DE102018200379B4 - Sensoranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung - Google Patents

Sensoranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung Download PDF

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Abstract

Sensoranordnung (1)a. mit mindestens einem Sensorelement (4) zum Erfassen mindestens einer Messgröße in Form von elektrischen Sensorsignalen,b. mit einer Schaltungsanordnung (2, 3, 5) zum Betreiben der Sensoranordnung (1) und zum Erzeugen von Sensordaten auf der Basis der Sensorsignale undc. mit mindestens einem Konfigurationsdatenspeicher (100) für Konfigurationsdaten wobei die Sensoranordnung (1) alternativ in unterschiedlichen Betriebsmodi (OM1, OM2, SM, DSM) betreibbar ist, und zwar zumindest- in einem Aktivmodus (OM1, OM2), in dem Sensordaten erzeugt werden,- und in einem Schlafmodus (SM, DSM), in dem keine Sensordaten erzeugt werden und zumindest ein Teil der Sensoranordnung (1) stromlos geschaltet ist,- wobei die Schaltungsanordnung (2, 3, 5) so ausgelegt ist, dass der Speicherinhalt des mindestens einen Konfigurationsdatenspeichers (100) unabhängig ist vom jeweiligen Betriebsmodus (OM1, OM2, SM, DSM) der Sensoranordnung (1), so dass die abgespeicherten Konfigurationsdaten in einem Schlafmodus (SM, DSM) erhalten bleiben, und- wobei die Sensoranordnung (1) so ausgelegt ist, dass der mindestens eine im Schlafmodus (SM, DSM) stromlos geschaltete Teil auf der Basis der abgespeicherten Konfigurationsdaten neu konfiguriert wird, wenn ein Wechsel in einen Aktivmodus (OM1, OM2) initiiert wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung.
  • Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein in beliebigen Bereichen anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Sensoranordnungen im Bereich Internet-of-Things erläutert.
  • Stand der Technik
  • Bekannte Sensoranordnungen weisen häufig mehrere Betriebsmodi auf, die im Wesentlichen in zwei Kategorien unterteilt werden können: Zum einen in Betriebsmodi, in denen die Sensoranordnung mittels eines Sensorelements aktiv arbeitet, also Messdaten erzeugt, und solche, in denen die Sensoranordnung inaktiv ist. Ein Beispiel für ein aktiv arbeitendes Sensorelement ist ein Sensorelement, welches kontinuierlich oder zyklisch Daten bereitstellt. Inaktive Modi werden häufig als Ruhemodus/Suspendmode oder Schlafmodus/Sleepmode bezeichnet. Die letztgenannten Modi werden dazu benutzt, um die Leistungsaufnahme der Sensoranordnung zu reduzieren in Zeiten, in denen diese keine Sensordaten erzeugt beziehungsweise Daten von der Sensoranordnung benötigt werden. Hierbei werden beispielsweise Teile oder Bereiche der Sensoranordnung nicht mehr mit Strom versorgt, um den Stromverbrauch der Sensoranordnung insgesamt zu reduzieren. Lediglich der Teil der Sensoranordnung wird mit Strom versorgt, der zum Wechsel in einen aktiven Zustand benötigt wird.
  • Werden derartige Sensoranordnungen in sogenannten Internet-of-Things Geräten oder sogenannten Smart Home Anwendungen eingesetzt, werden hohe Anforderungen an den Energieverbrauch dieser Sensoranordnungen gestellt, da derartige Sensoranordnungen oft mittels einer Batterie oder Akku betrieben werden, die erst nach Jahren neu aufgeladen oder ausgewechselt werden soll.
  • Die Druckschrift DE 10 2014 019 492 A1 zeigt eine Werkzeugsteuerung, mit einer Steueranordnung, mit einem Eingangsmodul und einem daran angeschlossenen Sensor.
  • Die Druckschrift DE 10 2013 107 707 A1 zeigt eine Sensoreinrichtung zur Füllstandserfassung, welche derart ausgestaltet ist, dass sie zwischen einem aktiven Betriebszustand und einem Stromsparmodus wechseln kann.
  • Die Druckschrift US 2013 / 0 103 204 A1 zeigt einen elektronischen Thermostat, welcher dazu eingerichtet ist, in einem Wachzustand oder einem Schlafzustand zu arbeiten, wobei Weckbedingungen konfiguriert werden können.
  • Die Druckschrift US 2013 / 0 222 271 A1 zeigt eine Vorrichtung einschließlich Detektoren zur Änderung der Anzeige von Daten auf einem tragbaren elektronischen Gerät.
  • Die Druckschrift US 2015 / 0 333 752 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überführen einer Vorrichtung in einen Betriebszustand mit niedrigem Energieverbrauch, wozu das Signal eines Bewegungssensors ausgewertet wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine Sensoranordnung bereit,
    • a. mit mindestens einem Sensorelement zum Erfassen mindestens einer Messgröße in Form von elektrischen Sensorsignalen,
    • b. mit einer Schaltungsanordnung zum Betreiben der Sensorvorrichtung und zum Erzeugen von Sensordaten auf der Basis der Sensorsignale und
    • c. mit mindestens einem Konfigurationsdatenspeicher für Konfigurationsdaten wobei die Sensoranordnung alternativ in unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar ist, und zwar zumindest
      • - in einem Aktivmodus, in dem Sensordaten erzeugt werden,
      • - und in einem Schlafmodus, in dem keine Sensordaten erzeugt werden und zumindest ein Teil der Sensoranordnung stromlos geschaltet ist,
      wobei,
      • - die Schaltungsanordnung so ausgelegt ist, dass der Speicherinhalt des mindestens einen Konfigurationsdatenspeichers unabhängig ist vom jeweiligen Betriebsmodus der Sensoranordnung, so dass die abgespeicherten Konfigurationsdaten in einem Schlafmodus erhalten bleiben, und
      • - wobei die Sensoranordnung so ausgelegt ist, dass der mindestens eine im Schlafmodus stromlos geschaltete Teil auf der Basis der abgespeicherten Konfigurationsdaten neu konfiguriert wird, wenn ein Wechsel in einen Aktivmodus initiiert wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 bereit, wobei mindestens ein in einem Schlafmodus stromlos geschalteter Teil der Sensoranordnung mittels Konfigurationsdaten, die einem Konfigurationsdatenspeicher gespeichert sind, konfiguriert wird bei einer Initiierung eines Wechsels von einem Schlafmodus in einem Aktivmodus.
  • Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass auf effektive Weise die Zeit, die das Sensorelement zum vollständigen Hochfahren, also vom Wechsel vom Schlaf- in den Aktivmodus und dem Start von Messungen oder dem Bereitstellen von Messdaten, benötigt, verkürzt werden kann und gleichzeitig der Energieverbrauch bis zum Starten von Messungen oder dem Bereitstellen von Messdaten reduziert werden kann. Darüber hinaus wird die Flexibilität erhöht, da mehrere Betriebsmodi bereitgestellt werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch immer weiter verkleinerte Strukturen bei Halbleitern und gleichzeitiger größerer Funktionalität der Energieverbrauch einer darauf basierenden Sensoranordnung aufgrund von Leckströmen reduziert werden kann.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist mindestens eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einer externen Verarbeitungseinrichtung angeordnet und der mindestens eine Konfigurationsdatenspeicher ist wahlweise und unabhängig von den Betriebsmodi über die externe Schnittstelle mit nutzer- und/oder anwendungsspezifischen Konfigurationsdaten beschreibbar. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit auf besonders flexible Weise Konfigurationsdaten auch während des Schlafmodus der Sensoranordnung mit Konfigurationsdaten beschrieben werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung so ausgebildet, dass bei einer Initiierung eines Wechsels von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus der Aktivmodus gestartet wird. Vorteil hiervon ist, dass die Zeit bis zum Bereitstellen von Sensordaten durch die Sensoranordnung verkürzt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine externe Kommunikation mit einer Verarbeitungseinrichtung nach der abgeschlossenen Konfiguration der Sensoranordnung nicht mehr benötigt wird. Mit anderen Worten wird nach der Initialisierung eines Aktivmodus und der Konfiguration der Sensoranordnung der Aktivmodus automatisch gestartet.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Sensoranordnung in zumindest zwei Aktivmodi betreibbar, umfassend einen Dauerbetrieb-Modus und/oder einen Betriebszyklus-Modus. Vorteil hiervon ist, dass in flexibler Weise die Sensoranordnung in verschiedenen Aktivmodi je nach Bedarf betrieben werden kann. Unter einem Dauerbetrieb-Modus ist insbesondere ein „continuous mode“ zu verstehen. Unter einem Betriebszyklus-Modus ist insbesondere ein „duty cycled mode“ zu verstehen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Sensoranordnung in zumindest zwei Schlafmodi betreibbar, die sich durch die stromlos schaltbaren Teile der Schaltungsanordnung voneinander unterscheiden, insbesondere mindestens ein Schlafmodus, bei dem ein Analogteil der Schaltungsanordnung stromlos geschaltet wird, mindestens ein Schlafmodus, bei dem ein Digitalteil der Schaltungsanordnung stromlos geschaltet wird, und/oder mindestens ein Schlafmodus, bei dem ein Datenspeicher für Sensordaten stromlos geschaltet wird. Vorteil hiervon ist, dass in flexibler Weise die Sensoranordnung in verschiedenen Schlafmodi je nach Bedarf, beispielsweise hinsichtlich des jeweiligen Energieverbrauchs, betrieben werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Schnittstelle mit der Schaltungsanordnung verbunden und mittels derer ist ein Wechsel des Betriebsmodus von einer externen Verarbeitungseinrichtung initiierbar. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit eine einfache und zuverlässige Steuerung der Sensoranordnung, insbesondere ein Wechsel der jeweiligen Betriebsmodi, ermöglicht wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung so ausgebildet, dass über die Schnittstelle Informationen über den Betriebsmodus, in dem die Sensoranordnung betrieben wird, an die externe Verarbeitungseinrichtung übertragbar sind. Damit kann die Zuverlässigkeit erhöht werden, indem entsprechende Informationen über den aktuellen Betriebsmodus, in dem die Sensoranordnung betrieben wird, mittels einer Schnittstelle für eine Verarbeitungseinrichtung oder dergleichen zur Verfügung gestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Schnittstelle als eine I2C-, SPI- oder I3C-Schnittstelle ausgebildet ist. Vorteil hiervon ist, dass damit auf zuverlässige Weise eine Kommunikation über die Schnittstelle bereitgestellt wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Sensorelement als ein mikromechanisches Sensorelement ausgebildet ist, insbesondere ein mikromechanisches Sensorelement zum Erfassen von Druck, Beschleunigung, Drehrate, Orientierung im Raum, Temperatur, Feuchtigkeit, Gaszusammensetzung und/oder Partikelkonzentration. Vorteil hiervon ist, dass die Sensoranordnung in flexibler Weise und das Sensorelement mit geringem Bauraum zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung ausgebildet, mehrere Schlafmodi und/oder mehrere Aktivmodi zum Betreiben der Sensoranordnung bereitzustellen, die sich hinsichtlich ihres Energieverbrauchs unterscheiden. Diese können jeweils auch als Untermodi desjenigen Aktiv- und/oder Schlafmodus angesehen werden, der den höchsten Energieverbrauch aufweist. Vorteil hiervon ist, dass auf äußerst flexible Weise der Betriebsmodus hinsichtlich des Energieverbrauchs an Anforderungen eines Benutzers angepasst werden kann. Darüber hinaus kann zumindest einer der Modi entweder fest voreingestellt sein oder durch einen Benutzer veränderbar sein. Wird ein bestimmter Schlaf- oder Aktivmodus zur Auswahl fest voreingestellt, kann einem Benutzer zum einen ein fertig konfiguriertes Sensorelement hinsichtlich seiner möglichen Betriebsmodi bereitgestellt werden. Ebenso ermöglicht dies, auf Basis derselben Implementierung verschiedene Varianten bezüglich der wählbaren Modi zu erzeugen, was Kosten spart. Ist ein entsprechender Untermodus des jeweiligen Aktiv- und/oder Schlafmodus durch einen Benutzer konfigurierbar, kann der Benutzer in äußerst flexibler Weise entsprechend seinen Bedürfnissen die Sensoranordnung im jeweiligen Untermodus betreiben.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Sensoranordnung nach der Neukonfiguration des mindestens einen Teils der Sensoranordnung in dem Aktivmodus betrieben. Eine externe Kommunikation mit einer Verarbeitungseinrichtung nach der abgeschlossenen Konfiguration der Sensoranordnung wird damit nicht mehr benötigt. Mit anderen Worten wird nach der Initialisierung eines Aktivmodus und der Konfiguration der Sensoranordnung der Aktivmodus automatisch gestartet.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung nimmt die Sensoranordnung in zumindest einem Schlafmodus weniger als zwei Mikroampere auf, insbesondere in einem Temperaturbereich von mindestens 0°C - 65°C. Vorteil hiervon ist, dass die Sensoranordnung, insbesondere für Internet-of-Things Anwendungen oder am Körper tragbare Anwendungen wie zum Beispiel Smartwatches geeignet ist und einen reduzierten Energieverbrauch aufweist.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt in schematischer Form eine bekannte Sensoranordnung.
    • 2 zeigt Schritte eines bekannten Verfahrens bei Wechsel von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus einer bekannten Sensoranordnung.
    • 3 zeigt in schematischer Form eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 4 zeigt Schritte eines Verfahrens bei Wechsel von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus eines Sensorelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5 zeigt in schematischer Form Betriebsmodi eines Sensorelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt in schematischer Form eine bekannte Sensoranordnung.
  • In 1 ist in schematischer Form eine Sensoranordnung 1 gezeigt. Die Sensoranordnung 1 umfasst dabei unter anderem einen digitalen Teil 2 und einen analogen Teil 3. Der analoge Teil 3 ist hierbei schaltbar, das heißt an- und abschaltbar, der digitale Teil 2 nicht, das heißt dieser ist nicht abschaltbar, sondern wird immer, also unabhängig vom jeweiligen Betriebsmodus, mit Energie versorgt.
  • Im Detail umfasst der digitale Teil 2 einen digitalen Kern 22, der mit einem Microcontroller 21, einer digitalen Signalverarbeitung 23, einem Sensordatenspeicher 25, insbesondere in Form eines First-In-First-out FIFO-Speichers und einem nichtflüchtigen Speicher 24 verbunden ist. Konfigurationsdaten 100' zur Konfiguration der Sensoranordnung 1 werden dabei in einem flüchtigen Speicher gespeichert, der beim Betrieb der Sensoranordnung in einem Schlafmodus abgeschaltet ist.
  • Der analoge Teil 3 umfasst hier einen Anregungssignalgenerator 31 und ein analoges Frontend 32 mit einem Analog-Digital-Wandler.
  • Weiterhin umfasst die Sensoranordnung 1 ein Sensorelement 4, welches mit dem Anregungssignalgenerator 31 und dem analogen Frontend 32 verbunden ist. Ebenso umfasst die Sensoranordnung 1 einen Teil 5, der eine digitale Schnittstelle 51 aufweist, welche einerseits mit dem digitalen Kern 22, anderseits zur externen Kommunikation mit einer Verarbeitungseinrichtung 7 verbunden ist. Der Teil 5 ist ebenfalls nicht abschaltbar. Zur Energieversorgung umfasst die Sensoranordnung 1 weiter eine Spannungsversorgung 6.
  • 2 zeigt Schritte eines bekannten Verfahrens beim Wechsel von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus einer bekannten Sensoranordnung.
  • In 2 wird - wenn sich die Sensoranordnung 1 gemäß 1 in einem Schlafmodus SM befindet und der analoge Teil 3 abgeschaltet ist - zunächst ein Aufwachsignal, sogenanntes Wake-Up-Signal, durch einen Benutzer mittels der externen Verarbeitungseinrichtung 7 in einem ersten Schritt S1 an die Sensoranordnung 1 gesendet. Die Sensoranordnung 1 erhält das Wake-Up-Signal über die Schnittstelle 51 und übermittelt das Signal an den digitalen Kern 22. Der digitale Kern 22 verarbeitet das Signal und schaltet anschließend den analogen Teil 3 an, sodass dieser mit Energie versorgt wird. Dies benötigt eine gewisse Zeit (Bezugszeichen S2).
  • Anschließend erfolgt ein Konfigurieren der Sensoranordnung 1 durch den Benutzer mittels der externen Verarbeitungseinrichtung 7 in einem dritten Schritt S3, indem Konfigurationsdaten 100' über die Schnittstelle 51 übertragen werden. Die Konfigurationsdaten 100' werden den zu konfigurierenden Komponenten der Sensoranordnung 1, also wie in 1 angedeutet sämtlichen Komponenten des analogen Teils 3 und dem Mikrocontroller 21, der digitalen Signalverarbeitung 23 und dem digitalen Kern 22 zu deren Konfiguration zur Verfügung gestellt.
  • Nach Abschluss der Konfiguration der Komponenten erhält die Sensoranordnung 1 von dem Benutzer mittels der externen Verarbeitungseinrichtung 7 ein Signal zum Starten des Aktivmodus in einem vierten Schritt S4. In einem fünften Schritt S5 wird dann die Sensoranordnung 1 im Aktivmodus betrieben und das Sensorelement 4 führt Messungen aus. Hierbei bedingen insbesondere die Schritte S2, also das Aufwachen der Sensoranordnung 1 sowie S3, also die Konfiguration der Sensoranordnung 1, erhebliche Zeit. Darüber muss die Sensoranordnung 1 mit dem Benutzer während der Schritte S1-S4 interagieren, zum einen durch das Aufwachsignal im Schritt S1 und zum anderen durch das Konfigurieren der Sensoranordnung 1 im Schritt S3 und das Starten des Aktivmodus im Schritt S4. Insgesamt wird für die Interaktion eine Zeit t1 benötigt.
  • 3 zeigt in schematischer Form eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 3 ist im Wesentlichen in schematischer Form eine Sensoranordnung 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zur Sensoranordnung 1 gemäß 1 ist bei der Sensoranordnung 1 gemäß 3 nun der digitale Teil 2 ebenfalls schaltbar, das heißt an- und abschaltbar. Weiter ist ein Konfigurationsdatenspeicher 100 im Teil 5, der nicht schaltbar ist, das heißt immer mit Energie versorgt wird, angeordnet. Zusätzlich kann auch der Sensordatenspeicher 25 anstelle im digitalen Teil 3 im Teil 5 angeordnet sein, sodass über die Schnittstelle 51 auch in einem Schlafmodus der Sensoranordnung 1 auf gespeicherte Sensordaten zugegriffen werden kann. Die Komponenten des digitalen und/oder analogen Teils 2, 3 können auch so ausgebildet sein, dass diese separat jeweils ab- und anschaltbar sind. Es können ebenfalls Gruppen von Komponenten definiert sein bzw. gebildet sein, so dass bei An- oder Abschalten der Gruppe die jeweils der Gruppe zugeordneten Komponenten an- beziehungsweise abgeschaltet werden. Ebenso können die jeweils dargestellten Komponenten selbst in abgeschalteten Bereichen mit einer separaten Energieversorgung versehen sein, beispielsweise direkt mit der Schnittstelle 51 oder der Spannungsversorgung 6 verbunden sein, sodass diese mit dem Abschalten des Teils abgeschaltet werden, ein Anschalten jedoch unabhängig davon ob der Teil abgeschaltet ist, erfolgen kann. Ebenso kann dies ein Abschalten einer derartigen Komponente generell verhindern, wenn der entsprechende Teil abgeschaltet wird.
  • 4 zeigt Schritte eines Verfahrens bei Wechsel von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus einer Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 4 wird - wenn sich die Sensoranordnung in einem Schlafmodus SM befindet und der analoge Teil 3 als auch der digitale Teil 2 abgeschaltet ist - zunächst ein Aufwachsignal, sogenanntes Wake-Up-Signal, und ein Signal zum Starten des Aktivmodus durch einen Benutzer mittels der externen Verarbeitungseinrichtung 7 in einem ersten Schritt T1 an die Sensoranordnung 1 gesendet. Die Sensoranordnung 1 erhält die beiden Signale über die Schnittstelle 51 und schaltet anschließend den analogen Teil 3 und den digitalen Teil 2 an, sodass diese mit Energie versorgt werden. Dies benötigt eine gewisse Zeit (Bezugszeichen T2).
  • Während des Anschaltens des analogen und digitalen Teils 2, 3 werden diese mit Konfigurationsdaten 100' aus dem Konfigurationsdatenspeicher 100 konfiguriert. Im dritten Schritt T3 wird die Sensoranordnung 1 im Aktivmodus betrieben und führt Messungen mittels des Sensorelements 4 durch.
  • Da unmittelbar im Anschluss der Aktivmodus automatisch gestartet wird, wird die Zeit t2, die für die Interaktion mit der externen Verarbeitungseinrichtung 7 benötigt wird, erheblich reduziert. Mit anderen Worten ist somit die Zeit t2 gemäß 4, in der die Sensoranordnung 1 gemäß 3 mit einem Benutzer interagiert, wesentlich kleiner als die Zeit t1 gemäß 2. Eine Konfiguration der Sensoranordnung 1 von außen, also durch einen Benutzer, ist nicht erforderlich, da die Konfigurationsdaten auch während des Schlafmodus bereitgehalten werden.
  • 5 zeigt in schematischer Form Betriebsmodi eines Sensorelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 5 sind in schematischer Form Betriebsmodi einer Sensoranordnung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Sensoranordnung 1 wird nach Versorgung mit elektrischer Energie hochgefahren - sogenanntes Power Up PU - und wird dann zunächst in einem Schlafmodus SM betrieben. Die Sensoranordnung 1 kann dabei in einem zusätzlichen Tiefschlafmodus DSM, neben dem Schlafmodus SM als Betriebsmodus betrieben werden und in zwei unterschiedlichen Aktivmodi OM1, OM2. Darüber hinaus kann zwischen den jeweiligen Betriebsmodi beliebig gewechselt werden, das heißt, beispielsweise kann von dem Tiefschlafmodus DSM in den zweiten Aktivmodus OM2 gewechselt werden oder vom Schlafmodus SM in den Tiefschlafmodus DSM und von diesem in den ersten Aktivmodus OM1. Der Wechsel zwischen den einzelnen Modi kann dabei beispielsweise durch ein vorbestimmtes Konfigurationsbitfeld in einem jeweiligen Register der Sensoranordnung 1 oder auch im Konfigurationsdatenspeicher 100 eingestellt werden. Alternativ kann, beziehungsweise können, auch entsprechende Konfigurationsbits in dem nicht-flüchtigen Speicher 24 hinterlegt sein. Diese können dann über die Schnittstelle 51 mittels der Verarbeitungseinrichtung 7 ausgelesen oder verändert werden. Hierzu kann die Sensoranordnung 1 ausgebildet sein, regelmäßig zu überprüfen, ob sich der hinterlegte Wert, der den jeweiligen Betriebsmodus zugeordnet ist, verändert hat oder nicht. Wenn dieser sich verändert hat, wird ein Wechsel des Betriebsmodus entsprechend initiiert. Wird beispielsweise ein Wechsel von einem Aktivmodus OM1 in einen Schlafmodus SM initiiert, werden dem Schlafmodus SM zugeordneten abzuschaltenden Teile abgeschaltet. Sind die dann abgeschaltet, wird gegebenenfalls dies der externen Verarbeitungseinrichtung 7 über die Schnittstelle 51 als Bestätigung kommuniziert.
  • Zusammenfassend weist zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf:
    • • Reduzierte Leistungsaufnahme
    • • Einfache Implementierung
    • • Reduzierte Zeit bis zum Starten einer dedizierten Anwendung des Sensors
    • • Reduzierung der Zeit der Kommunikation des Sensors mit einem Benutzer
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Claims (13)

  1. Sensoranordnung (1) a. mit mindestens einem Sensorelement (4) zum Erfassen mindestens einer Messgröße in Form von elektrischen Sensorsignalen, b. mit einer Schaltungsanordnung (2, 3, 5) zum Betreiben der Sensoranordnung (1) und zum Erzeugen von Sensordaten auf der Basis der Sensorsignale und c. mit mindestens einem Konfigurationsdatenspeicher (100) für Konfigurationsdaten wobei die Sensoranordnung (1) alternativ in unterschiedlichen Betriebsmodi (OM1, OM2, SM, DSM) betreibbar ist, und zwar zumindest - in einem Aktivmodus (OM1, OM2), in dem Sensordaten erzeugt werden, - und in einem Schlafmodus (SM, DSM), in dem keine Sensordaten erzeugt werden und zumindest ein Teil der Sensoranordnung (1) stromlos geschaltet ist, - wobei die Schaltungsanordnung (2, 3, 5) so ausgelegt ist, dass der Speicherinhalt des mindestens einen Konfigurationsdatenspeichers (100) unabhängig ist vom jeweiligen Betriebsmodus (OM1, OM2, SM, DSM) der Sensoranordnung (1), so dass die abgespeicherten Konfigurationsdaten in einem Schlafmodus (SM, DSM) erhalten bleiben, und - wobei die Sensoranordnung (1) so ausgelegt ist, dass der mindestens eine im Schlafmodus (SM, DSM) stromlos geschaltete Teil auf der Basis der abgespeicherten Konfigurationsdaten neu konfiguriert wird, wenn ein Wechsel in einen Aktivmodus (OM1, OM2) initiiert wird.
  2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Schnittstelle (51) zur Kommunikation mit einer externen Verarbeitungseinrichtung (7) angeordnet ist und der mindestens eine Konfigurationsdatenspeicher (100) wahlweise und unabhängig von den Betriebsmodi (OM1, OM2, SM, DSM) über die externe Schnittstelle (51) mit nutzer- und/oder anwendungsspezifischen Konfigurationsdaten beschreibbar ist.
  3. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Schaltungsanordnung (2, 3, 5) so ausgebildet ist, dass bei einer Initiierung eines Wechsels von einem Schlafmodus (SM, DSM) in einen Aktivmodus (OM1, OM2) der Aktivmodus (OM1, OM2) gestartet wird.
  4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensoranordnung (2, 3, 5) in zumindest zwei Aktivmodi (OM1, OM2) betreibbar ist, umfassend einen Dauerbetrieb-Modus und/oder einen Betriebszyklus-Modus.
  5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sensoranordnung (1) in zumindest zwei Schlafmodi (SM, DSM) betreibbar ist, die sich durch die stromlos schaltbaren Teile der Schaltungsanordnung (2, 3, 5) voneinander unterscheiden, insbesondere mindestens ein Schlafmodus (SM, DSM), bei dem ein Analogteil (3) der Schaltungsanordnung (1) stromlos geschaltet wird, mindestens ein Schlafmodus (SM, DSM), bei dem ein Digitalteil (3) der Schaltungsanordnung stromlos geschaltet wird, und/oder mindestens ein Schlafmodus (SM, DSM), bei dem ein Datenspeicher (25) für Sensordaten stromlos geschaltet wird.
  6. Sensoranordnung nach Anspruch 2, wobei die Schnittstelle (51) mit der Schaltungsanordnung (2, 3, 5) verbunden ist und mittels derer ein Wechsel des Betriebsmodus von einer externen Verarbeitungseinrichtung (7) initiierbar ist.
  7. Sensoranordnung nach Anspruch 6, wobei die Schaltungsanordnung (2, 3, 5) so ausgebildet ist, dass über die Schnittstelle (51) Informationen über den Betriebsmodus, in dem die Sensoranordnung (1) betrieben wird, an die externe Verarbeitungseinrichtung (7) übertragbar sind.
  8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Schnittstelle (51) als eine I2C-, SPI- oder 13C-Schnittstelle ausgebildet ist.
  9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Sensorelement (4) als ein mikromechanisches Sensorelement ausgebildet ist, insbesondere ein mikromechanisches Sensorelement zum Erfassen von Druck, Beschleunigung, Drehrate, Orientierung im Raum, Temperatur, Feuchtigkeit, Gaszusammensetzung und/oder Partikelkonzentration.
  10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schaltungsanordnung (1) ausgebildet ist, mehrere Schlafmodi (SM, DSM) und/oder mehrere Aktivmodi (OM1, OM2) zum Betreiben der Sensoranordnung (1) bereitzustellen, die sich hinsichtlich ihres Energieverbrauchs unterscheiden.
  11. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Sensoranordnung (1) in zumindest einem Schlafmodus (SM, DSM) weniger als zwei Mikroampere aufnimmt, insbesondere in einem Temperaturbereich von mindestens 0°C - 65°C.
  12. Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei mindestens ein in einem Schlafmodus (SM, DSM) stromlos geschalteter Teil (2, 3, 5) der Sensoranordnung (1) mittels Konfigurationsdaten, die einem Konfigurationsdatenspeicher (100) gespeichert sind, konfiguriert wird bei einer Initiierung eines Wechsels von einem Schlafmodus (SM, DSM) in einem Aktivmodus (OM1, OM2).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Sensoranordnung (1) nach der Neukonfiguration des mindestens einen Teils (2, 3, 5) der Sensoranordnung (1) in dem Aktivmodus (OM1, OM2) betrieben wird.
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