eingangssignal S₁ , d. h. beispielsweise in einem Frequenzbereich für Frequenzen von 1 kHz bis 10 kHz des Sensorausgangssignals.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Filterkoeffizientensatz SK für digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 beispielsweise auch mehr als drei Koeffizienten aufweisen.
In 2b sind nun beispielhafte Korrekturfunktionen für unterschiedliche Werte der externen Einflussgröße E, z. B. der Temperatur, für den Frequenzgang (hier Amplitudengang) gemäß einem Ausführungsbeispiel angegeben. Als der zu kompensierende Frequenzgang kann beispielweise der in 1a-b angegebene, nicht-kalibriete Amplitudengang eines Sensorausgangssignals angenommen werden.
Wie in 2b dargestellt ist, sind beispielsweise vier Korrekturfunktionen für vier unterschiedliche Temperaturen bzw. Temperaturbereiche T₁ = 0°C, T₂ = 20 °C, T₃ = 40 °C und T₄ = 70°C angegeben. Beispielsweise werden bei einem sogenannten „Backend-Test“ die unterschiedlichen Filterkoeffizienten SK für die programmierbare, digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ermittelt und als unterschiedliche Sätze SK₁ -SK₄ von Filterkoeffizienten an dem Speicher 240 abgelegt.
In 2b sind nun die notwendigen Korrekturen bzw. Korrekturfunktionen KF₁ - KF₄ bei den unterschiedlichen Werten bzw. Bereichen T₁ - T₄ der externen Einflussgröße E für den Amplitudengang des Sensorausgangssignals S_OUT beispielhaft dargestellt. Diese Korrekturfunktionen KF₁ - KF₄ für den Amplitudengang bei unterschiedlichen Temperaturen T₁ - T₄ werden mittels des digitalen Filters 210 mit den entsprechenden Sätzen SK₁ - SK₄ von Koeffizienten b₁, b₀, a₀ unter Verwendung von Optimierungsmethoden nachgebildet.
Ein erster Satz SK₁ von Filterkoeffizienten entspricht somit der Korrekturfunktion KF₁, ein zweiter Satz SK₂ von Filterkoeffizienten entspricht somit der Korrekturfunktionen KF₂, ein dritter Satz SK₃ von Filterkoeffizienten entspricht der Korrekturfunktionen KF₃, und ein vierter Satz SK₄ von Filterkoeffizienten entspricht der Korrekturfunktionen KF₄ bzw. bildet diese Korrekturfunktion für die digitale Filterverarbeitung des Eingangssignal S₁ nach.
Basierend auf den beispielhaft beschriebenen Sätzen SK₁ - SK₄ von Filterkoeffizienten b₁, b₀ und a₀ kann mittels des digitalen Filtervorgangs der Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 die Korrektur bzw. Anpassung des Amplitudengangs des analogen Sensorausgangssignals S_OUT bzw. des davon abgeleiteten digitalen Eingangssignal S₁ für verschiedene Werte bzw. Bereiche der externen Einflussgröße durchgeführt werden.
2c stellt nun eine beispielhafte Darstellung eines resultierenden, „kalibrierten“ Amplitudengangs des kalibrierten Ausgangssignals S₃ gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. Wie aus 2c ersichtlich ist, können mit der vorliegenden digitalen Filterverarbeitung H(z) des digitalen Eingangssignals S₁ innerhalb des Toleranzbereichs im Wesentlichen übereinstimmende Amplitudengänge bei unterschiedlichen Werten der externen Einflussgröße, z. B. für unterschiedliche Temperature des Sensors 230, erhalten werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der vorgegebene Frequenzgang des Sensorausgangssignals S_OUT bzw. des digitalen Eingangssignals S₁ ein vorgegebener Amplitudengang, ein vorgegebener Phasengang und/oder eine vorgegebene Gruppenlaufzeit in einem vorgegebenen Frequenzbereich B.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 230 mehrere Sensorelemente (nicht gezeigt in 1) aufweisen, die jeweils ein analoges Sensorausgangssignal S_OUT bereitstellen, wobei der Frequenzgang mindestens eines Sensorausgangssignals eines der Sensoren bei einer Änderung des externen Einflussparameters bezüglich des vorgegebenen Frequenzgangs verändert wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Sensor ein MEMS-Bauelement, wie z. B. einen MEMS-Schallwandler oder ein MEMS-Mikrofon, auf, wobei das MEMS-Bauelement ausgebildet ist, um das analoge Sensorausgangssignal S_OUT bereitzustellen.
Gemäß den dargestellten Ausführungsbeispielen wird ein programmierbares, digitales Kalibrationsfilter eingesetzt, um eine von einer externen Einflussgröße abhängige Frequenzvariation des Sensorausgangssignals eines Sensors, wie z. B. eines MEMS-Sensors, MEMS-Schallwandlers oder MEMS-Mikrofons, zu kompensieren. Als externe Einflussgröße kann eine Temperatur des Sensors selbst oder eine Temperatur der Umgebungsatmosphäre des Sensors, oder auch eine momentane Luftfeuchtigkeit, ein momentaner Luftdruck oder eine momentane Gaskonzentration in der Umgebungsatmosphäre des Sensors angesehen werden.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird z.B. auf eine temperaturabhängige Frequenzgangvariation des Sensorausgangssignals S_OUT eingegangen, wobei die Ausführungen gleichermaßen auf die weiteren Umgebungsparameter in der Umgebungsatmosphäre des Sensors, wie z. B. Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Gaskonzentration, etc., anzuwenden sind.
Gemäß dem vorliegenden Konzept wird ein Satz von Filterkoeffizienten (auch Steuersignal) für das Kalibrierungsfilter z. B. in einem Speicher an dem Sensor oder auch in einem externen Speicher abgespeichert, wobei abhängig von unterschiedlichen Bereichen der externen Einflussgröße, z. B. abhängig von unterschiedlichen Temperaturbereichen, etc., unterschiedliche Koeffizientensätze in dem Speicher abgelegt werden. Die Koeffizientensätze sind nun ausgebildet bzw. werden berechnet, um die digitale Filterfunktion des Kalibrierungsfilters dem tatsächlichen Frequenzgang, wie z. B. Amplitudengang, Phasengang und/oder Gruppenlaufzeit, des Sensorausgangssignals für unterschiedliche Einflussgrößen bzw. unterschiedliche Bereiche der externen Einflussgröße, d. h. beispielsweise für unterschiedliche Temperaturen bzw. unterschiedliche Temperaturbereiche, nachzubilden. Die unterschiedlichen Koeffizientensätze werden also als Funktion bezüglich der externen Einflussgröße, wie z. B. der Temperatur, für den Sensor in dem Speicher abgespeichert. Nach dem Verbauen bzw. Unterbringen des Sensors, z. B. des MEMS-Schallwandlers, im Package (Gehäuse) werden die Filterkoeffizienten beispielsweise für das fertige Bauelement bestimmt und in einem Speicher abgelegt.
Diese Ermittlung der Filterkoeffizienten kann beispielsweise bereits auch auf Wafer-Level durchgeführt werden, soweit beispielsweise mathematische Modelle für das Unterbringen des Sensors in einem Gehäuse vorhanden sind, d. h. soweit das Unterbringen des Sensors in einem Gehäuse (Package) nachmoduliert bzw. nachvollzogen werden kann. Die erhaltenen einflussgrößenabhängigen (z. B. temperaturabhängigen, etc.) Filterkoeffizienten werden dann in jedem Sensor z. B. in einem sensorinternen Speicher bzw. für jeden Sensor in einem externen Speicher abgespeichert.
Abhängig von den vorliegenden Modellen für das Unterbringen in einem Package ist es auch denkbar, dass beispielsweise nur bei zwei Werten der externen Einflussgröße, z. B. bei zwei Temperaturpunkten, das tatsächliche Verhalten des fertigen Sensor-Devices mit dem Modell verglichen wird und bei einer ausreichend genauen Übereinstimmung das Modell, d. h. die Abhängigkeit der Filterkoeffizienten von der externen Einflussgröße (z. B. der Temperatur etc.) in dem zugeordneten Speicher abgelegt wird. Bei dem vorliegenden Konzept wird beispielsweise davon ausgegangen, dass sich das Gehäuse, d. h. das gesamte Sensor-Device, auf einer gleichen Temperatur befindet, falls die Sensortemperatur die externe Einflussgröße darstellt.
Die beispielsweise bei einem Backend-Test ermittelten Filterkoeffizienten bzw. Filterkoeffizientensätze werden an einem dem Sensor zugeordneten Speicher abgelegt, wobei das von dem Sensor erhaltende analoge Sensorausgangssignal nach einer Digitalisierung desselben dem zusätzlichen, programmierbaren, digitalen Kalibrierungsfilter zugeführt und der entsprechenden digitalen Filterung unterzogen wird, um die Kompensation bzw. Kalibration der von der externen Einflussgröße abhängigen, z. B. temperaturabhängigen, Frequenzgangvariation durchzuführen.
Die digitale, z.B. rekursive Kalibrierungsfilterung kann auch im Signalpfad („nach hinten“) verschoben werden, d. h. die digitale Kalibrierungsfilterung kann z. B. auch in dem digitalen Programmcode (CODEC) einer Datenverarbeitungseinrichtung, z. B. eines Mikroprozessors, eines Geräts bzw. mobilen Geräts ausgeführt werden, in dem der Sensor beispielsweise eingebaut ist. Ferner ist eine Schnittstelle (Interface) an dem Sensor denkbar, um ein Einschreiben bzw. Auslesen der in dem Speicher des Sensors abgelegten Filterkoeffizientensätze zu ermöglichen.
Die Werte für die externe Einflussgröße, z. B. die Temperaturwerte etc., können beispielsweise mittels eines eigenen Sensors für die externe Einflussgröße, z. B. mittels eines eigenen Temperatursensors, an dem Sensor, z. B. dem MEMS-Bauelement, bereitgestellt werden.
Alternativ ist es möglich, Temperaturinformationen abzuschätzen oder die Temperatur des (mobilen) Geräts, in dem der Sensor eingebaut ist, zu verwenden.
Im Folgenden werden einige mögliche Szenarien für das Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der von der externen Einflussgröße abhängige Filterkoeffizientensatz in einem Speicher an dem Sensor (MEMS-Bauelement) abgespeichert ist.
Falls der Einflussgrößensensor gemäß einer ersten Option an dem MEMS-Bauelement (Sensor) angeordnet ist, kann sich das programmierbare Kalibrierungsfilter auch an dem MEMS-Bauelement befinden, um die digitale Filterverarbeitung an einer digitalisierten Version des analogen Sensorausgangssignals durchzuführen.
Falls sich der Einflussgrößensensor, z. B. Temperatursensor, gemäß einer weiteren Option in dem z. B. mobilen Gerät bzw. Smartphone befindet und nicht in dem MEMS-Bauelement, kann die einflussgrößenabhängige Kalibrierungsfilterung beispielsweise in dem CODEC des Geräts stattfinden, in dem das MEMS-Bauelement als Sensor eingebaut ist.
Falls eine Schnittstelle (Interface) zum Datenaustausch an dem Sensor vorgesehen ist, kann ein Datenaustausch zwischen dem (mobilen) Gerät und dem Sensor durchgeführt werden, so dass gemäß dieser dritten Option wahlweise die digitale Kalibrierungsfilterung in dem Sensor, d. h. der dortigen Verarbeitungseinrichtung, erfolgen kann, wenn beispielsweise Informationen über die externe Einflussgröße, z.B. Temperaturinformationen, von dem (mobilen) Gerät an den Sensor bereitgestellt werden oder entsprechend obiger zweiter Option die Filterkoeffizientensätze von dem Sensor auf Abruf an das (mobile) Gerät übertragen werden, um die digitale Kalibrierungsfilterung in dem CODEC des (mobilen) Geräts durchzuführen.
Den oben dargestellten unterschiedlichen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass das digitale Kalibrierungsfilter basierend auf der gemessenen oder geschätzten externen Einflussgröße, d. h. in Abhängigkeit der gemessenen oder geschätzten Temperatur bzw. in Abhängigkeit von unterschiedlichen Temperaturbereichen, dynamisch mit den jeweils der externen Einflussgröße zugeordneten Filterkoeffizienten angepasst, d. h. mit denselben programmiert wird. Das programmierbare Kalibrierungsfilter behält nun den bereitgestellten und programmierten Filterkoeffizientensatz solange bei, bis aufgrund von geänderten Werten der externen Einflussgröße ein neuer bzw. aktualisierter Filterkoeffizientensatz an das Kalibrierungsfilter bereitgestellt wird, d. h. das Kalibrierungsfilter mit dem neuen Filterkoeffizientensatz programmiert wird.
Das digitale Kalibrierungsfilter, das beispielsweise auch als Equalizer bezeichnet werden kann, kann somit eine Optimierung bzw. Kalibrierung sowohl des Amplitudengangs, des Phasengangs als auch der Gruppenlaufzeit des Sensorausgangssignals des Sensors durchführen.
In 3 ist nun eine Prinzipdarstellung eines Blockdiagramms einer Schaltungsanordnung unter Verwendung der in 2a dargestellten Verarbeitungseinrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel in Form eines digitalen Filterpfads mit optimiertem LFRO dargestellt. Die Verarbeitungseinrichtung 200 mit der programmierbaren Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 und der Steuerungseinrichtung 220 ist nun Teil der Schaltungsanordnung 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Schaltungsanordnung 300 eine Sensoranordnung 310 mit mindestens einem Sensor 230, einem Analog-Digital-Wandler 320, die Verarbeitungseinrichtung 200, eine Filteranordnung 330, einen Modulator 340, eine Schnittstelle 350 und eine Einflussgrößen-Sensoreinrichtung 360, die z. B. einen Temperatursensor aufweist, auf.
Die Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ist programmierbar eingerichtet, so dass der Frequenzgang des Sensorausgangssignals S_OUT des Sensors 230 bzw. der Sensoren 230 der Sensoranordnung 310 jeweils in einem vorgegebenen Frequenzbereich B einem vorgegebenen bzw. nominellen Frequenzgang für dies Sensoranordnung 310 entsprechen oder im Wesentlichen (innerhalb eines Toleranzbereichs) entsprechen kann. Die Sensoranordnung 310 kann dabei sensorspezifisch, sensorindividuell bzw. für die Gruppe von Sensoren 230 mit ähnlichen Eigenschaften kalibriert werden. Der Fehler der Sensoranordnung bzw. die Abweichung zum vorgegebenen Frequenzgang aufgrund der externen Einflussgröße E, wie z. B. der Temperatur T des Sensors oder der Temperatur T der Umgebungsatmosphäre des Sensors, oder auch die Luftfeuchtigkeit, Luftdruck oder eine Gaskonzentration (CO₂, etc.) in der Umgebungsatmosphäre des Sensors 230 kann mit der Einflussgrößen-Sensoreinrichtung 360 gemessen oder abgeschätzt werden, wobei ein entsprechendes Signal S_E für den gemessenen oder geschätzten, externen Einflussparameter ermittelt werden kann. Davon abhängig kann ein Satz von Filterkoeffizienten aus zwei oder mehr Sätzen an Filterkoeffizienten (auch bezeichnet als Steuersignal) für die Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ausgewählt werden und die Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 entsprechend programmiert werden. Die Auswahl erfolgt derart, dass das kalibrierte Signal in einem vorgegebenen Frequenzbereich B, beispielsweise in einem Bereich von 10 Hz bis 200 Hz, einen Frequenzgang (Amplitudengang, Phasengang und/oder Gruppenlaufzeit) aufweist, der im Mittel eine möglichst geringe Abweichung zu einem vorgegebenen Frequenzgang für die Sensoranordnung aufweist, beispielsweise in einem Bereich von weniger ± 5%, ± 2%, ± 1% um den jeweiligen Wert des Frequenzgangs. Als Fehlersignal können beispielsweise der Amplitudenfehler, Phasenfehler oder die Gruppenlaufzeitfehler herangezogen werden.
Anschaulich ermöglicht die Schaltungsanordnung 300 mit der Verarbeitungseinrichtung 200 basierend auf dem jeweiligen sensorspezifischen Steuersignal S₂ ein Optimieren des Frequenzgangs des Sensorausgangssignals S_OUT des Sensors 230 bzw. der Sensoranordnung 310. Dadurch können durch externe Einflussgrößen bewirkte Schwankungen im Frequenzgang des Sensorausgangssignals der Sensoren, beispielsweise im niederfrequenten Signalbereich B (LFRO), kompensiert werden, wobei dies beispielsweise auch als ein Optimieren des Frequenzgangs verstanden werden kann.
Die Schaltungsanordnung 300 ist beispielsweise als einen Drucksensoranordnung oder eine Schallwandleranordnung, z. B. Mikrofonanordnung, unter Verwendung eines MEMS-Bauelements ausgebildet. Die Mikrofonanordnung 310 kann eine Anordnung mit einem oder mehreren Mikrofonen (MEMS-Mikrofone) aufweisen. In diesem Fall sind die Mikrofone als Sensoren 230 der Sensoranordnung 310 eingerichtet.
Bei Ausführungsbeispielen wird die Schaltungsanordnung 300 verwendet, um beispielsweise Umgebungsschall, Sprache, Musik oder dergleichen in Form von Schalldruckänderungen aufzuzeichnen und ein darauf basierendes Ausgangssignal S₆ bereitzustellen. Das Aufzeichnen oder Bereitstellen eines Signals kann als ein elektrisches Signal bereitstellend verstanden werden, das vom Umgebungsschall oder vom auf das Mikrofon einwirkenden Schalldruck abhängt. Es können insbesondere verschiedene Mikrofontypen verwendet werden, wobei gemäß einem Ausführungsbeispiel der Sensor 230 als ein MEMS-Schallwandler oder MEMS-Mikrofon (MEMS = mikroelektromechanisches System) bzw. als ein MEMS-Siliziummikrofon implementiert ist.
Ein Entsprechen oder ein im Wesentlichen (innerhalb eines Toleranzbereichs) Entsprechen des Frequenzgangs des Sensorausgangssignals S_OUT mit einem vorgegebenen Frequenzgang bedeutet, dass die Amplitudenverstärkung, der Phasenwinkel und/oder die Gruppenlaufzeit des Sensorausgangssignals S_OUT des Sensors bei einer Frequenz den vorgegebenen Wert des Frequenzgangs bei dieser Frequenz entspricht, d. h. identisch ist (beispielsweise unter Beachtung von Rundungsregeln und Messfehlern), oder innerhalb eines Toleranzbereichs um diesen Wert liegt, d. h. der jeweilige Wert des Signals kann geringfügig von dem Wert des vorgegebenen Frequenzgangs abweichen. Der Wert des Signals entspricht beispielsweise im Wesentlichen dem vorgegebenen Wert des vorgegebenen Frequenzgangs, wenn er in einem Bereich von beispielsweise ungefähr ± 10%, beispielsweise ± 5% oder ± 1% um den Wert des vorgegebenen Frequenzgangs liegt.
Für den Fall, dass das von einem Filter aufgenommene Signal S₁ auf einem anderen, bereitgestellten Signal S_OUT basiert, ist derart zu verstehen, dass das aufgenommene Signal S₁ identisch mit dem bereitgestellten Signal S_OUT ist oder das bereitgestellte Signal zunächst noch anderweitig verarbeitet wird, beispielsweise durch ein anderes Filter, bevor es von dem Filter aufgenommen wird.
Der mindestens eine Sensor 230 ist eingerichtet, ein analoges Signal S_OUT bereitzustellen. Die Sensoranordnung 310 kann mehrere Sensoren 230 aufweisen. Die Sensoren 230 stellen jeweils ein analoges Signal S_OUT bereit. Mindestens ein Signal S_OUT eines Sensors 230 wird bezüglich des vorgegebenen Frequenzgangs verändert. Weiterhin können die Signale S_OUT von mehreren Sensoren 230 der Sensoranordnung 310 bezüglich eines gemeinsamen, vorgegebenen Frequenzgangs, d.h. bezüglich des gleichen Frequenzgangs, verändert werden.
Mindestens ein Sensor 230 der Sensoranordnung kann eine Membran aufweisen, wobei eine Auslenkung der Membran aus einer Ruhelage das analoge Signal S_OUT erzeugt. Die Membran ist beispielsweise eine mikroelektromechanische Struktur (MEMS) oder weist eine solche auf. Alternativ oder mit anderen Worten, der Sensor kann eine mikroelektromechanische Struktur sein oder aufweisen.
Der Analog-Digital-Wandler 320 ist eingerichtet, das analoge Signal S_OUT aufzunehmen und ein erstes Signal S₁ bereitzustellen. Optional kann das analoge Signal S_OUT des Sensors mittels eines Verstärkers, beispielsweise einem Source-Folger verstärkt werden, bevor es von dem Analog-Digital-Wandler 320 aufgenommen wird. Der Analog-Digital-Wandler 320 kann ein Mehrbitwandler sein, so dass das erste Signal S₁ eine Mehrbitdarstellung ist. Der Analog-Digital-Wandler ist beispielsweise ein Sigmadelta Analog-Digital-Wandler, beispielsweise 3. Ordnung.
Die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers 320 kann veränderlich sein, so dass mehrere Abtastfrequenzen durch die Schaltungsanordnung 300 unterstützt werden können. Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen von Schaltungsanordnungen ist eine Eigenschaft der Sensoranordnung veränderlich, was es ermöglichen kann, ähnliche Modifikationseigenschaften der Sensoranordnung für verschiedene Abtastfrequenzen des Analog-Digital-Wandlers 320 zu erreichen. Die Abtastfrequenz weist beispielsweise einen Wert in einem Bereich von ungefähr 1 MHz bis ungefähr 4 MHz auf.
Die Steuereinheit 220 ist eingerichtet, ein vom Frequenzgang des Sensors 230 abhängiges, Sensor-spezifisches Steuersignal S₂ aus mehreren Steuersignalen S_2-1 - S_2-4 auszuwählen und an das Kalibrierungsfilter 210 bereitzustellen.
Die Steuereinheit 220 ist beispielsweise ein integrierter Schaltkreis (IC) oder ein anwendungsspezifischer, integrierter Schaltkreis (ASIC) oder weist einen solchen auf. Die kann ferner einen Detektorschaltkreis aufweisen oder damit verbunden sein, um eine Sensorspezifische Eigenschaft eines mit der Steuereinheit 220 verbundenen Sensors 230 zu erfassen.
Der Kalibrierungsfilter 210 ist eingerichtet, ein auf dem ersten Signal S₁ basierendes Signal aufzunehmen und ein kalibriertes Signal S₃ bereitzustellen. Das von dem Kalibrierungsfilter 210 ausgegebene, kalibrierte Signal S₃ hängt ferner von dem Steuersignal S₂ ab, das auf einem Sensor-spezifisch erfassten Eigenschaft S_E basiert.
Das Kalibrierungsfilter 210 arbeitet im zeitdiskreten digitalen Bereich und stellt bei jedem Verarbeitungsschritt ein bezüglich einem vorgegebenen Frequenzgang kalibriertes Signal S₃ bereit. Das kalibrierte Signal hängt vom mit Skalierungsparametern (a0, b0, b1) multiplizierten gegenwärtigen Eingangssignal ab. Das Eingangssignal kann das von dem Analog-Digital-Wandler 320 bereitgestellte, erste Signal S₁ sein oder darauf basieren.
Das Kalibrierungsfilter 210 kann als ein programmierbares, digitales Kalibrierungsfilter 210 eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich ist das Kalibrierungsfilter 210 als ein digitales Kalibrierungsfilter 210 eingerichtet. Das Kalibrierungsfilter 210 weist beispielsweise mindestens zwei Filterkoeffizienten b0, b1, beispielsweise drei Filterkoeffizienten a0, b0, b1, auf.
Das Kalibrierungsfilter ist beispielsweise ein programmierbares, digitales, z.B. rekursives Filter mit der Übertragungsfunktion H(z): $H (z) - \frac{b 1_{z}^{1} + b 0}{z^{1} + a 0}$
mit b₁, b₀ und a₀ als Filterkoeffizienten.
Dieses Filter weist grundsätzlich drei Freiheitsgrade, d.h. drei Koeffizienten auf. Bei geringer Abweichung des Frequenzganges von dem vorgegebenen Frequenzgang und/oder reduzierter Abtastrate kann der Koeffizient ao im Nenner der Antwortfunktion H(z) des Kalibrierungsfilters fixiert werden. Dadurch wird ermöglicht, dass für das Kalibrierungsfilter zwei Filterkoeffizienten (b₁, b₀) ausreichen, um den Frequenzgang der Schaltungsanordnung an den vorgegebenen Frequenzgang anzunähern bzw. zum Übereinstimmen zu bringen.
Das kalibrierte Signal S₃ ist in mindestens einem Frequenzbereich unterschiedlich zu dem ersten Signal S₁ . In verschiedenen Ausführungsbeispielen entspricht das kalibrierte Signal S₃ in mindestens einem Frequenzbereich dem ersten Signal S1, beispielsweise für Frequenzen größer ungefähr 10 kHz. Mit anderen Worten, d.h. in diesem Frequenzbereich erfolgt durch das Kalibrierungsfilter 208 eine 1-zu-1-Abbildung des Signals, wie in 3A veranschaulicht ist.
Die Filteranordnung 330 ist zum Aufnehmen eines auf dem ersten Signal S1 basierenden Signals S₃ und Bereitstellen eines weiteren Signals S₄ eingerichtet. Anschaulich ist die Filteranordnung 330 mit dem Analog-Digital-Wandler 320 verbunden, sodass das von dem Analog-Digital-Wandler 320 bereitgestellte Signal S₁ in ein von der Filteranordnung 330 bereitgestelltes Signal S4 verarbeitet bzw. umgewandelt wird. Beispielsweise ist die Filteranordnung 330 eingerichtet, ein auf dem kalibrierten Signal S₃ basierendes Signal, beispielsweise das kalibrierte Signal S₃ , aufzunehmen und ein weiteres Signal S4 bereitzustellen.
Das weitere Signal S₄ ist in mindestens einem Frequenzbereich unterschiedlich zu dem kalibrierten Signal und erstem Signal. In verschiedenen Ausführungsbeispielen entspricht das weitere Signal S₄ in mindestens einem Frequenzbereich dem kalibrierten Signal S₃ , d.h. es erfolgt eine 1-zu-1-Abbildung des Signals in diesem Frequenzbereich durch die Filteranordnung bzw. das Kalibrierungsfilter.
Die Filteranordnung 330 kann beispielsweise eines oder mehrere der nachfolgenden Filter oder Filterfunktionen aufweisen: ein frequenzselektives Filter, beispielsweise ein Passfilter und/oder ein Sperrfilter; ein Dezimationsfilter, ein Interpolationsfilter, ein Filter zum Reduzieren der Gruppenlaufzeit. Die Filteranordnung 330 kann linear und Zeit invariant eingerichtet sein. Alternativ weist die Filteranordnung 330 beispielsweise ein Filter zum Ändern der Abtastrate auf, beispielsweise ein Dezimationsfilter und/oder ein Interpolationsfilter; wodurch die Filteranordnung nicht-linear wird. Mit anderen Worten: In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Filteranordnung 330 ein Filter aufweisen, das eingerichtet ist, die Gruppenlaufzeit eines durchlaufenden Signals zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Filteranordnung 330 ein Filter oder eine Filterfunktion aufweisen, das anschaulich als ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter eingerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Filteranordnung 330 ein Filter oder eine Filterfunktion aufweisen, das anschaulich die Abtastrate des Signals verändert, beispielsweise in Form eines Dezimationsfilters und/oder eines Interpolationsfilters. Die Filteranordnung kann ein Filter oder mehrere Filter oder Filterfunktionen aufweisen. Mehrere Filterfunktionen können in einem gemeinsamen Filter implementiert sein. Filterfunktionen sind beispielsweise ein Ändern der Abtastrate des aufgenommenen Signals, ein Ändern des Frequenzganges des aufgenommenen Signals, beispielsweise ein selektives Sperren oder Passieren-Iassen von Frequenzbereichen des aufgenommenen Signals. Das Filter oder die mehreren Filter können jeweils einstufig oder mehrstufig eingerichtet sein.
Die unten noch ausführlicher beschriebenen, aufgenommenen und bereitgestellten Signale S₁ , S₂ , S₃ , S₄, S₅, S₆, S_E können jeweils ein digitales Signal sein und unterschiedlich zueinander sein.
Das von dem Kalibrierungsfilter 210 bereitgestellte, kalibrierte Signal S₃ basiert auf dem vom Analog-Digital-Wandler 320 bereitgestellten ersten Signal S₁ und dem von der Steuereinheit 220 bereitgestellten Sensor-spezifischen Steuersignal S₂ . Das kalibrierte Signal S₃ entspricht oder entspricht im Wesentlichen in einem vorgegebenen Frequenzbereich einem vorgegebenen Frequenzgang.
Das Sensor-spezifische Steuersignal S₂ kann abhängig von einer gemessenen oder geschätzten Eigenschaft des Sensors S_E bezüglich eines vorgegebenen Amplitudenganges, eines vorgegebenen Phasenganges und/oder einer vorgegebenen Gruppenlaufzeit sein. Die Steuereinheit 220 weist beispielsweise einen Speicher 240 auf oder ist mit einem solchen verbunden. In dem Speicher sind die mehreren Steuersignale S_2-1 - S_2-4 gespeichert. Die Steuereinheit 220 ist eingerichtet, abhängig von der gemessenen oder abgeschätzten Eigenschaft des Sensors S_E eines der mehreren Steuersignale S₂ als Sensor-spezifisches Steuersignal S₂ auszuwählen und an das Kalibrierungsfilter 210 bereitzustellen.
Das Sensor-spezifisches Steuersignal S₂ kann einen Satz SK an Filterkoeffizienten oder Filterkoeffizienten für das Kalibrierungsfilter enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann das Kalibrierungsfilter 210 einen weiteren Speicher aufweisen oder mit einem solchen verbunden sein. In diesem weiteren Speicher können mehrere Sätze an Filterkoeffizienten oder Filterkoeffizienten für das Kalibrierungsfilter 210 gespeichert sein. Das Kalibrierungsfilter 210 ist eingerichtet, abhängig von dem Sensor-spezifischen einen Satz an Filterkoeffizienten aus dem mit dem Kalibrierungsfilter verbundenen Speicher zu laden. Dadurch kann das auf dem ersten Signal basierende, von dem Kalibrierungsfilter aufgenommene Signal zu dem vorgegebenen Frequenzgang hin verändert bzw. darauf kalibriert werden.
Das von dem Analog-Digital-Wandler 320 bereitgestellte, erste Signal S₁ kann bei einem linearen, zeitinvarianten Verhalten der Schaltungsanordnung dieselbe Abtastrate wie das von der Sensor- bzw. Schaltungsanordnung 300 bereitgestellte Signal S₆ aufweisen. Die beiden Signale können sich jedoch in der Amplitude, in der Phase und in der Gruppenlaufzeit unterscheiden.
Das Verhältnis der Amplituden von aufgenommenem Signal (Eingangssignal) und bereitgestelltem Signal (Ausgangssignal) in Abhängigkeit von der Frequenz ist der Amplitudengang. Der Unterschied der Phase zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Frequenz ist der Phasengang.
Die Schaltungsanordnung 300 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ferner einen Modulator 340 aufweisen. Der Modulator ist mit dem Analog-Digital-Wandler 320, dem Kalibrierungsfilter 210 und/oder der Filteranordnung 330 verbunden. Der Modulator 340 ist eingerichtet, ein auf dem kalibrierten Signal S₃ basierendes Signal S₅ bereitzustellen. Das Signal S₅ kann beispielsweise auf dem weiteren Signal S₄ basieren, d.h. der Modulator 340 ist zum Aufnehmen eines auf dem Signal S₄ basierenden Signals und Bereitstellen eines Signals S₅ eingerichtet.
Das von dem Modulator 340 aufgenommene Signal weist eine erste Wortbreite auf. Der Modulator 340 ist eingerichtet, das von dem Modulator 340 aufgenommene Signal so zu verarbeiten, dass das von dem Modulator 340 bereitgestellte Signal S₄ eine zweite Wortbreite aufweist. Die zweite Wortbreite kann geringer als die erste Wortbreite sein, beispielsweise ist die erste Wortbreite größer als 4 bit, beispielsweise größer als 8 bit, beispielsweise größer als 20 bit; und die zweite Wortbreite kleiner als 8 bit, beispielsweise kleiner als 4 bit, beispielsweise 1 bit.
Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen stellen ein Signal S₅, S₆ in einer Einzelbitdarstellung bereit und können dieses Signal mittels des Modulator 340 zum Bereitstellen der Einzelbitdarstellung aus einer Mehrbitdarstellung, die in vorhergehenden Verarbeitungsschritten innerhalb der Sensoranordnung verwendet werden kann, bereitstellen.
Die Schaltungsanordnung 300 kann ferner eine Schnittstelle 350 aufweisen. Die Schnittstelle 350 ist zum Bereitstellen eines Ausgangssignals S₆ eingerichtet. Das Signal S₆ basiert auf dem zweiten Signal S₄ bzw. dem kalibrierten Signal S₃ . Die Schnittstelle 350 kann beispielsweise zum Aufnehmen des Signals S₅ eingerichtet sein, und eingerichtet sein, das Signal S₆ bereitzustellen. Das Signal S₆ kann identisch mit dem kalibrierten Signal S₃ , oder den Signalen S₄, S₅ sein.
Die Schnittstelle 350 ist zum Bereitstellen des Signals S₆ an eine Schaltungsanordnungexterne Umgebung eingerichtet und kann beispielsweise eine Buchse aufweisen. Beispielsweise kann die Schnittstelle 350 eingerichtet sein, das auszugebende Signal auf mehrere Kanäle oder Pins aufzuteilen. Das von der Schnittstelle 350 bereitgestellte Signal S₆ kann in beliebigen verschiedenen Darstellungen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein Einzelbitprotokoll verwendet werden, so dass das Signal S₆ als ein Bitstrom bereitgestellt wird. Andere Implementationen können das Signal S₆ als eine Sequenz von Bits oder Bytes, beispielsweise im Hexadezimalsystem oder im Dezimalsystem, bereitstellen. Weitere Ausführungsformen können ein Signal S₆ als ein Analogsignal bereitstellen. An die Schnittstelle 350 kann beispielsweise ein akustisches Ausgabegerät und/oder ein optisches Ausgabegerät angeschlossen werden, beispielsweise ein Lautsprecher bzw. eine Display-Anzeige. Das Ausgabegerät kann weitere Filter und/oder signalverarbeitende Komponenten aufweisen, die das an der Schnittstelle bereitgestellte Signal weiter verarbeiten und verändern. Das Signal S₆ kann ein Ein-Bit Signal oder ein Mehr-Bit Signal (auch als m-Bit oder Multi-Bit Signal bezeichnet) sein.
Mit anderen Worten: In dem in 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel stellt der Sensor 230 der Sensoranordnung das analoge Signal S_OUT bereit. Der Analog-Digital-Wandler 320 nimmt das analoge Signal S_OUT auf und stellt ein erstes Signal S₁ bereit. Die Filteranordnung 210 nimmt ein auf dem ersten Signal S₁ basierendes Signal auf und stellt das Signal S₃ bereit. Der Modulator 34 nimmt ein auf dem Signal S₄ basierendes Signal auf und stellt das Signal S₅ bereit.
Eine Schaltungsanordnung gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen umfasst ferner einen oder mehrere Anschlüsse, um die Möglichkeit bereitzustellen, alle Komponenten innerhalb des Sensoranordnung in einem einzigen Montageschritt durch den Anschluss (die Anschlüsse) mit weiteren Schaltungsanordnungen, gedruckten Leiterplatten oder dergleichen zu verbinden.
Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen einer Schaltungsanordnung umfassen eine gemeinsame Gehäuseanordnung, welche den Sensor und die weiteren Komponenten, beispielsweise den Verstärker, beispielsweise Sourcefolger, den Analog-Digital-Wandler 320, die Filteranordnung 330 und/oder den Modulator 340, zumindest teilweise umschließt, wobei die gemeinsame Gehäuseanordnung Zufuhrverbinder für die elektrische Verbindung aller Komponenten mit weiteren Schaltungsanordnungen aufweist. Ein Schaltungsanordnung gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen kann als eine einzelne Einheit verstanden werden, die als eine diskrete unabhängige Vorrichtung behandelt werden kann, so dass die Komponenten innerhalb der Schaltungsanordnungen mit weiteren Vorrichtungen oder Schaltungsanordnungen verbunden werden können, indem die Schaltungsanordnung insgesamt mit den weiteren Schaltungsanordnungen elektrisch verbunden wird. Dies kann es ermöglichen, die Anzahl der innerhalb einer Anwendung verwendeten Anschlüsse zu verringern, beispielsweise indem ein einziger Versorgungsspannungsanschluss für den Sensor und die weiteren Komponenten innerhalb des Gehäuses verwendet wird.
Die Schaltungsanordnung 300 kann beispielsweise ein digitales Mikrofon oder ein analoges Mikrofon aufweisen. Dem Mikrofon kann beispielsweise ein Lautsprecher und/oder eine Spracherkennungsvorrichtung nachgeordnet sein, der/die Teil der Schaltungsanordnung sein kann oder mit dieser mittels einer Schnittstelle verbindbar ist. Mit anderen Worten: Der Sensor 230; der Analog-Digital-Wandler 320, die jeweiligen Filter 210, 330, die Steuereinheit 220 und/oder der optionale Modulator 340 können in einer oder mehrerer Vorrichtungen implementiert sein, die miteinander verbunden werden können.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Filteranordnung 330 das von dem Analog-Digital-Wandler 320 bereitgestellte Signal S₁ aufnehmen und das Signal S₄ bereitstellen, das von dem Kalibrierungsfilter 210 aufgenommen wird und - wie oben beschrieben - bezüglich einem vorgegebenen Frequenzgang kalibriert wird. Die Filteranordnung 330 kann in diesem Fall die Abtastrate des ersten Signals S1 verändern, beispielsweise reduzieren. In diesem Fall ist die Schaltungsanordnung nicht-linear und nicht zeitinvariant. Somit unterscheiden sich die Filterkoeffizienten von denen, für den Fall, dass die Filteranordnung 330 dem Kalibrierungsfilter nachgeordnet ist. Anschaulich wird dadurch, dass die Filteranordnung 330 bezüglich des Signalflusses vor dem Kalibrierungsfilter 210 angeordnet ist, dass durch die Filteranordnung 330 veränderte Signal nachkalibriert. Im Falle einer Reduzierung der Abtastrate des ersten Signals S1 durch die Filteranordnung 330 kann die Kalibrierung des an der Schnittstelle 350 bereitgestellten Signals S₆ hin zu dem vorgegebenen Frequenzgang durch das Kalibrierungsfilter effizienter bzw. vereinfach werden.
Im Folgenden wird nun anhand der in 4 dargestellten Prinzipdarstellung ein z. B. mobiles, elektronisches Gerät 400, wie z. B. ein Smartphone, Notebook, Tablet, Laptop, eine Smart-Watch etc., mit der Verarbeitungseinrichtung 200 und optional der Schaltungseinrichtung 300 (wie oben beschrieben) gemäß einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Wie in 4 dargestellt ist, weist das mobile Gerät 400 die Verarbeitungseinrichtung 200 und/oder optional die Schaltungsanordnung 300 gemäß den im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen auf. Ferner weist das mobile Gerät 400 eine Einflussgrößen-Sensoreinrichtung 360 zum Bereitstellen des ermittelten Einflussparameter S_E des Sensors 230 an die Verarbeitungseinrichtung 200 bzw. an die Steuereinrichtung 210 der Verarbeitungseinrichtung auf.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Verarbeitungseinrichtung 200 in der Sensoranordnung 310 implementiert sein, so dass die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 zur digitalen Filterverarbeitung des Sensorausgangssignals S_OUT in der Sensoranordnung 310 implementiert sein kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung 310 eine Schnittstelle 232 aufweisen, um einen Informationsaustausch mit der Verarbeitungseinrichtung 200 durchzuführen, um das sensorspezifische Steuersignal S₂ , d. h. den jeweiligen Satz SK von Filterkoeffizienten, von einem Speicher 240 der Verarbeitungseinrichtung 200 an die Sensoreinrichtung 310 bereitzustellen, wobei der Speicher 230 der Verarbeitungseinrichtung 230 zugeordnet oder logisch mit der Verarbeitungseinrichtung 200 verbunden ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Verarbeitungseinrichtung 200 ferner einen digitalen Programmcode (CODEC) zur Datenverarbeitung aufweisen, wobei die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 zumindest teilweise oder auch vollständig in dem Programmcode der Verarbeitungseinrichtung 200 des mobilen Geräts 400 implementiert sein kann.
Ferner kann die Einflussgrößen-Sensoreinrichtung 360 eine Temperatursensoreinrichtung aufweisen, die mit dem Sensor 230 thermisch gekoppelt ist, um ein Temperatursignal S_E der an dem Sensor 230 oder der Umgebungsatmosphäre des Sensors 230 vorhandenen Temperatur T zu bestimmen oder zumindest abzuschätzen, um basierend auf dem gemessenen oder geschätzten externen Einflussparameter E, d. h. beispielsweise der Temperatur T, ein entsprechendes Informationssignal S_E an die Verarbeitungseinrichtung bereitzustellen.
Die digitale Kalibrierungsfilterung kann auch im Signalpfad „nach hinten“ verschoben werden, d. h. die digitale Kalibrierungsfilterung kann z. B. auch in dem digitalen Programmcode (CODEC) der Datenverarbeitungseinrichtung 200, z. B. eines Mikroprozessors, des mobilen Geräts 400 ausgeführt werden, in dem der Sensor 230 beispielsweise eingebaut ist.
Im Folgenden wird nun anhand von 5 der prinzipielle Ablauf der Verfahrensschritte eines beispielhaften Verfahrens zur Kalibrierung eines Sensorausgangssignals eines Sensors in einer Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Schaltungsanordnung 300 weist beispielsweise eine Sensoranordnung mit zumindest einem Sensor 230 auf, der ausgebildet ist, ein analoges Sensorausgangssignal S_OUT bereitzustellen. Bei einem Verfahren 500 zur Kalibrierung wird zunächst in einem Schritt 510 ein gemessenen oder geschätzter, externer Einflussparameter des Sensors 230 der Sensoranordnung 310 erfasst.
Bei einem Schritt 510 wird ein Einflussparameter des Sensors ermittelt.
Bei einem Schritt 520 wird ein Steuersignal aus einer Mehrzahl an Steuersignalen basierend auf dem ermittelten Einflussparameter ermittelt, wobei das Sensor-spezifische Steuersignal von dem ermittelten Einflussparameter des Sensors bzgl. des vorgegebenen Frequenzgangs abhängt.
Bei einem Schritt 530 wird das auf dem Sensorausgangssignal basierende und an das Kalibrierungsfilter bereitgestellte Signal mittels des Steuersignals verändert, um ein kalibriertes Ausgangssignal bereitzustellen, wobei das Steuersignal eine digitale Filter-Verarbeitung des bereitgestellten Signals mit mindestens zwei Filterkoeffizienten-Koeffizienten bewirkt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei dem Schritt des Veränderns 530 beispielsweise eine rekursive, digitale Filter-Verarbeitung des bereitgestellten Signals mit mindestens zwei Filterkoeffizienten-Koeffizienten bewirkt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei dem Erfassen des Einflussparameters beispielsweise eine gemessene oder geschätzte, momentane, externe Einflussgröße des Sensors erfasst, der bei einer Abweichung von einer vorbestimmten Wert im Betreib des Sensors eine Abweichung des Frequenzgangs des Sensors in einem vorgegebenen Frequenzbereich zu dem vorgegebenen Frequenzgang des Sensors bewirkt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Mehrzahl unterschiedlicher Sätze von Sensor-spezifischen Filterkoeffizienten für die digitale Filterverarbeitung in einem Speicher gespeichert, wobei die unterschiedlichen Sätze unterschiedlichen Werten des Einflussparameters, z.B. Temperaturen oder Temperaturbereichen, des Sensors zugeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Satz von Sensor-spezifischen Filterkoeffizienten für die digitale Filterverarbeitung abhängig von dem gemessenen oder abgeschätzten Einflussparameter des Sensors eines der Mehrzahl von Steuersignalen ausgewählt und bereitgestellt.
Im Folgenden wird Bezug nehmend auf die obigen 2 bis 5 das vorliegende Konzept zur Kalibrierung eines Sensorausgangssignals hinsichtlich des Frequenzgangs nochmals zusammengefasst dargestellt.
Um die z. B. temperaturabhängige Variation des LFRO's (LFRO = Low Frequency Roll-off) im Sensorausgangssignal S_OUT eines Sensors 230, z. B. eines MEMS-Schallwandlers, zu kompensieren, wird gemäß Ausführungsbeispielen ein programmierbares digitales Filter (Kalibrierungsfilter) 210, wie in den 2a und 3 dargestellt, verwendet. Entsprechend einer gemessenen und/oder geschätzten Temperatur bzw. einer gemessenen und/oder geschätzten, externen Einflussgröße E werden die Koeffizienten eines digitalen Filters, d. h. der digitalen Kalibrierungsfiltereinrichtung 210, eingestellt. Untersuchungen durch die Erfinder haben gezeigt, dass im Allgemeinen ein digitales Filter erster Ordnung für die Kompensation des Frequenzgangs, z. B. eines Sensorausgangssignals S_OUT eines Sensors 230, ausreichend ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung 210 ausgebildet, um basierend auf dem sensorspezifischen Steuersignal S₂ eine rekursive, digitale Filterverarbeitung des digitalen Eingangssignals S₁ durchzuführen.
Gemäß vorliegenden Ausführungsbeispielen werden somit temperaturabhängige Variationen des Frequenzgangs eines MEMS-Schallwandlers bzw. Mikrofons, mittels dynamischer, digitaler Kalibrierung minimiert.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die digitale Kalibrierung entweder in der der Sensoranordnung zugeordneten Schaltungseinrichtung 300 durchgeführt werden. Im Allgemeinen kann die digitale Kalibrierung bzw. Filterung auch im Signalverarbeitungspfad „nach hinten“ verschoben werden und beispielsweise im Programmcode (CODEC) eines Geräts bzw. mobilen Geräts erfolgen. Dieses Ausführungsbeispiel ist anwendbar, wenn in der Sensoranordnung 310 keine Information bezüglich der externen Einflussgröße, wie z. B. der Temperatur des Sensors, vorhanden ist, das mobile Gerät aber durchaus diese Information bereitstellen kann. Ferner können die Parameter für die Kalibrierung, d. h. die unterschiedlichen Sätze von Filterkoeffizienten, in der dem Sensor bzw. der Sensoranordnung zugeordneten Schaltungsanordnung abgespeichert werden.
So können gemäß Ausführungsbeispielen durch eine dynamische, digitale Kalibrierung mittels des digitalen Filters temperaturabhängige Variationen des Frequenzgangs des Sensors, beispielsweise des Mikrofon-Frequenzgangs, kompensiert bzw. minimiert werden.
Die Cornersimulationen (Randfrequenzsimulationen) eines MEMS-Schallwandlers zeigen in 1a-b für niedrige Frequenzen eine maximale Variation des Frequenzgangs über der Temperatur. Mit der in den 2a und 3 in Form eines Blockdiagramms dargestellten Verarbeitungseinrichtung 200 bzw. Schaltungsanordnung 300 mit dem digitalen Filterpfad kann eine Kompensation von temperaturbedingten bzw. beliebigen Umgebungseinflussbedingten Schwankungen des Frequenzgangs durchgeführt werden. Für die Kalibrierung wird ein programmierbares, digitales Filter 210 mit der Übertragungsfunktion H(z) verwendet. Dieses Filter 210 kann beispielsweise drei Freiheitsgrade , d.h. einen Satz mit drei Filterkoeffizienten, aufweisen. Ferner kann das digitale Filter 210 als ein rekursives Filter ausgebildet sein. Mit den für die einzelnen Grenzfälle optimierten Filterkoeffizienten (vgl. 2b) ist der in 2c resultierenden Amplitudengang erreichbar. Im Vergleich dazu ist in 1b der nicht-kompensierte Amplitudengang nochmals dargestellt. Es ist klar zu erkennen, dass die kompensierten Amplitudengänge von 2c sich fast perfekt mit dem nominellen Amplitudengang decken, wobei beispielsweise als nominell die Temperatur T₀ von 25 °C angenommen werden kann.
Für die Implementierung der Kalibrierung wird also ein digitales Filter mit z. B. drei programmierbaren Koeffizienten eingesetzt. Gemäß Ausführungsbeispielen kann ferner bei nur sehr geringen Performance-Verlust der Koeffizienten ao der Übertragungsfunktion H(z) „fixiert“ werden, wobei dann nur zwei programmierbare Koeffizienten pro Satz von Filterkoeffizienten benötigt werden. Dies ermöglicht eine weitere effiziente Implementierung des vorliegenden Kalibrierungskonzepts.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Es versteht sich, dass in der vorhergehenden detaillierten Beschreibung, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzten Ausdrücke sollten auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z.B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ usw.).
Die hier verwendete Terminologie bezweckt nur das Beschreiben bestimmter Ausführungsbeispiele und soll nicht begrenzend für Ausführungsbeispiele sein. Nach hiesigem Gebrauch sollen die Singularformen „ein, eine“ und „das, der, die“ auch die Pluralformen umfassen, es sei denn im Zusammenhang wird deutlich etwas anderes angegeben. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweisen“ und/oder „aufweisend“ bei hiesigem Gebrauch das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile angeben, aber nicht das Vorhandensein oder die Zufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen.
Sofern nicht anderweitig definiert besitzen alle hier benutzten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung wie sie gewöhnlich von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verstanden wird, zu dem Ausführungsbeispiele gehören. Weiterhin versteht es sich, dass Begriffe, z.B. die in gewöhnlich benutzten Wörterbüchern Definierten, als eine Bedeutung besitzend ausgelegt werden sollten, die ihrer Bedeutung im Zusammenhang der entsprechenden Technik entspricht. Sollte die vorliegende Offenbarung jedoch einem Begriff eine bestimmte Bedeutung geben, die von einer Bedeutung wie sie gewöhnlich von einem Durchschnittsfachmann verstanden wird abweicht, ist diese Bedeutung in dem konkreten Kontext, in dem diese Definition gegeben ist, zu berücksichtigen.
In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.
Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin dargestellt und beschrieben wurden, wird einem Fachmann offensichtlich sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen für die spezifischen dort gezeigten und dargestellten Ausführungsbeispiele ersetzt werden können, ohne von dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung abzuweichen. Dieser Anmeldungstext soll alle Adaptionen und Variationen der hierin beschriebenen und erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist der vorliegende Anmeldungsgegenstand lediglich durch den Wortlaut der Ansprüche und den äquivalenten Ausführungsformen derselben begrenzt.
Bezugszeichenliste

100: nicht kalibrierter Frequenzgang
102: Frequenz
104: Amplitudengang
200: Verarbeitungseinrichtung
210: digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung
220: Steuerungseinrichtung
230: Sensor
232: Schnittstelle
240: Speicher
300: Schaltungsanordnung
310: Sensoranordnung
320: Analog-Digital-Wandler
330: digitaler Filterpfad
340: digitaler Modulator
350: Schnittstelle
360: Einflussgrößen-Sensoreinrichtung (Temperatursensor)
400: mobiles Gerät
500: Verfahren zur Kalibrierung eines Sensorausgangssignals
510-530: Verfahrensschritte
fB: Frequenzbereich (LFRO)
E: externe Einflussgröße
KF1 - KF4: Korrekturfunktionen
SE: ermittelter Einflussparameter
SK1 - SK4: Sätze von Filterkoeffizienten
S1: Eingangssignal
S2, S2-1 - S2-4: sensorspezifische Steuersignale
S3: kalibriertes Ausgangssignal
SOUT: analoges Sensorausgangssignal
S4-S6: Signale
T, T1 -T4: Temperatur

Claims

Verarbeitungseinrichtung (200) mit folgenden Merkmalen: einer digitalen Kalibrierungsfiltereinrichtung (210), die ausgebildet ist, um ein digitales Eingangssignal (S₁) aufzunehmen, das auf einem Sensorausgangssignal (S_OUT) eines Sensors (230) basiert, um basierend auf einem sensorspezifischen Steuersignal (S₂) eine digitale Filterverarbeitung des digitalen Eingangssignals (S₁) durchzuführen, um ein kalibriertes Ausgangssignal (S₃) bereitzustellen, und einer Steuerungseinrichtung (220), die ausgebildet ist, um das sensorspezifische Steuersignal (S₂) aus einer Mehrzahl von sensorspezifischen Steuersignalen basierend auf einem ermittelten Einflussparameter (S_E) auszuwählen und an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) bereitzustellen.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß Anspruch 1, wobei der ermittelte Einflussparameter (S_E) eine gemessene oder geschätzte externe Einflussgröße des Sensors (230) ist, der bei einer Abweichung von einem vorbestimmten Wert im Betrieb des Sensors (230) eine Abweichung des Frequenzgangs des Sensorausgangssignals (S_OUT) des Sensors zu einem vorgegebenen Frequenzgang bewirkt.
Verarbeitungseinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Einflussgröße eine Temperatur des Sensors oder eine Temperatur der Umgebungsatmosphäre des Sensors (230) ist, oder wobei die Einflussgröße eine momentane Luftfeuchtigkeit, ein momentaner Luftdruck oder eine momentane Gaskonzentration in der Umgebungsatmosphäre des Sensors (230) ist.
Verarbeitungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einflussparameter (S_E) eine gemessenen oder geschätzte, momentane Temperatur des Sensors (230) ist, die bei einer Abweichung von einer vorbestimmten Temperatur vom Betrieb des Sensors (230) eine temperaturbedingte Abweichung des Frequenzgangs des Sensors (230) in einem vorbestimmten Frequenzbereich (B) zu dem vorgegebenen Frequenzgang des Sensors bewirkt.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) ausgebildet ist, um eine temperaturbedingte Abweichung des Frequenzgangs des Sensors (230) in einem vorgegebenen Frequenzbereich B auszugleichen oder zumindest zu verringern.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (220) ausgebildet ist, um basierend auf einer bereitgestellten Temperaturinformation, das der Temperaturinformation zugeordnete sensorspezifische Steuersignal (S₂) auszuwählen und an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) bereitzustellen.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (220) einen Speicher (240) aufweist oder mit einem Speicher (240) logisch verbunden ist, wobei in dem Speicher (240) die Mehrzahl von sensorspezifischen Steuersignalen gespeichert sind, und wobei die Steuerungseinrichtung (220) ferner ausgebildet ist, um abhängig von dem gemessenen oder geschätzten, externen Einflussparameter des Sensors (230) eines der Mehrzahl von sensorspezifischen Steuersignalen als das sensorspezifische Steuersignal (S₂) auszuwählen und an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) bereitzustellen.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß Anspruch 7, wobei die rekursive Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) mit dem von der Steuerungseinrichtung (220) bereitgestellten sensorspezifischen Steuersignal (S₂) programmierbar ist, und ferner das programmierbare sensorspezifische Steuersignal bis zur Bereitstellung eines weiteren, unterschiedlichen sensorspezifischen Steuersignals von der Steuerungseinrichtung (220) beibehält.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei in dem Speicher (240) eine Mehrzahl unterschiedlicher Sätze von sensorspezifischen Filterkoeffizienten als die sensorspezifischen Steuersignale für die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) gespeichert sind, die unterschiedlichen Werten von den Wertebereichen des Einflussparameters (S_E) zugeordnet sind.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß Anspruch 9, wobei das von der Steuerungseinrichtung (220) bereitgestellte sensorspezifische Steuersignal (S₂) einen Satz von sensorspezifischen Filterkoeffizienten (k1-k4) für die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung (220) ferner ausgebildet ist, den Satz von sensorspezifischen Filterkoeffizienten (k1-k4) basierend auf dem bereitgestellten Einflussparameter (S_E) des Sensors an die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) bereitzustellen.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) zumindest zwei oder drei Filterkoeffizienten aufweist.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei der vorgegebene Frequenzgang des Sensors (230) ein vorgegebener Amplitudengang, ein vorgegebener Phasengang und/oder eine vorgegebene Gruppenlaufzeit in einem vorgegebenen Frequenzbereich (B) ist.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit folgendem Merkmal: einer Sensoranordnung mit einer Mehrzahl von Sensoren, die jeweils ein analoges Sensorausgangssignal (S_OUT) bereitstellen, wobei mindestens ein Sensorausgangssignal (S_OUT) eines Sensors (230) bei einer Änderung des Einflussparameters bezüglich des vorgegebenen Frequenzgangs verändert wird.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (230) ein MEMS-Bauelement aufweist, wobei das MEMS-Bauelement ausgebildet ist, um das analoge Sensorausgangssignal (S_OUT) bereitzustellen.
Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) als eine rekursive, digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) ausgebildet ist, um basierend auf dem sensorspezifischen Steuersignal (S₂) eine rekursive, digitale Filterverarbeitung des digitalen Eingangssignals (S₁) durchzuführen.
Mobiles Gerät (400) mit folgenden Merkmalen: einer Verarbeitungseinrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, und einer Einflussgrößen-Sensoreinrichtung zum Bereitstellen des ermittelten Einflussparameters (S_E) des Sensors an die Verarbeitungseinrichtung (200).
Mobiles Gerät (400) gemäß Anspruch 16, wobei die Verarbeitungseinrichtung (200) an dem Sensor (230) implementiert ist.
Mobiles Gerät (400) gemäß Anspruch 17, wobei der Sensor (230) eine Schnittstelle (232) aufweist, um einen Informationsaustausch mit der Verarbeitungseinrichtung (200) durchzuführen, um das sensorspezifische Steuersignal (S₂) von einem Speicher (240) an den Sensor (230) bereitzustellen, wobei der Speicher (230) der Verarbeitungseinrichtung (230) zugeordnet oder logisch mit der Verarbeitungseinrichtung (200) verbunden ist.
Mobiles Gerät (400) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Verarbeitungseinrichtung (200) einen Programmcode (CODEC) zur Datenverarbeitung aufweist, wobei die digitale Kalibrierungsfiltereinrichtung (210) zumindest teilweise oder vollständig in dem Programmcode implementiert ist.
Mobiles Gerät (400) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Einflussgrößen-Sensoreinrichtung eine Temperatursensoreinrichtung aufweist, die mit dem Sensor (230) thermisch gekoppelt ist, um ein Temperatursignal (S_E) bereitzustellen.
Verfahren (500) zur Kalibrierung eines Sensorausgangssignals eines Sensors, mit folgenden Schritten: Ermitteln (510) eines Einflussparameters des Sensors; Ermitteln (520) eines Steuersignals aus einer Mehrzahl an Steuersignalen basierend auf dem ermittelten Einflussparameter, wobei das Sensor-spezifische Steuersignal von dem ermittelten Einflussparameter des Sensors bzgl. des vorgegebenen Frequenzgangs abhängt; und Verändern (530) des auf dem Sensorausgangssignal basierenden und an das Kalibrierungsfilter bereitgestellten Signals mittels des Steuersignals, um ein kalibriertes Ausgangssignal bereitzustellen, wobei das Steuersignal eine digitale Filter-Verarbeitung des bereitgestellten Signals mit mindestens zwei Filterkoeffizienten-Koeffizienten bewirkt.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei bei dem Erfassen des Einflussparameters eine gemessene oder geschätzte, momentane, externe Einflussgröße des Sensors erfasst wird, der bei einer Abweichung von einer vorbestimmten Wert im Betreib des Sensors eine Abweichung des Frequenzgangs des Sensors in einem vorgegebenen Frequenzbereich zu dem vorgegebenen Frequenzgang des Sensors bewirkt.
Verfahren gemäß Anspruch 21 oder 22, ferner mit folgenden Schritten: Speichern einer Mehrzahl unterschiedlicher Sätze von Sensor-spezifischen Filterkoeffizienten für die digitale Filterverarbeitung in einem Speicher, wobei die unterschiedlichen Sätze unterschiedlichen Werten des Einflussparameters (Temperaturen oder Temperaturbereichen) des Sensors zugeordnet sind; und Auswählen und Bereitstellen eines Satzes von Sensor-spezifischen Filterkoeffizienten für die digitale Filterverarbeitung abhängig von dem gemessenen oder abgeschätzten Einflussparameter des Sensors eines der Mehrzahl von Steuersignalen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei bei dem Schritt des Verändern (530) eine rekursive, digitale Filter-Verarbeitung des bereitgestellten Signals mit mindestens zwei Filterkoeffizienten-Koeffizienten bewirkt wird.