DE102018222608B4

DE102018222608B4 - System mit mikromechanischer taktgebender Systemkomponente

Info

Publication number: DE102018222608B4
Application number: DE102018222608.3A
Authority: DE
Inventors: Timo Giesselmann; Gerhard Lammel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: JP2022513504A; CN113227709A; US11959747B2; DE102018222608A1; JP7212782B2; WO2020126454A1; KR20210105944A; US20210364294A1; TW202026598A

Abstract

System (100), aufweisend:- eine taktgebende Systemkomponente (1) mit- einem mikromechanischen Schwingelement, das zu einer Schwingung mit einer Eigenfrequenz (f_osc) anregbar ist, und- ersten Schaltungsmitteln (2), die aus der Eigenfrequenz (f_osc) des Schwingelements eine Taktfrequenz (f_odr) generieren, die auf eine vorgegebene Soll-Taktfrequenz (f_odr_nom) vor-abgeglichen ist;- erste Speichermittel (5) für die verbleibende Abweichung (a_odr) der Taktfrequenz (f_odr) von der Soll-Taktfrequenz (f_odr_nom), wobei die Abweichung (a_odr) für die taktgebende Systemkomponente individuell bestimmt worden ist; und- eine Verarbeitungseinrichtung (10), die unter Zugrundelegung der generierten Taktfrequenz (f_odr) und der abgespeicherten Abweichung (a_odr) eine Bezugs-Zeitbasis für zumindest einen Teil des Systems (100) generiert, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Systemkomponente vorgesehen ist, die eine unabhängige Zeitbasis generiert, und dass die unabhängige Zeitbasis der weiteren Systemkomponente unter Zugrundelegung der Bezugs-Zeitbasis kalibrierbar und/oder korrigierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System mit einer mikromechanischen taktgebenden Systemkomponente, insbesondere ein Sensorsystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems.
Stand der Technik
Wesentlich für die hier in Rede stehenden Systeme ist, dass sie eine mikromechanische taktgebende Systemkomponente umfassen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Mikrospiegel handeln, der im Rahmen eines Projektionsmoduls zu resonanten Schwingungen angeregt wird. In diesem Fall könnte das Projektionsmodul als System im Sinne der Erfindung bezeichnet werden. Ein weiteres Beispiel für eine mikromechanische taktgebende Systemkomponente ist ein mikromechanischer Drehratensensor mit einer Detektionsmasse, die zu Messzwecken zu Eigenfrequenzschwingungen angeregt wird. Drehbewegungen des Sensors um eine Achse, die parallel zur Anregungsebene und senkrecht zur Anregungsrichtung orientiert ist, können als Auslenkungen der seismischen Masse senkrecht zu dieser Anregungsebene erfasst werden, da derartige Drehbewegungen eine entsprechend gerichtete Corioliskraft hervorrufen. Ein solcher Drehratensensor zusammen mit einer Verarbeitungseinheit für die Sensorsignale stellt bereits ein System im Sinne der Erfindung dar. Es kann aber auch noch weitere Sensorkomponenten und/oder Systemkomponenten mit anderer Funktionalität umfassen.
Der Oszillator, bestehend aus der schwingenden Masse und deren Federaufhängung, wird üblicherweise mit einer hohen Güte ausgelegt, um die Energie für den Antrieb zu minimieren, und die Stabilität der Schwingung zu maximieren. Die Schwingfrequenz dieses Oszillators ist über Temperatur und Alterung sehr stabil. Allerdings unterliegt die Eigenfrequenz von baugleichen Sensoren herstellungsbedingt einer sehr hohen Streuung.
Die Eigenfrequenz des Oszillators wird üblicherweise verwendet, um daraus die Ausgangs-Abtastrate abzuleiten. Dabei kommt üblicherweise eine fraktionale Phasenregelschleife (engl. fractional PLL) zum Einsatz, die aus der Schwingfrequenz des Oszillators f_osc einen Takt mit der Frequenz f_odr (engl. output data rate, d.h. Ausgangs-Abtastrate) im Verhältnis n/m erzeugt: $f_odr = f_osc * n/m$
Die Werte n und m werden bevorzugt ganzzahlig gewählt und üblicherweise beim Abgleich (engl. trimming) der Drehratensensoren teileindividuell bestimmt, indem f_osc gemessen wird und geeignete Werte n und m berechnet werden, um f_odr in ein Toleranzband um eine Soll-Taktfrequenz f_odr_nom zu bekommen. Diese Werte werden üblicherweise im nichtflüchtigen Speicher für Abgleichparameter im Sensor gespeichert.
Bauartbedingt ist die absolute Größe des Faktors n und Divisors m limitiert, da große Werte zu einem zu hohen Stromverbrauch und hoher Chipfläche führen würden. Mit begrenzten Werten von n und m geht allerdings auch einher, dass die Ausgangs-Abtastrate nur mit einer begrenzten Genauigkeit, d.h. mit einer gewissen Abweichung a_odr von der Soll-Taktfrequenz bzw. Soll-Abtastfrequenz f_odr_nom, eingestellt werden kann, zum Beispiel in einem einstelligen Prozentbereich.
Beispielsweise würde für eine Eigenfrequenz f_osc = 25 kHz und eine Soll-Taktfrequenz f_odr_norm = 6,4 kHz der Wert m in Abhängigkeit vom Wert n bestimmt nach der Formel: $m = round (f_osc * n/f_odr_nom)$
In diesem Beispiel ergibt sich für einen gewählten Wert n=8 für den Wert m:

m = round(25 kHz * 8 / 6,4 kHz) = round(31,25) = 31

Mit dem Wert m = 31 ergibt sich jedoch eine tatsächliche Ausgangs-Abtastrate von f_odr = 6,452 kHz, sie liegt also um ca. 0.8% höher als die Soll-Abtastrate. Der Abweichung a_odr wird folgendermaßen definiert: $a_odr=f_odr / f_odr_nom$
Im obigen Beispiel ist $a_odr = 6,452 kHz/ 6,4 kHz = 1,008$
Bei der Verarbeitung der gemessenen Drehratensignale findet oftmals eine Integration der Drehratenmesswerte statt, zum Beispiel als Teil eines Algorithmus zur Bestimmung der Orientierung im Raum durch die Winkel-Lage. Diese Orientierung kann z.B. durch Roll-, Nick-, und Gierwinkel (englisch: roll, pitch, heading) beschrieben werden. Wenn die Integration durch Aufsummieren des Produkts aus Drehratenmesswert und Zeitintervall 1/f odr nom erfolgt, die tatsächliche Abtastrate f_odr aber von f_odr_nom abweicht, dann hat dies zur Folge, dass der Integrationswert einem Fehlerfaktor von a_odr unterliegt.
Dieser Fehler wird herkömmlich zwar akzeptiert, hat nachteilig jedoch eine Ungenauigkeit des Integrationsergebnisses zur Folge.
Um dieses Problem zu umgehen, wird in der Praxis beispielsweise mit einem anderen Zeitnormal (z.B. Quarzoszillator) die Abweichung der Sensor-Abtastrate vom erwarteten Wert gemessen, um diese Abweichung als Korrektur für die Zeitkonstante bei der Integration der Sensorwerte zu berücksichtigen. Dies hat den Nachteil, dass ein separates Frequenznormal erforderlich ist, die Messung die Systemkomplexität erhöht und teilweise selbst mit Ungenauigkeit behaftet ist.
DE 10 2015 200 944 A1 offenbart ein Verfahren zur Berechnung einer Orientierung mit einem Sensorsystem und ein Sensorsystem.
DE 100 62 347 A1 offenbart ein Verfahren zum Abgleichen des Phasenregelkreises einer elektronischen Auswertevorrichtung sowie eine elektronische Auswertevorrichtung.
US 2014/0260713 A1 offenbart ein tastverhältnis-gesteuertes MEMS-Gyroskop-System.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, die mikromechanische taktgebende Systemkomponente zu nutzen, um eine teileunabhängige hochgenaue Bezugs-Zeitbasis für das System oder zumindest einen Teil des Systems zu generieren. Vorteilhafterweise ist diese Bezugs-Zeitbasis unabhängig von der teileindividuellen Eigenfrequenz der taktgebenden Systemkomponente und auch unabhängig von der mit Hilfe von Schaltungsmitteln aus der Eigenfrequenz generierten Taktfrequenz f_odr. Dazu wird erfindungsgemäß die teileindividuelle Abweichung a_odr der Taktfrequenz f_odr von einer vorgegebenen Soll-Taktfrequenz f_odr_nom zur Verfügung gestellt. Diese Abweichung a_odr wird üblicherweise am Ende des Herstellungsprozesses der taktgebenden Systemkomponente bestimmt.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem System, aufweisend eine taktgebende Systemkomponente

- mit einem mikromechanischen Schwingelement, das zu einer Schwingung mit einer Eigenfrequenz anregbar ist, und
- mit ersten Schaltungsmitteln, die aus der Eigenfrequenz des Schwingelements eine Taktfrequenz generieren, die auf eine vorgegebene Soll-Taktfrequenz vor-abgeglichen ist;
- erste Speichermittel für die verbleibende Abweichung der Taktfrequenz von der Soll-Taktfrequenz, wobei die Abweichung für die taktgebende Systemkomponente individuell bestimmt worden ist; und
- eine Verarbeitungseinrichtung, die unter Zugrundelegung der generierten Taktfrequenz und der abgespeicherten Abweichung eine Bezugs-Zeitbasis für zumindest einen Teil des Systems generiert, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Systemkomponente vorgesehen ist, die eine unabhängige Zeitbasis generiert, und dass die unabhängige Zeitbasis der weiteren Systemkomponente unter Zugrundelegung der Bezugs-Zeitbasis kalibrierbar und/oder korrigierbar ist.

Dadurch kann die weitere Systemkomponente vorteilhaft mit sehr hoher Genauigkeit betrieben werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems, mit einem mikromechanischen Drehratensensor, in dessen Sensorstruktur mindestens ein Schwingelement ausgebildet ist,

- bei dem das Schwingelement zur Messsignalerfassung zu Schwingungen mit einer Eigenfrequenz angeregt wird,
- bei dem aus der Eigenfrequenz des Schwingelements eine Taktfrequenz generiert wird, die auf eine vorgegebene Soll-Taktfrequenz vor-abgeglichen ist und die Ausgabeabtastrate für die Sensordaten des Drehratensensors bestimmt,

- dass die für den Drehratensensor individuelle verbleibende Abweichung der Taktfrequenz von der Soll-Taktfrequenz zur Verfügung gestellt wird, und
- dass unter Zugrundelegung der generierten Taktfrequenz und der abgespeicherten Abweichung eine Bezugs-Zeitbasis für zumindest einen Teil des Sensorsystems generiert wird, wobei mittels mindestens einer weiteren Systemkomponente eine unabhängige Zeitbasis generiert wird, wobei die unabhängige Zeitbasis der weiteren Systemkomponente unter Zugrundelegung der Bezugs-Zeitbasis kalibriert und/oder korrigiert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Systems sind Gegenstand von jeweils abhängigen Ansprüchen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass das System als ein Sensorsystem ausgebildet ist, wobei als die taktgebende Systemkomponente ein Drehratensensor mit einer mikromechanischen Sensorstruktur fungiert,

- indem in der Sensorstruktur mindestens ein Schwingelement ausgebildet ist, das zur Messsignalerfassung zu Schwingungen mit einer Eigenfrequenz angeregt wird, und
- indem Schaltungsmittel vorgesehen sind, die aus der Eigenfrequenz eine Taktfrequenz generieren, welche die Ausgabeabtastrate für die Sensordaten des Drehratensensors bestimmt,
- und dass die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt ist, die Sensordaten unter Zugrundelegung der Bezugs-Zeitbasis zu verarbeiten.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass die Schaltungsmittel zum Generieren der Taktfrequenz mindestens eine Phasenregelschleife umfassen. Auf diese Weise kann die Taktfrequenz mit hoher Genauigkeit erzeugt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass die taktgebende Systemkomponente und/oder die Verarbeitungseinrichtung mit den ersten Speichermitteln für die Abweichung ausgestattet sind. Dadurch kann die Abweichung für eine spätere Verwendung bereitgestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass die taktgebende Systemkomponente und/oder die Verarbeitungseinrichtung Zugriff auf externe Speichermittel für die Abweichung haben. Auf diese Weise wird die Abweichung vorteilhaft auch von extern zugreifbar ausgebildet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine Oszillatorkomponente mit zweiten Schaltungsmitteln zum Generieren eines Ausgangssignals mit einer vorgegebenen Frequenz vorgesehen ist, wobei der Auslegung der Schaltungsmittel die Bezugs-Zeitbasis zugrunde liegt. Auf diese Weise kann das Ausgangssignal mit der vorgegebenen Frequenz sehr genau generiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten des Drehratensensors unter Zugrundelegung der Bezugs-Zeitbasis verarbeitet werden, insbesondere dass die relative räumliche Orientierung des Drehratensensors ermittelt wird, indem die Sensordaten des Drehratensensors unter Berücksichtigung der Taktfrequenz und der Abweichung aufintegriert werden. Dadurch kann vorteilhaft ein sehr genaues Sensierverhalten des Sensors bereitgestellt werden
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Bezugs-Zeitbasis verwendet wird, um eine von einer weiteren Systemkomponente generierte unabhängige Zeitbasis zu kalibrieren und/oder zu korrigieren. Dadurch kann die von der weiteren Systemkomponente generierte unabhängige Zeitbasis sehr genau ausgebildet werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Kalibrierung und/oder Korrektur der unabhängigen Zeitbasis zu wählbaren Zeitpunkten während des Sensorbetriebs des Drehratensensors vorgenommen wird. Dadurch ist ein stromschonender Betrieb des Drehratensensors unterstützt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Drehratensensor eigens zur Kalibrierung und/oder Korrektur der unabhängigen Zeitbasis aktiviert wird. Auch auf diese Weise ist ein stromschonender Betrieb des Drehratensensors unterstützt
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass die Bezugs-Zeitbasis verwendet wird, um die Frequenz des Ausgangssignals einer Oszillatorkomponente einzustellen. Dadurch kann die Frequenz des Ausgangssignals der Oszillatorkomponente sehr genau bereitgestellt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente haben in den Figuren gleiche Bezugszeichen.
Offenbarte Verfahrensmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Vorrichtungsmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend das System in analoger Weise aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen betreffend das System aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen betreffend das Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems ergeben und umgekehrt. Der Einfachheit halber werden in den Figuren jeweils nur Änderungen zu vorgehenden Figuren erläutert.
In den Figuren zeigt:

1 ein konventionelles System;
2 eine erste Ausführungsform des vorgeschlagenen Systems;
3 eine zweite Ausführungsform des vorgeschlagenen Systems; und
4 die erste Ausführungsform des vorgeschlagenen Systems in einem höheren Detaillierungsgrad.

Beschreibung von Ausführungsformen
Mithilfe des erfindungsgemäßen Systems wird vorteilhaft ermöglicht, einen Abweichungsfaktor, der bei Erzeugung der Abtastrate durch die fraktionale Phasenregelschleife entsteht, bei der Verarbeitung der Drehratenmesswerte zu berücksichtigen, ohne dass dazu ein weiteres Frequenznormal benötigt wird. Es soll dabei die hohe Genauigkeit und Stabilität des MEMS-Oszillators nutzbar gemacht werden.
Mit der Erfindung ist es vorteilhaft möglich, dass schon während der Herstellung beim Abgleich des Drehratensensors die teileindividuelle Abweichung a_odr bestimmt und gespeichert wird, wobei dieser Wert zur späteren Nutzung in der Sensordatenverarbeitung bereitgestellt wird.
Die Vorteile des vorgeschlagenen Systems und Verfahrens bestehen darin, dass:

- Die Genauigkeit der Sensordatenverarbeitung erhöht wird, ohne dass dafür ein weiteres Zeitnormal benötigt wird,
- Durch den MEMS-Oszillator eine hochgenaue Zeitbasis auch für andere Zwecke der Sensordatenverarbeitung oder Zeit/Frequenzmessung ohne zusätzliche Kosten bereitgestellt werden kann.

1 zeigt ein konventionelles System 100 in Form eines Sensorsystems. Das System 100 umfasst ein Drehratensensorelement 1 als taktgebende Systemkomponente 1, die mit ersten Schaltungsmitteln 2 ausgestattet ist, wobei die ersten Schaltungsmittel 2 eine PLL umfassen und ferner ein Register mit Werten für die PLL, wodurch aus der Schwingfrequenz der taktgebenden Systemkomponente eine Taktfrequenz bzw. eine Ausgangsdatenrate f_odr erzeugt wird, die als Abtastrate des Sensorsignals zu verstehen ist.
Mittels eines Ausgabeelements 4 wird ein Signal mit der Ausgangsdatenrate f_odr an eine Verarbeitungseinrichtung 10 ausgegeben.
2 zeigt eine erste Ausführungsform eines als ein Sensorsystem ausgebildeten erfindungsgemäßen Systems 100. Man erkennt in dieser Variante erste Speichermittel 5, in denen die Abweichung a_odr gespeichert wird und der Verarbeitungseinrichtung 10 zugeführt werden kann. Diese Speichermittel sind im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel Bestandteil der taktgebenden Systemkomponente 1, nämlich des Drehratensensorelements. Die Verarbeitungseinrichtung 10 kann als ein Host-System (z.B. ein Applikationsprozessor) ausgebildet sein, welches das Drehratensignal synchron zur Ausgabedatenrate aufintegriert, d.h. aufsummiert, und mit der Abweichung a_odr korrigiert.
Die Abweichung a_odr ist ein teile-individueller Faktor, der einmalig bei der Herstellung des Drehratensensors ermittelt wird.
Die Drehratensensorsignale können beispielsweise zur Bestimmung einer Orientierung benutzt werden, indem die Abtastwerte des Sensorsignals über der Zeit summiert werden. Wenn dabei die tatsächliche Abtastperiode Δt_real = 1/f_odr von der Soll-Abtastperiode Δt_nom = 1/f_odr_nom abweicht, so ergibt sich dadurch ein Fehler, der durch die bekannte Abweichung a_odr folgendermaßen korrigiert werden kann.
Die Korrektur im Algorithmus erfolgt beispielsweise in einer Raumachse folgendermaßen: $φ = \sum ω \cdot Δ t_r e a l$
$Δ t_r e a l = 1 / f_o d r$
$Δ t_n o m = 1 / f_o d r_n o m$
$f_o d r = f_o d r_n o m * a_o d r$
$Δ t_r e a l = \frac{1}{f_o d r_n o m * a_o d r} = \frac{Δ t_n o m}{a_o d r}$
$φ = \sum ω \cdot \frac{Δ t_n o m}{a_o d r}$
mit:

φ: Winkelsumme über eine Menge von Drehratensensorwerten ω
Δt_real: tatsächliche Abtastperiode
Δt_nom: Soll-Abtastperiode
f_odr: tatsächliche Abtastfrequenz
f_odr_nom: Soll-Abtastfrequenz
a_odr: Abweichungsfaktor der Abtastfrequenz

3 zeigt eine weitere Ausführungsform des vorgeschlagenen Systems 100.
In diesem Fall sind externe zweite Speichermittel 20 vorgesehen, mittels derer die Abweichung a_odr gespeichert wird und der Verarbeitungseinrichtung 10 zugeführt werden können. Bei den externen Speichermitteln 20 könnte es sich beispielsweise um einen Speicher der Verarbeitungseinrichtung 10 oder des Host-Systems handeln oder um eine vom Hersteller zur Verfügung gestellte Datenbank mit Trimmparametern oder um eine Cloud, auf die der Nutzer des Sensorsystems zugreifen kann.
4 zeigt die erste Ausführungsform des vorgeschlagenen Systems 100 in einem höheren Detaillierungsgrad. Man erkennt, dass zweite, extern ausgebildete Speichermittel 20 zum Hinterlegen der Abweichung a_odr vorgesehen sind. Dabei wird die Ausgabedatenrate f_odr des Drehratensensors 1 genutzt, um mit Hilfe eines Oszillators 30 eine Zeitbasis zu generieren, die der Verarbeitung der Drehratensensorsignale zugrunde gelegt wird aber auch an anderer Stelle des Systems genutzt werden kann. Zusätzlich wird dem Oszillator 30 die Abweichung a_odr zugeführt, so dass die vom Oszillator 30 generierte Zeitbasis zwar von der teileindividuellen Eigenfrequenz des Drehratensensorelements abgeleitet ist aber unabhängig von dieser ist. Die Zeitbasis des Oszillators 30 wird der Verarbeitungseinrichtung 10 zugeführt, wobei die Verarbeitungseinrichtung 10 der Integration des Drehratensensorsignals die so korrigierte Oszillatorfrequenz zugrunde legt.
Die Abweichung a_odr wird statt der direkten Verwendung im sensordatenverarbeitenden Algorithmus dazu genutzt, eine unabhängige Zeitbasis zu kalibrieren oder zu kompensieren, zum Beispiel um einen ungenauen RC-Oszillator in einem nachgelagerten Verarbeitungseinrichtung 10 in Form eines Sensorhubs (z.B. Mikrocontroller zur Verarbeitung von Sensordaten) zu kalibrieren.
Dies hat den Vorteil, dass die Genauigkeit der Zeitbasis nicht nur zur Verarbeitung der Drehratensignale dient, sondern auch für die Verarbeitung anderer Sensordaten genutzt werden kann.
Gegebenenfalls können vom Oszillator 30 auch noch weitere Systemkomponenten, wie z.B. Sensoren oder Verarbeitungseinheiten 40, mit einer unabhängigen Zeitbasis versorgt werden.
Der Oszillator 30 kann auch als eine genaue fraktionale PLL oder FLL (Frequency locked Loop) mit einem Teilerverhältnis n1/m1 ausgebildet sein, um nachgeschalteten Bauelementen 40 ein Ausgangssignal mit einer hochgenauen Frequenz zur Verfügung zu stellen. Die Abweichung a_odr wird in diesem Fall dazu genutzt, um ein genaues Frequenzsignal auf Basis der Ausgangs-Abtastrate f_odr des Sensors und der Abweichung a_odr zu erzeugen. Dabei wird das Teilerverhältnis n1 / m1 der genauen fraktionalen PLL bzw. FLL um den Wert a_odr korrigiert.
Auf diese Weise lassen sich z.B. Frequenznormale für Funk-Sender und/oder - Empfänger (z.B. Bluetooth), für den Betrieb serieller Schnittstellenbausteine (UART, USB, usw.) erzeugen, ohne dass dafür weitere Quarze erforderlich sind.
In einer weiteren Ausführungsform des als Sensorsystem ausgebildeten Systems 100 wird die unabhängige Zeitbasis nur dann kalibriert, wenn der Drehratensensor eingeschaltet ist. Wenn der Drehratensensor ausgeschaltet ist, läuft die unabhängige Zeitbasis mit ihrer inhärenten Genauigkeit weiter. Diese Variante ist vorteilhaft, da der Drehratensensor einen relativ hohen elektrischen Stromverbrauch (z.B. 950 µA) hat, der um Größenordnungen höher liegt als der Stromverbrauch einer Zeitbasis auf Basis eines RC-Oszillators (z.B. 300 nA). Ferner wird dadurch die hohe Genauigkeit der Zeitbasis vorrangig dann bereitgestellt, wenn Drehratensensorsignale verarbeitet werden sollen.
Abhängig vom Anwendungsfall ist es auch möglich, dass der Drehratensensor selektiv zugeschaltet wird, um die unabhängige Zeitbasis zu kalibrieren, wann immer eine hohe Genauigkeit gefordert ist, auch wenn dies nicht zwingend der Verarbeitung von Drehratensignalen dient.
Obwohl vorgehend das System 100 durchgängig als ein Drehratensensorsystem offenbart ist, mit dem eine Kompensation eines Trimmfehlers zur Bestimmung einer hochgenauen Zeitbasis für die Verarbeitung von Sensorsignalen möglich ist, ist es auch denkbar, dass die taktgebende Systemkomponente 1 ein Mikrospiegel ist und das System 100 als ein optisches System, z.B. ein Mikroprojektorsystem, ausgebildet ist.

Claims

System (100), aufweisend: - eine taktgebende Systemkomponente (1) mit - einem mikromechanischen Schwingelement, das zu einer Schwingung mit einer Eigenfrequenz (f_osc) anregbar ist, und - ersten Schaltungsmitteln (2), die aus der Eigenfrequenz (f_osc) des Schwingelements eine Taktfrequenz (f_odr) generieren, die auf eine vorgegebene Soll-Taktfrequenz (f_odr_nom) vor-abgeglichen ist; - erste Speichermittel (5) für die verbleibende Abweichung (a_odr) der Taktfrequenz (f_odr) von der Soll-Taktfrequenz (f_odr_nom), wobei die Abweichung (a_odr) für die taktgebende Systemkomponente individuell bestimmt worden ist; und - eine Verarbeitungseinrichtung (10), die unter Zugrundelegung der generierten Taktfrequenz (f_odr) und der abgespeicherten Abweichung (a_odr) eine Bezugs-Zeitbasis für zumindest einen Teil des Systems (100) generiert, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Systemkomponente vorgesehen ist, die eine unabhängige Zeitbasis generiert, und dass die unabhängige Zeitbasis der weiteren Systemkomponente unter Zugrundelegung der Bezugs-Zeitbasis kalibrierbar und/oder korrigierbar ist.
System (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System (100) als ein Sensorsystem ausgebildet ist, wobei als die taktgebende Systemkomponente (1) ein Drehratensensor mit einer mikromechanischen Sensorstruktur fungiert, - indem in der Sensorstruktur mindestens ein Schwingelement ausgebildet ist, das zur Messsignalerfassung zu Schwingungen mit einer Eigenfrequenz (f_osc) angeregt wird, und - indem die ersten Schaltungsmittel (2) vorgesehen sind, die aus der Eigenfrequenz (f_osc) eine Taktfrequenz (f_odr) generieren, welche die Ausgabeabtastrate für die Sensordaten des Drehratensensors bestimmt, und dass die Verarbeitungseinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, die Sensordaten unter Zugrundelegung der Bezugs-Zeitbasis zu verarbeiten.
System (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schaltungsmittel (2) zum Generieren der Taktfrequenz (f_odr) mindestens eine Phasenregelschleife (PLL) umfassen.
System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die taktgebende Systemkomponente (1) und/oder die Verarbeitungseinrichtung (10) die ersten Speichermittel (5) für die Abweichung (a_odr) aufweisen.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die taktgebende Systemkomponente (1) und/oder die Verarbeitungseinrichtung (10) Zugriff auf externe zweite Speichermittel (20) für die Abweichung (a_odr) haben.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oszillatorkomponente mit zweiten Schaltungsmitteln zum Generieren eines Ausgangssignals mit einer vorgegebenen Frequenz vorgesehen ist, wobei der Auslegung der Schaltungsmittel die Bezugs-Zeitbasis zugrunde liegt.
Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems mit einem mikromechanischen Drehratensensor, in dessen Sensorstruktur mindestens ein Schwingelement ausgebildet ist, - bei dem das Schwingelement zur Messsignalerfassung zu Schwingungen mit einer Eigenfrequenz (f_osc) angeregt wird, - bei dem aus der Eigenfrequenz (f_osc) des Schwingelements eine Taktfrequenz (f_odr) generiert wird, die auf eine vorgegebene Soll-Taktfrequenz (f_odr_nom) vor-abgeglichen ist und die Ausgabeabtastrate für die Sensordaten des Drehratensensors bestimmt, dadurch gekennzeichnet, - dass die für den Drehratensensor individuelle verbleibende Abweichung (a_odr) der Taktfrequenz (f_odr) von der Soll-Taktfrequenz (f_odr_nom) zur Verfügung gestellt wird, und - dass unter Zugrundelegung der generierten Taktfrequenz (f_odr) und der abgespeicherten Abweichung (a_odr) eine Bezugs-Zeitbasis für zumindest einen Teil des Sensorsystems generiert wird, wobei mittels mindestens einer weiteren Systemkomponente eine unabhängige Zeitbasis generiert wird, wobei die unabhängige Zeitbasis der weiteren Systemkomponente unter Zugrundelegung der Bezugs-Zeitbasis kalibriert und/oder korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten des Drehratensensors unter Zugrundelegung der Bezugs-Zeitbasis verarbeitet werden, insbesondere dass die relative räumliche Orientierung des Drehratensensors ermittelt wird, indem die Sensordaten des Drehratensensors unter Berücksichtigung der Taktfrequenz (f_odr) und der Abweichung (a_odr) aufintegriert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugs-Zeitbasis verwendet wird, um eine von einer weiteren Systemkomponente generierte unabhängige Zeitbasis zu kalibrieren und/oder zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung und/oder Korrektur der unabhängigen Zeitbasis zu wählbaren Zeitpunkten während des Sensorbetriebs des Drehratensensors vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor eigens zur Kalibrierung und/oder Korrektur der unabhängigen Zeitbasis aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugs-Zeitbasis verwendet wird, um die Frequenz des Ausgangssignals einer Oszillatorkomponente einzustellen.