DE102019118437A1

DE102019118437A1 - Verfahren und Systeme zum Selbsttesten von MEMS-Trägheitssensoren

Info

Publication number: DE102019118437A1
Application number: DE102019118437.1A
Authority: DE
Inventors: William A. Clark
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2020-01-09
Also published as: CN110702141B; US20200011702A1; JP6835913B2; CN110702141A; KR20200005991A; US11112269B2; JP2020008583A

Abstract

Es werden Techniken zum Selbsttesten von MEMS-Trägheitssensoren beschrieben. Einige solche Techniken umfassen das Testen von Trägheitssensoreigenschaften, wie zum Beispiel die Empfindlichkeit eines Beschleunigungsmessers gegenüber Beschleunigung und die Empfindlichkeit eines Gyroskops gegenüber einer Winkelbewegung. Die Tests können durch Bereitstellen eines Testsignals, das einen Auslöseimpuls, wie zum Beispiel eine Beschleunigung oder eine Winkelgeschwindigkeit, an einen MEMS-Trägheitssensor simuliert, und Prüfen der Ausgabe des Sensors durchgeführt werden. Die Wirksamkeit solcher Selbsttests kann durch Störsignale, die in der Umgebung des Sensors vorhanden sein können und die Ausgabe des Sensors beeinflussen können, beeinträchtigt werden. Demgemäß umfassen die hier beschriebenen Selbsttesttechniken das Detektieren des Vorhandenseins jeglicher solcher Störsignale und das Verwerfen von Selbsttestergebnissen, wenn ihr Vorhandensein detektiert wird. Bei einigen Ausführungsformen kann das Vorhandensein von Störsignalen durch Verwendung eines Signals, das durch Mischen der Antwort des MEMS-Trägheitssensors mit einem Referenzsignal im Wesentlichen in Quadratur mit dem Testsignal erhalten wird, detektiert werden.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Technologie betrifft MEMS-Trägheitssensoren (MEMS - microelectromechanical system, mikroelektromechanisches System).
HINTERGRUND
Trägheitssensoren sind elektronische Bauelemente, die Bewegung, Kräfte, Winkelgeschwindigkeiten und/oder andere Größen unter Verwendung eines oder mehrerer Beschleunigungsmesser und/oder Gyroskope messen und melden. Ein MEMS-Gyroskop kann dazu ausgebildet sein, eine Winkelbewegung durch Erfassen von durch Coriolis-Kräfte, die auftreten, wenn die Resonanzmasse eines Gyroskops eine Winkelbewegung erfährt, erzeugten Beschleunigungen zu detektieren. Ein MEMS-Beschleunigungsmesser kann dazu ausgebildet sein, eine Linear- und/oder Winkelbeschleunigung zu erfassen.
KURZFASSUNG DER OFFENBARUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft Techniken zum Selbsttesten von MEMS-Trägheitssensoren (MEMS - microelectromechanical system, mikroelektromechanisches System). Einige solche Techniken umfassen das Testen von Trägheitssensoreigenschaften, wie zum Beispiel die Empfindlichkeit eines Beschleunigungsmessers gegenüber Beschleunigung und die Empfindlichkeit eines Gyroskops gegenüber einer Winkelbewegung. Die Tests können durch Bereitstellen eines Testsignals, das einen Auslöseimpuls, wie zum Beispiel eine Beschleunigung oder eine Winkelgeschwindigkeit, an einen MEMS-Trägheitssensor simuliert, und Prüfen der Ausgabe des Sensors durchgeführt werden. Die Wirksamkeit solcher Selbsttests kann durch Störsignale, die in der Umgebung des Sensors vorhanden sein können und die Ausgabe des Sensors beeinflussen können, beeinträchtigt werden. Demgemäß umfassen die hier beschriebenen Selbsttesttechniken das Detektieren des Vorhandenseins jeglicher solcher Störsignale und das Verwerfen von Selbsttestergebnissen, wenn ihr Vorhandensein detektiert wird. Bei einigen Ausführungsformen kann das Vorhandensein von Störsignalen durch Verwendung eines Signals, das durch Mischen der Antwort des MEMS-Trägheitssensors mit einem Referenzsignal im Wesentlichen in Quadratur mit dem Testsignal erhalten wird, detektiert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein System zum Testen eines MEMS-Trägheitssensors. Das System kann einen Signalgenerator, der dazu ausgebildet ist, unter Verwendung eines Testsignals den MEMS-Trägheitssensor zu stimulieren; Testschaltungsanordnungen, die dazu ausgebildet sind, ein Inphase-Antwortsignal durch Mischen eines Inphase-Referenzsignals mit einem von dem MEMS-Trägheitssensor als Antwort auf das Testsignal erhaltenen Antwortsignal zu erzeugen; ein Quadraturantwortsignal durch Mischen des Antwortsignals mit einem Quadraturreferenzsignal zu erzeugen; basierend auf dem Quadraturantwortsignal zu bestimmen, ob das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist; und wenn bestimmt wird, dass das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten der Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung des Inphase-Antwortsignals zu bewerten, umfassen.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Testen eines MEMS-Trägheitssensors. Das Verfahren kann Stimulieren des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung eines Testsignals; Empfangen eines Antwortsignals von dem MEMS-Trägheitssensor als Antwort auf das Stimulieren; Erzeugen eines Inphase-Antwortsignals unter Verwendung des Antwortsignals und eines Inphase-Referenzsignals; Erzeugen eines Quadraturantwortsignals unter Verwendung des Antwortsignals und eines Quadraturreferenzsignals; basierend auf dem Quadraturantwortsignal Bestimmen, ob das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist; und wenn bestimmt wird, dass das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten der Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, Bewerten der Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung des Inphase-Antwortsignals umfassen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein System zum Testen eines MEMS-Trägheitssensors. Das System kann den MEMS-Trägheitssensor und Testschaltungsanordnungen umfassen, die dazu ausgebildet sind: unter Verwendung eines Testsignals den MEMS-Trägheitssensor zu stimulieren; als Antwort auf das Stimulieren ein Antwortsignal von dem MEMS-Trägheitssensor zu empfangen; unter Verwendung des Antwortsignals und eines Inphase-Referenzsignals ein Inphase-Antwortsignal zu erzeugen und unter Verwendung des Antwortsignals und eines Quadraturreferenzsignals ein Quadraturantwortsignal zu erzeugen; basierend auf dem Quadraturantwortsignal zu bestimmen, ob das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist; und wenn bestimmt wird, dass das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten der Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung des Inphase-Antwortsignals zu bewerten.
Figurenliste
Es werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der Anmeldung beschrieben. Es sollte auf der Hand liegen, dass die Figuren nicht zwangsweise maßstäblich gezeichnet sind. In mehreren Figuren erscheinende Objekte werden in all den Figuren, in denen sie erscheinen, mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet.

1A ist ein Blockdiagramm, das ein Beispielsystem zum Testen eines MEMS-Trägheitssensors gemäß einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie veranschaulicht.
2A ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften MEMS-Beschleunigungsmessers, der unter Verwendung des Beispielsystems von 1 getestet werden kann, gemäß einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie.
2B ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften MEMS-Gyroskops, das unter Verwendung des Beispielsystems von 1 getestet werden kann, gemäß einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie.
3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Testen eines MEMS-Trägheitssensors gemäß einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie.
4 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Antwortanalysators, der mit dem Beispielsystem von 1 verwendet werden kann, gemäß einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie.
5 ist eine Tabelle, die veranschaulicht, wie der beispielhafte Antwortanalysator von 4 die Ausgabe eines MEMS-Trägheitssensors als Antwort auf das Anlegen eines Testsignals verarbeiten kann, gemäß einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Selbsttesten ist eine Technik, die in der Elektronik verwendet wird, um zu bewerten, ob elektronische Einrichtungen gemäß ihrer Spezifikation arbeiten oder ob ihr Betrieb von dem Erwarteten abweicht, was auf ein Problem mit der Einrichtung hindeuten kann, das möglicherweise durch Reparieren oder Austauschen der Einrichtung gelöst werden muss. Ein wichtiger Vorteil des Selbsttestens besteht darin, dass es nach Installation und/oder Einsatz der elektronischen Einrichtung, nach Herstellung und nicht unter Kontrolle des Herstellers und möglicherweise selbst ohne erforderliche Unterbrechung ihres normalen Betriebs durchgeführt werden kann.
MEMS-Trägheitssensoren sind ein Beispiel für elektronische Einrichtungen, die nach ihrer Installation und/oder ihrem Einsatz selbstgetestet werden können. MEMS-Trägheitssensoren, wie zum Beispiel Beschleunigungsmesser und Gyroskope, sind Vorrichtungen, die unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken hergestellt werden können. Die mechanische Beschaffenheit dieser Vorrichtungen macht sie empfindlich für äußere Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel große Temperaturschwankungen, Druckänderungen und/oder starke mechanische Schwingungen, die zu einer Beeinträchtigung der Leistung führen und eine regelmäßige Wartung, einschließlich eines teilweisen oder vollständigen Austausches, erfordern können. Selbsttesten ist eine effektive Technik zum Bestimmen, ob und wann Wartung oder Austausch von MEMS-Teilen durchgeführt werden sollte.
Der Erfinder hat erkannt, dass herkömmliche Techniken zum Selbsttesten von MEMS-Trägheitssensoren verbessert werden können, weil sie durch das Vorhandensein von Umgebungsgeräuschen und/oder anderen Störsignalen anfällig sein können. Insbesondere hat der Erfinder erkannt, dass herkömmlicherweise zum Selbsttesten von MEMS-Trägheitssensoren verwendete Schaltungsanordnungen ein begrenztes Vermögen haben, eine schlechte Leistung des MEMS-Trägheitssensors (die anzeigen kann, dass Reparaturen oder ein Austausch erforderlich sind) von dem Vorhandensein von Geräuschen in dem System, in welchem Fall keine Reparaturen erforderlich sind, zu unterscheiden. Infolgedessen führen herkömmliche Selbsttesttechniken zu falschen Alarmen, wodurch MEMS-Trägheitssensoren als unzufriedenstellend funktionierend gekennzeichnet werden können, selbst wenn es in Wirklichkeit kein Problem gibt. Zum Beispiel kann das Testen von in Autos montierten MEMS-Beschleunigungsmessern falsche Alarme erzeugen, wenn der Fahrer in der Mitte eines Tests hupt. Wenn der Fahrer auf die Hupe drückt, wird eine akustische Schwingung erzeugt, die durch den MEMS-Beschleunigungsmesser versehentlich als eine zu messende Beschleunigung interpretiert werden kann. Infolgedessen kann die Ausgabe eines MEMS-Beschleunigungsmessers in dem Auto die Hupenschwingung widerspiegeln, und wenn dies während eines Selbsttestzyklus erfolgt, kann die Ausgabe des MEMS-Beschleunigungsmessers aufgrund der Abweichung von dem erwarteten Verhalten fälschlicherweise als ein Problem mit der MEMS-Vorrichtung anzeigend interpretiert werden.
Einige Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie richten sich auf Techniken und Systeme zum Selbsttesten von MEMS-Trägheitssensoren, die die oben beschriebenen Probleme bei herkömmlichen Selbsttesttechniken reduzieren oder beseitigen. Insbesondere richten sich einige Ausführungsformen auf Techniken zum Bestimmen, ob die Ergebnisse eines Tests durch das Vorhandensein von Geräuschen oder anderen Störsignalen verfälscht sind. Wenn bestimmt wird, dass wesentliche Störsignale vorhanden sind, die das Ergebnis eines Tests verfälschen können, kann das Ergebnis des Tests verworfen werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Vorhandensein von Störsignalen, die die Genauigkeit eines Tests wesentlich beeinflussen können, durch Bestimmen, ob bei Erregung durch ein Testsignal ein MEMS-Trägheitssensor mit einem nicht zu vernachlässigenden Signal, das in Quadratur mit der erwarteten Testsignalantwort steht (oder damit unkorreliert ist), antwortet, detekiert werden. Unter ruhigen Bedingungen, zum Beispiel in einem idealen Szenario, in dem keine Störsignale vorhanden sind, sollte der MEMS-Trägheitssensor keine Antwortsignale in Quadratur mit der erwarteten Testsignalantwort erzeugen. Wenn die Ausgabe eines MEMS-Trägheitssensors zum Detektieren der Quadratur oder unkorrelierten Signale demoduliert wird, können die Ergebnisse somit eine Antwort von im Wesentlichen gleich null ergeben, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird. Deshalb kann das Vorhandensein eines nicht zu vernachlässigenden Quadraturantwortsignals als eine Anzeige interpretiert werden, dass wesentliche Störsignale vorhanden sind. In diesem Fall kann die Testschaltung den Benutzer darüber benachrichtigen, dass das Ergebnis des Tests verworfen werden sollte, oder einfach warten, bis das Quadraturantwortsignal verschwunden oder unter einen vordefinierten Schwellenwert gefallen ist. Testsignale der hier beschriebenen Arten können so ausgelegt sein, dass der getestete MEMS-Trägheitssensor sie als mechanische Auslöseimpulse, zum Beispiel als Beschleunigung und/oder Winkelbewegung, wahrnimmt.
Wenn bestimmt wird, dass keine wesentlichen Störsignale vorhanden sind, kann das Ergebnis des Tests als genau betrachtet werden. Wenn das Ergebnis eines Tests zum Beispiel anzeigt, dass die Empfindlichkeit eines Beschleunigungsmessers gegenüber Beschleunigung nicht zufriedenstellend ist, kann sich ein Benutzer relativ sicher sein, dass die Empfindlichkeit des Beschleunigungsmessers in der Tat nicht zufriedenstellend ist. Bei einigen Ausführungsformen kann Bestimmen, ob eine Eigenschaft eines MEMS-Trägheitssensors zufriedenstellend ist und deshalb, dass der MEMS-Trägheitssensor bezüglich der Eigenschaft ordnungsgemäß funktioniert, Bestimmen, ob bei Erregung mit einem Testsignal der MEMS-Trägheitssensor mit einem Signal in Phase mit dem Testsignal, das ausreichend nahe an einem erwarteten Wert liegt, anspricht, beinhalten. Beispiele für Eigenschaften, die unter Verwendung der hier beschriebenen Techniken bewertet werden können, beinhalten die Empfindlichkeit eines MEMS-Trägheitssensors gegenüber Beschleunigung oder Winkelbewegung, sind aber nicht darauf beschränkt.
1 ist ein Blockdiagramm eines Beispielsystems zum Selbsttesten eines MEMS-Trägheitssensors gemäß einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie. Das System von 1 weist einen MEMS-Trägheitssensor 100, ein Kerbfilter 121 und eine Testschaltungsanordnung 104 auf. Die Testschaltungsanordnung 104 kann für einen Selbsttest des MEMS-Trägheitssensors 100 ausgebildet sein, so dass der MEMS-Trägheitssensor ohne menschliches Eingreifen oder einfach ohne eine Anforderung durch einen Benutzer getestet werden kann. Da der MEMS-Trägheitssensor 100 ein Selbsttestsystem ist, kann er bei einigen Ausführungsformen zusammen mit der Testschaltungsanordnung 104 eingesetzt werden, so dass das Gesamtsystem die Betriebsleistung des MEMS-Trägheitssensors testen kann. Bei einigen Ausführungsformen kann die Testschaltungsanordnung 104 dazu ausgebildet sein, Tests zu einem oder mehreren vordefinierten Zeitpunkten ohne Eingabe durch einen Benutzer automatisch durchzuführen. Zum Beispiel kann die Testschaltungsanordnung 104 bei einigen Ausführungsformen dazu ausgebildet sein, den MEMS-Trägheitssensor 100 regelmäßig und/oder gemäß einem Zeitplan zu testen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Testschaltungsanordnung 104 dazu ausgebildet sein, den MEMS-Trägheitssensor 100 als Antwort auf eine Benutzeranforderung zu testen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Testschaltungsanordnung 104 dazu ausgebildet sein, den MEMS-Trägheitssensor 100 ohne Unterbrechung seines normalen Betriebs (zum Beispiel, während ein MEMS-Gyroskop eine Winkelbewegung detektiert, oder wenn ein MEMS-Beschleunigungsmesser eine Beschleunigung detektiert) zu testen. Zusätzlich oder alternativ kann die Testschaltungsanordnung 104 dazu ausgebildet sein, den MEMS-Trägheitssensor 100 während einer oder mehrerer Zeitdauern, in denen der normale Betrieb des MEMS-Trägheitssensors unterbrochen ist, zu testen.
Bei einigen Ausführungsformen kann der MEMS-Trägheitssensor 100 eine geeignete Art von mikrobearbeitetem Sensor, einschließlich eines oder mehrerer Beschleunigungsmesser und/oder eines oder mehrerer Gyroskope, aufweisen, ohne darauf beschränkt zu sein. Bei einigen der Ausführungsformen, bei denen der MEMS-Trägheitssensor 100 einen oder mehrere Beschleunigungsmesser aufweist, kann bzw. können der bzw. die Beschleunigungsmesser dazu ausgelegt sein, eine Linearbeschleunigung in einer, zwei oder drei Richtungen und/oder eine Winkelbeschleunigung um eine, zwei oder drei Achsen zu detektieren. Ein Beschleunigungsmesser kann eine oder mehrere Prüfmassen, die dazu ausgebildet sind, sich als Antwort auf eine Beschleunigung zu bewegen (zum Beispiel translatorisch zu verschieben, zu schwenken und/oder sich zu drehen), und Sensoren (zum Beispiel kapazitive Sensoren) zum Erfassen der Bewegung der Prüfmasse(n) aufweisen.
Ein Beispiel für einen Beschleunigungsmesser, der in dem MEMS-Trägheitssensor 100 enthalten sein kann, gemäß einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie wird in 2A veranschaulicht. Der beispielhafte Beschleunigungsmesser 240 ist dazu ausgebildet, eine Linearbeschleunigung außerhalb der Ebene zu erfassen, obgleich nicht alle Ausführungsformen in dieser Hinsicht eingeschränkt sind. Der Beschleunigungsmesser 240 weist eine Prüfmasse 250 auf, die über einen Anker 252 mit einem darunter liegenden Substrat 242 verbunden ist. Der Beschleunigungsmesser weist ferner eine Elektrode 254 auf, die auf der Oberseite des darunter liegenden Substrats ausgebildet ist. Zusammen mit der Prüfmasse 250, die zumindest teilweise aus einem leitenden Material hergestellt sein kann, bildet die Elektrode 254 einen kapazitiven Sensor. Wenn der Beschleunigungsmesser eine Beschleunigung (als „A“ bezeichnet) in einer zu der Oberseite des Substrat 242 verlaufenden Richtung erfährt, schwenkt als Antwort die Prüfmasse 250 um den Anker. Infolgedessen ändert sich der Abstand zwischen der Prüfmasse 250 und der Elektrode 254, wodurch die Kapazität des kapazitiven Sensors geändert wird. Der Betrag der Beschleunigung A kann basierend auf der Kapazitätsänderung bestimmt werden.
Bei einigen Ausführungsformen, bei denen ein oder mehrere Gyroskope in dem MEMS-Trägheitssensor 100 enthalten sind, kann bzw. können das bzw. die Gyroskop(e) dazu ausgebildet sein, Winkelgeschwindigkeiten um eine, zwei oder drei Achsen zu detektieren. Bei diesen Ausführungsformen kann eine Ansteuerschaltungsanordnung den Betrieb des Gyroskops bzw. der Gyroskope zu steuern. Zum Beispiel kann die Ansteuerschaltungsanordnung dem Gyroskop ein Ansteuersignal zuführen, das zum Ansteuern des Resonators des Gyroskops ausgelegt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das Ansteuersignal die Schwingung einer Prüfmasse des Gyroskops in einer Richtung (zum Beispiel der x-Achse) ansteuern. Wenn das Gyroskop eine Winkelbewegung um eine Achse (zum Beispiel die x-Achse) erfährt, kann sich die Prüfmasse in einer anderen Richtung (zum Beispiel der y-Achse) bewegen. Die Winkelbewegung kann basierend auf dieser Bewegung (zum Beispiel basierend auf dem Ausmaß, in dem sich die Prüfmasse bewegt hat) detektiert werden.
In 2B wird ein beispielhaftes Gyroskop, das in dem MEMS-Trägheitssensor 100 enthalten sein kann, gezeigt. In diesem Beispiel ist das Gyroskop 200 dazu ausgebildet, in einer parallel zu der x-Achse verlaufenden Richtung mitzuschwingen und Coriolis-Kräfte in einer parallel zu der y-Achse verlaufenden Richtung zu detektieren. Es sollte auf der Hand liegen, dass Gyroskope der hier beschriebenen Art nicht auf irgendeine bestimmte Resonanz- oder Detektionsrichtung beschränkt sind.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Gyroskop 200 einen stationären Rahmen 210 (der über Anker 214 mit einem darunter liegenden Substrat verankert ist), eine Prüfmasse 202 und stationäre Elektroden 220 auf. Die Prüfmasse 202 ist über Koppler 212 elastisch mit dem stationären Rahmen 210 gekoppelt. Die Koppler 212 können nachgiebig sein, wodurch sie eine Bewegung der Prüfmassen 202 bezüglich des stationären Rahmens 210 gestatten. In diesem Beispiel dient die Prüfmasse 202 als der Resonator des Gyroskops. Wenn das (durch die Ansteuerschaltungsanordnung bereitgestellte) Ansteuersignal an eine oder mehrere Elektroden (in 2B nicht gezeigt), die mit der Prüfmasse 202 gekoppelt sind, angelegt wird, schwingt die Prüfmasse 202 in der x-Achsen-Richtung.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Prüfmasse 202 mehrere Balken 222 mit freiem Ende auf, die mehrere Erfassungskondensatoren mit jeweiligen festen Elektroden 220 bilden. Die Kapazität der Erfassungskondensatoren variiert in Abhängigkeit von der Beschleunigung der Prüfmasse in der y-Achsen-Richtung. Wenn das Gyroskop 200 eine Winkelbewegung um die x-Achse erfährt und die Prüfmasse 202 mit durch die Ansteuerschaltungsanordnung erzeugten Ansteuersignalen zum Schwingen entlang der x-Achse angesteuert wird, entsteht eine Coriolis-Kraft entlang der y-Achse, und die Prüfmasse bewegt sich entlang der y-Achse. Durch Detektieren der Beschleunigung der Prüfmasse 202 entlang der y-Achse kann die Winkelgeschwindigkeit bestimmt werden.
Erneut auf 1 Bezug nehmend, kann der Endbenutzer das durch den MEMS-Trägheitssensor 100 als Antwort auf die Beschleunigung und/oder Winkelbewegung erzeugte Signal empfangen. Zum Beispiel kann das Antwortsignal als Antwort auf Kapazitätsänderungen des zwischen der Elektrode 254 und der Prüfmasse 250 (2A) gebildeten Kondensators oder das als Antwort auf durch den Sensor 204 (2B) erfahrene Coriolis-Kräfte erzeugte Signal erzeugt werden. Wie weiter unten beschrieben wird, kann die Ausgabe des MEMS-Trägheitssensors 100 unter Verwendung eines Kerbfilters 121 gefiltert werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Testschaltungsanordnung 104 dazu angeordnet sein, Betriebseigenschaften des MEMS-Trägheitssensors 100 zu testen. Zum Beispiel kann die Testschaltungsanordnung 104 dazu ausgebildet sein, an den MEMS-Trägheitssensor 100 anzulegende Testsignale zu erzeugen, zu bestimmen, wie der MEMS-Trägheitssensor 100 anspricht, und basierend auf der Antwort zu bestimmen, ob der MEMS-Trägheitssensor 100 ordnungsgemäß arbeitet. Das Testsignal kann das Vorhandensein einer Beschleunigung und/oder einer Winkelbewegung nachahmen. Unter Bezugnahme auf den Beschleunigungsmesser von 2A kann die Testschaltungsanordnung 104 unter Verwendung eines Wandlers 101 für elektrostatische Kraft zum Beispiel bewirken, dass sich die Prüfmasse 250 durch elektrostatisches Anziehen oder Abstoßen bewegt. Unter Bezugnahme auf 2B kann die Testschaltungsanordnung 104 ein Testsignal anlegen, um eine Bewegung der Prüfmasse 202 entlang der y-Achse, die das Vorhandensein von Coriolis-Kräften simuliert, zu bewirken.
Wie in 1 gezeigt wird, weist die Testschaltungsanordnung 104 einen Signalgenerator 110, einen Addierer 111, einen Inphase-Signalgenerator 112, einen Quadratursignalgenerator 114, Mischer 116 und 118 und einen Antwortanalysator 122 auf. Der Signalgenerator 110 ist dazu ausgebildet, das Testsignal zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Signalgenerator 110 dazu ausgebildet sein, als das Testsignal eine periodische Wellenform wie eine periodische Rechteckwelle oder eine Sinuswelle oder eine pseudozufällige Sequenz auszugeben. Die Grundfrequenz der periodischen Wellenform wird als f₁ bezeichnet. Bei einigen Ausführungsformen kann f₁ 500 Hz oder 1 kHz betragen, obgleich die Anwendung nicht auf irgendeine bestimmte Frequenz beschränkt ist. Zum Beispiel kann f₁ zwischen 250 Hz und 2 kHz, zwischen 250 Hz und 1,5 kHz, zwischen 500 Hz und 1 kHz, zwischen 250 Hz und 750 Hz oder in irgendeinem Bereich innerhalb solcher Bereiche liegen.
Das Testsignal kann über einen Wandler 101 für elektrostatische Kraft in einen mechanischen Auslöseimpuls umgewandelt werden, der zum Beispiel durch Anlegen einer Spannung über eine Beschleunigungsmesserprüfmasse 250 und eine Aktuierungselektrode 254 implementiert werden kann. Die Ausgabe des Wandlers 101 für elektrostatische Kraft kann, zum Beispiel unter Verwendung des Addierers 111, mit einer zu messenden Trägheitskraft (wie zum Beispiel einer Beschleunigung und/oder Winkelbewegung) kombiniert werden. Die kombinierten Kräfte können als eine Eingabe für den Trägheitssensor 100 bereitgestellt werden.
Unter einigen Umständen kann die Testschaltungsanordnung 104 den Betrieb des MEMS-Trägheitssensors 100 zu einem Zeitpunkt testen, zu dem der MEMS-Trägheitssensor 100 mit keiner äußeren Trägheitskraft beaufschlagt wird. Unter anderen Umständen kann die Testschaltungsanordnung 104 den Betrieb des MEMS-Trägheitssensors 100 zu einem Zeitpunkt testen, zu dem der MEMS-Trägheitssensor 100 mit einer Trägheitskraft beaufschlagt wird. In beiden Fällen repräsentiert das Antwortsignal die Antwort des MEMS-Trägheitssensors auf die empfangenen Eingaben, seien es das Testsignal, die Trägheitskraft, Geräusche oder andere Störsignale oder irgendeine Kombination daraus.
Um die Detektion der Antwort auf die Testsignale zu verhindern, können die Antwortsignale bei einigen Ausführungsformen mit dem Kerbfilter 121 gefiltert werden, bevor sie für den Endbenutzer bereitgestellt werden. Das Kerbfilter 121 kann einen ungefähr auf der Grundfrequenz des Testsignals zentrierten Sperrbereich aufweisen. Somit kann das Kerbfilter 121 einen Eingang zum Empfangen des Testsignals und eine Schaltungsanordnung zum Einstellen der Frequenz des Sperrbereichs basierend auf der Grundfrequenz des Testsignals aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen empfängt der Mischer 116 das Antwortsignal und ein Inphase-Referenzsignal und mischt (zum Beispiel vervielfacht) diese. Das Inphase-Referenzsignal ist bezüglich des Testsignals im Wesentlichen in Phase (oder damit korreliert, wenn das Testsignal eine pseudozufällige Sequenz aufweist). Das Inphase-Referenzsignal kann bezüglich des Testsignals zum Beispiel eine Phasendifferenz von zwischen - π/30 und π/30, zwischen -π20 und π/20, zwischen -π/10 und π/10 aufweisen oder in irgendeinem Bereich innerhalb solcher Bereiche liegen. Der Inphase-Signalgenerator 112 kann dazu verwendet werden, zu bewirken, dass das Inphase-Referenzsignal mit dem Testsignal im Wesentlichen in Phase ist. Der Inphase-Signalgenerator 112 kann zum Beispiel eine Phasenregelschleife aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Wert von f₁ jedoch ausreichend niedrig sein, so dass die Verwendung einer einfachen Leitung statt der Phasenregelschleife ausreichend sein kann. Bei einigen dieser Ausführungsformen kann sich die Testschaltungsanordnung 104 wie eine konzentrierte Schaltung verhalten, so dass die die Testschaltungsanordnung durchlaufenden Signale vernachlässigbare Phasenänderungen aufweisen. Um zu gewährleisten, dass sich die Testschaltungsanordnung 104 wie eine konzentrierte Schaltung verhält, kann der Wert von f₁ bei einigen Ausführungsformen so ausgewählt werden, dass er unter 5 kHz liegt. Bei anderen Ausführungsformen kann es jedoch wünschenswert sein, die Testschaltungsanordnung 104 mit höheren Frequenzen zu betreiben, um Interferenz mit niederfrequenten Geräuschen, wie zum Beispiel 1/f noise, zu vermeiden. Der Nachteil besteht darin, dass sich die Phase der Signale ändern kann, während sie die Testschaltungsanordnung 104 durchlaufen. Bei diesen Ausführungsformen kann der Inphase-Signalgenerator 112 die gewünschte Phasenbeziehung zwischen dem Testsignal und dem Inphase-Antwortsignal herstellen.
Bei einigen Ausführungsformen empfängt der Mischer 118 das Antwortsignal und ein Quadraturreferenzsignal und mischt diese. Das Quadraturreferenzsignal ist dahingehend ausgelegt, bezüglich des Testsignals im Wesentlichen in Quadratur zu sein (oder bezüglich dessen unkorreliert zu sein, wenn es sich bei dem Testsignal um eine Pseudozufallssequenz handelt). Zum Beispiel kann das Quadraturreferenzsignal in absoluten Werten bezüglich des Testsignals eine Phasendifferenz zwischen π/2-π/30 und π/2+π/30, zwischen π/2-π/20 und π/2+π/20 und zwischen π/2-π/10 und π/2+π/10 haben oder in irgendeinem Bereich innerhalb solcher Bereiche liegen. Der Quadratur signalgenerator 114 kann dahingehend ausgelegt sein, die Phase des Testsignals zum Beispiel unter Verwendung eines Phasenschiebers unter anderen möglichen Werten um zwischen π/2-π/30 und π/2+π/30, zwischen -(π/2-π/30) und -(π/2+π/30), zwischen π/2-π/20 und π/2+π/20, zwischen -(π/2-π/20) und -(π/2+π/20), zwischen π/2-π/10 und π/2+π/10 oder zwischen -(π/2-π/10) und -(π/2+π/10), zu verschieben.
Bei einigen Ausführungsformen werden das durch Mischen des Antwortsignals und des Inphase-Referenzsignals erhaltene Signal (als das Inphase-Antwortsignal bezeichnet) und das durch Mischen des Antwortsignals und des Quadraturreferenzsignals erhaltene Signal (als das Quadraturantwortsignal bezeichnet) als Eingaben für den Antwortanalysator 122 bereitgestellt. Der Antwortanalysator 122 bestimmt, ob die empfangenen Signale als eine zuverlässige Angabe einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors 100 zu verwenden sind. Zum Beispiel kann der Antwortanalysator 122 bestimmen, ob die Antwort des MEMS-Trägheitssensors 100 auf das Testsignal durch das Vorhandensein von Störsignalen oder mechanischer Auslöseimpulse (zum Beispiel Geräusche oder andere Arten von Signalen) bei der Frequenz f₁ verfälscht ist. Wenn bestimmt wird, dass die Antwort des MEMS-Trägheitssensors 100 auf das Testsignal nicht verfälscht ist, kann der Antwortanalysator 122 die Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors 100 bewerten.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Quadraturantwortsignal dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob das Antwortsignal durch Störsignale, bei denen es sich nicht um das Testsignal handelt, beeinflusst wird. Die Amplitude des Quadraturantwortsignals, die im Wesentlichen in Quadratur mit dem Testsignal ist, kann vernachlässigt werden, wenn ein Testsignal angelegt ist, aber in dem System keine Störsignale vorhanden sind. Wenn die Amplitude des Quadraturantwortsignals signifikant ist (zum Beispiel über einem gewissen Schwellenwert liegt), ist es deshalb wahrscheinlich, dass in dem System Störsignale vorhanden sind. Gleichzeitig spiegelt das Inphase-Antwortsignal, das mit dem Testsignal in Phase ist, die Antwort des MEMS-Trägheitssensors auf das Testsignal direkt wider. Das Inphase-Antwortsignal kann auch durch das Vorhandensein von Störsignalen beeinflusst werden. Wenn unter Verwendung des Quadraturantwortsignals bestimmt wird, dass im Wesentlichen keine Störsignale in dem System vorhanden sind, kann deshalb das Inphase-Antwortsignal als ein Maß für die Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors verwendet werden. Zum Beispiel kann das Inphase-Antwortsignal dazu verwendet werden, zu bewerten, ob die Empfindlichkeit des MEMS-Trägheitssensors 100 gegenüber Beschleunigung oder Winkelbewegung innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, und/oder zu bewerten, ob das Ergebnis des Tests zu verwenden oder zu verwerfen ist.
Obgleich dies in 1 nicht veranschaulicht wird, kann die Testschaltungsanordnung 104 mehrere Signalgeneratoren 110 aufweisen, wobei die Grundfrequenz des durch jeden Signalgenerator erzeugten Testsignals von der der anderen verschieden ist. Auf diese Weise kann der MEMS-Trägheitssensor 100 mit mehreren Testsignalen, die verschiedene Frequenzen aufweisen, getestet werden. Der Vorteil liegt darin, dass selbst wenn ein Testsignal durch das Vorhandensein eines Störsignals mit der gleichen Frequenz verfälscht wäre, die Wahrscheinlichkeit, dass es in der Umgebung Störsignale mit allen der mehreren Frequenzen aller der Testsignale gibt, wesentlich geringer ist. Bei einigen dieser Ausführungsformen kann die Testschaltungsanordnung 104 einen Mischer 116 und einen Mischer 118 für jedes der erzeugten Testsignale aufweisen. Das Inphase- und das Quadraturantwortsignal mit den verschiedenen Frequenzen können einem Antwortanalysator 122 bereitgestellt werden. Der Antwortanalysator 122 kann bei jeder empfangenen Frequenz das Vorhandensein oder das Fehlen von Störsignalen detektieren. Die Frequenz(en) bei der bzw. denen der Antwortanalysator 122 bestimmt hat, dass keine signifikanten Störsignale vorhanden sind, kann bzw. können zum Testen des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung der entsprechenden Inphase-Antwortsignale verwendet werden.
In 3 wird ein beispielhafter Prozess 300 zum Testen des Betriebs eines MEMS-Trägheitssensors gemäß einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie veranschaulicht. Bei einigen Ausführungsformen kann der Prozess 300 durch das in Verbindung mit 1 beschriebene beispielhafte System 100 durchgeführt werden. Der Prozess 300 kann in der Umgebung durchgeführt werden, in der der MEMS-Trägheitssensor eingesetzt wird. Zum Beispiel kann der Prozess 300 durch ein in einem Fahrzeug oder in einer Industriemaschine eingesetztes System durchgeführt werden. Der Prozess 300 beginnt mit dem Schritt 302, bei dem ein MEMS-Trägheitssensor unter Verwendung eines Testsignals stimuliert wird. Das Testsignal kann durch eine Testschaltungsanordnung erzeugt werden, um den MEMS-Trägheitssensor zu stimulieren (zum Beispiel mit einer Beschleunigung und/oder einer Winkelgeschwindigkeit). Bei einigen Ausführungsformen kann der Signalgenerator 110 von 1 das Testsignal von Schritt 302 erzeugen.
Im Schritt 304 wird als Antwort auf den Auslöseimpuls ein Antwortsignal von dem MEMS-Trägheitssensor empfangen. Im Schritt 306 wird unter Verwendung des Antwortsignals und eines Inphase-Referenzsignals ein Inphase-Antwortsignal erzeugt. Zum Beispiel kann das Inphase-Antwortsignal durch Mischen des Antwortsignals und des Inphase-Referenzsignals erzeugt werden. Das Inphase-Referenzsignal kann mit dem Testsignal im Wesentlichen in Phase sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Mischer 116 von 1 das Inphase-Antwortsignal von Schritt 306 erzeugen.
Im Schritt 308 wird unter Verwendung des Antwortsignals und eines Quadraturreferenzsignals ein Quadraturantwortsignal erzeugt. Zum Beispiel kann das Quadraturantwortsignal durch Mischen des Antwortsignals und des Quadraturreferenzsignals erzeugt werden. Das Quadraturreferenzsignal kann mit dem Testsignal im Wesentlichen in Quadratur sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Mischer 118 von 1 das Quadraturantwortsignal von Schritt 306 erzeugen.
Im Schritt 310 kann bestimmt werden, ob die Antwort des MEMS-Trägheitssensors auf den Auslöseimpuls als ein zuverlässiges Maß für die Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist. Zum Beispiel kann basierend auf dem Quadraturantwortsignal bestimmt werden, ob das Inphase-Antwortsignal als ein Maß zum Bewerten der Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist. Schritt 310 kann praktisch angeben, ob Störauslöseimpulse in dem Selbsttestsystem vorhanden sind. Wie weiter unten besprochen wird, kann diese Bestimmung zumindest bei einigen Ausführungsformen durch Bewerten, ob die Amplitude des Quadraturantwortsignals über oder unter einem Schwellenwert liegt, durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Antwortanalysator 122 von 1 bestimmen, ob das Inphase-Antwortsignal als ein Maß zum Bewerten der Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist.
Wenn bestimmt wird, dass das Inphase-Antwortsignal nicht als ein Maß für die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, kann der Prozess 300 die Schritte302-310 weiter zyklisch durchlaufen. Der Zyklus kann zum Beispiel so lange fortlaufen, bis bestimmt wird, dass das Inphase-Antwortsignal als ein Maß für die Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist. Im Schritt 311 kann wahlweise ein Ausgangssignal, das anzeigt, dass das Ergebnis des Selbsttestens unplausibel ist, ausgegeben werden. Das Ausgangssignal kann anzeigen, dass das Ergebnis des Selbsttests wahlweise zu ignorieren ist.
Wenn bestimmt wird, dass das Inphase-Antwortsignal als ein Maß für die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, fährt der Prozess 300 mit dem Schritt 312 fort, in der die Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors bewertet werden. Eigenschaften des MEMS-Trägheitssensors, die bewertet werden können, beinhalten die Empfindlichkeit eines Beschleunigungsmessers gegenüber Beschleunigung in einer bestimmten Richtung oder um eine bestimmte Achse, die Empfindlichkeit eines Gyroskops gegenüber Winkelgeschwindigkeit um eine bestimmte Achse und/oder die Bandbreite oder der Dynamikbereich des MEMS-Trägheitssensors, sind aber nicht darauf beschränkt. Es kann zum Beispiel bestimmt werden, ob die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors größer als ein Schwellenwert, der den zulässigen Mindestwert für die Eigenschaft darstellt, ist, wobei der zulässige Mindestwert von einem Benutzer eingestellt werden kann oder in Abhängigkeit von dem Kontext durch das System automatisch eingestellt werden kann. Bei anderen Ausführungsformen kann die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors mit einem Satz von Schwellenwerten verglichen werden. In Abhängigkeit davon, wo der Wert der Eigenschaft bezüglich der Schwellenwerte liegt, kann das System den Benutzer über den Grad, in dem der MEMS-Trägheitssensor von dem gewünschten Verhalten abweicht, benachrichtigen.
Wenn bestimmt wird, dass die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zufriedenstellend ist, zum Beispiel über einem Schwellenwert liegt, kann der Prozess 300 zum Schritt 313 übergehen oder kann beendet werden. Im Schritt 313 wird ein Signal, das anzeigt, dass der MEMS-Trägheitssensor ordnungsgemäß funktioniert, zumindest bezüglich der im Schritt 312 bewerteten Eigenschaft, ausgegeben. Wenn jedoch bestimmt wird, dass die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors nicht zufriedenstellend ist, zum Beispiel unter einem Schwellenwert liegt, kann der Prozess 300 mit dem Schritt 314 fortfahren, bei der ein Benachrichtigungssignal, das anzeigt, dass der MEMS-Trägheitssensor nicht ordnungsgemäß funktioniert, ausgegeben werden kann (zum Beispiel angezeigt oder dem Benutzer auf andere Weise mitgeteilt werden kann). Bei einigen Ausführungsformen kann der Prozess 300 den Benutzer darüber informieren, wo sich die Fehlfunktion des MEMS-Trägheitssensors beispielsweise in einer Skala von 0 bis 10 (oder in irgendeiner anderen geeigneten Skala) bezüglich der Eigenschaft befindet. Dies kann zum Beispiel durch Vergleichen des Inphase-Antwortsignals mit einem Satz von Schwellenwerten durchgeführt werden. Dann kann der Prozess 300 enden oder einen anderen Zyklus durchführen.
Der Prozess 300 kann unter Verwendung irgendeiner geeigneten Art von Testsignal durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Prozess 300 unter Verwendung mehrerer Testsignale mit verschiedenen Frequenzen durchgeführt werden. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit des Verfahrens verbessert werden, da die Wahrscheinlichkeit, dass alle der Frequenzen gleichzeitig durch Störsignale gestört werden, bezüglich eines einzigen Frequenzschemas geringer ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Antwortanalysator 122 bestimmen, ob das Inphase-Antwortsignal als ein zuverlässiges Maß zum Bewerten der Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, indem er die Amplitude des Quadraturantwortsignals mit einem Schwellenwert vergleicht. Wenn die Amplitude des Quadraturantwortsignals zum Beispiel kleiner als der Schwellenwert ist, kann der Antwortanalysator 122 bestimmen, dass keine signifikanten störenden Störsignale mit der Frequenz bzw. den Frequenzen des Testsignals bzw. der Testsignale vorhanden sind. Somit ist das Inphase-Antwortsignal als ein zuverlässiges Maß zum Bewerten der Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden. Wenn die Amplitude des Quadratursignals andererseits größer als der Schwellenwert ist, kann der Antwortanalysator 122 bestimmen, dass Störsignale die Operationen der Testschaltungsanordnung 104 stören und dass das Inphase-Antwortsignal nicht dazu verwendet werden sollte, die Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors zuverlässig zu bewerten.
Wenn bestimmt wird, dass die Inphase-Antwort zuverlässig zum Bewerten der Eigenschaft(en) des MEMS-Trägheitssensors verwendet werden kann, kann diese Bewertung bei einigen Ausführungsformen durch Vergleichen der Amplitude des Inphase-Antwortsignals mit einem Schwellenwert durchgeführt werden. Dieser Schwellenwert kann den zulässigen Mindestwert für die Eigenschaft des gerade bewerteten MEMS-Trägheitssensors darstellen. Wenn die Amplitude des Inphase-Trägheitssensors kleiner als der Schwellenwert ist, kann der Antwortanalysator 122 deshalb bestimmen, dass der MEMS-Trägheitssensor nicht ordnungsgemäß funktioniert, und kann zumindest bei einigen Ausführungsformen den Benutzer benachrichtigen. Wenn die Amplitude des Inphase-Trägheitssensors andererseits größer als der Schwellenwert ist, kann der Antwortanalysator 122 bestimmen, dass der MEMS-Trägheitssensor bezüglich der Eigenschaft ordnungsgemäß funktioniert. Bei einigen Ausführungsformen kann die Amplitude des Inphase-Antwortsignals mit mehreren Schwellenwerten verglichen werden. Das Ergebnis kann das Ausmaß, in dem der MEMS-Trägheitssensor nicht ordnungsgemäß funktioniert, anzeigen.
4 veranschaulicht eine Beispielimplementierung des Antwortanalysators 122 gemäß einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie. In diesem Beispiel weist der Antwortanalysator 122 Komparatoren 402 und 404 und eine Logikeinheit 410 auf. Der Komparator 404 empfängt als Eingaben das Quadraturantwortsignal und den Schwellenwert t1 und kann basierend auf einem Vergleich zwischen der Amplitude des Quadraturantwortsignals und dem Schwellenwert eine Ausgabe erzeugen. Die Ausgabe des Komparators 404 kann zum Beispiel davon abhängen, ob die Amplitude des Quadraturantwortsignals größer oder kleiner als der Schwellenwert t1 ist. Wenn die Ausgabe des Komparators 404 anzeigt, dass die Amplitude des Quadraturantwortsignals größer als der Schwellenwert t1 ist, kann die Logikeinheit 410 bei einigen Ausführungsformen bestimmen, dass die durch die Testschaltungsanordnung 104 erzeugten Ergebnisse bei der Frequenz des Testsignals verfälscht sind.
Der Komparator 402 empfängt als Eingaben das Inphase-Antwortsignal und den Schwellenwert t2 und kann basierend auf einem Vergleich zwischen der Amplitude des Inphase-Antwortsignals und dem Schwellenwert t2 eine Ausgabe erzeugen. Die Ausgabe des Komparators 402 kann zum Beispiel davon abhängen, ob die Amplitude des Inphase-Antwortsignals größer oder kleiner als der Schwellenwert t2 ist. Wenn die Ausgabe des Komparators 404 anzeigt, dass die Amplitude des Inphase-Antwortsignals kleiner als der Schwellenwert t2 ist, kann die Logikeinheit 410 bei einigen Ausführungsformen bestimmen, dass der MEMS-Trägheitssensor nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Die Art und Weise, auf die Logikeinheit 410 die Ausgaben der Komparatoren 402 und 404 verarbeiten kann, wird in der Tabelle von 5 gezeigt. Wie veranschaulicht wird, kann die Logikeinheit 410 dazu programmiert sein, zu bestimmen, dass auf der Frequenz des entsprechenden Testsignals der Test durch das Vorhandensein von Störsignalen verfälscht ist, wenn die Amplitude des Quadraturantwortsignals größer als der Schwellenwert t1 ist (unabhängig davon, ob die Amplitude des Inphase-Antwortsignals größer oder kleiner als Schwellenwert t2 ist).
Die Logikeinheit 410 kann ferner dazu programmiert sein, zu bestimmen, dass der MEMS-Trägheitssensor ordnungsgemäß funktioniert, wenn die Amplitude des Quadraturantwortsignals kleiner als der Schwellenwert t1 ist und die Amplitude des Inphase-Antwortsignals größer als der Schwellenwert t2 ist. Andererseits kann die Logikeinheit 410 dazu programmiert sein, zu bestimmen, dass der MEMS-Trägheitssensor nicht ordnungsgemäß funktioniert, wenn die Amplitude des Quadraturantwortsignals kleiner als der Schwellenwert t1 ist und die Amplitude des Inphase-Antwortsignals kleiner als Schwellenwert t2 ist.
Aspekte der hier beschriebenen Technologie können einen oder mehrere Vorteile bieten, von denen einige vorstehend beschrieben wurden. Es werden nunmehr einige nicht einschränkende Beispiele für solche Vorteile beschrieben. Es sollte auf der Hand liegen, dass nicht alle Aspekte und Ausführungsformen notwendigerweise alle der nunmehr beschriebenen Vorteile bieten. Ferner sollte auf der Hand liegen, dass Aspekte der hierin beschriebenen Technologie zusätzliche Vorteile zu den nunmehr beschriebenen bieten können.
Aspekte der hier beschriebenen Technologie stellen ein Verfahren zum Selbsttesten eines MEMS-Trägheitssensors bereit. Zum Beispiel sind einige Ausführungsformen dazu ausgebildet, zu bewerten, ob ein MEMS-Trägheitssensor ordnungsgemäß funktioniert oder nicht ordnungsgemäß funktioniert, oder bei einigen Ausführungsformen das Ausmaß, in dem der MEMS-Trägheitssensor nicht ordnungsgemäß funktioniert. Andere Aspekte der hier beschriebenen Technologie stellen eine Anzeige darüber bereit, ob das Ergebnis des Selbsttests beispielsweise aufgrund des Vorhandenseins von Störsignalen zu ignorieren ist oder ob das Ergebnis zuverlässig ist.
Gemäß einem Aspekt werden Techniken zum Selbsttesten von MEMS-Trägheitssensoren (MEMS - microelectromechanical system, mikroelektromechanisches System) beschrieben. Einige solche Techniken umfassen das Testen von Trägheitssensoreigenschaften, wie zum Beispiel die Empfindlichkeit eines Beschleunigungsmessers gegenüber Beschleunigung und die Empfindlichkeit eines Gyroskops gegenüber einer Winkelbewegung. Die Tests können durch Bereitstellen eines Testsignals, das einen Auslöseimpuls, wie zum Beispiel eine Beschleunigung oder eine Winkelgeschwindigkeit, an einen MEMS-Trägheitssensor simuliert, und Prüfen der Ausgabe des Sensors durchgeführt werden. Die Wirksamkeit solcher Selbsttests kann durch Störsignale, die in der Umgebung des Sensors vorhanden sein können und die Ausgabe des Sensors beeinflussen können, beeinträchtigt werden. Demgemäß umfassen die hier beschriebenen Selbsttesttechniken das Detektieren des Vorhandenseins jeglicher solcher Störsignale und das Verwerfen von Selbsttestergebnissen, wenn ihr Vorhandensein detektiert wird. Bei einigen Ausführungsformen kann das Vorhandensein von Störsignalen durch Verwendung eines Signals, das durch Mischen der Antwort des MEMS-Trägheitssensors mit einem Referenzsignal im wesentlichen in Quadratur mit dem Testsignal erhalten wird, detektiert werden.

Claims

System zum Testen eines MEMS-Trägheitssensors, wobei das System Folgendes aufweist: eine Testschaltungsanordnung, die dazu ausgebildet ist: ein Antwortsignal zu empfangen, das eine Antwort des MEMS-Trägheitssensors auf ein durch einen Signalgenerator erzeugtes Testsignal repräsentiert; ein Inphase-Antwortsignal durch Mischen eines Inphase-Referenzsignals mit dem Antwortsignal zu erzeugen; ein Quadraturantwortsignal durch Mischen des Antwortsignals mit einem Quadraturreferenzsignal zu erzeugen; basierend auf dem Quadraturantwortsignal zu bestimmen, ob das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist; und wenn bestimmt wird, dass das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten der Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung des Inphase-Antwortsignals zu bewerten.
System nach Anspruch 1, wobei das Inphase-Referenzsignal und das Testsignal bezüglich einander im Wesentlichen in Phase sind.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend einen Phasenschieber, der dazu ausgebildet ist, zu bewirken, dass das Quadraturreferenzsignal und das Testsignal bezüglich einander im Wesentlichen in Quadratur sind.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Testschaltungsanordnung einen Komparator aufweist und wobei die Testschaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, zu bestimmen, ob das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, zumindest teilweise, indem mit dem ersten Komparator eine Amplitude des Quadraturantwortsignals mit einer Schwellenamplitude verglichen wird.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Testschaltungsanordnung ferner dazu ausgebildet sein kann, wenn basierend auf dem Quadraturantwortsignal bestimmt wird, dass das Inphase-Antwortsignal nicht zum Bewerten der Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, ein Benachrichtigungssignal auszugeben, das anzeigt, dass ein Ergebnis eines Selbsttests zu ignorieren ist.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend den Signalgenerator, der dazu ausgebildet ist, unter Verwendung des Testsignals den MEMS-Trägheitssensor zu stimulieren.
Verfahren zum Testen eines MEMS-Trägheitssensors, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Stimulieren des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung eines Testsignals; Empfangen eines Antwortsignals von dem MEMS-Trägheitssensor als Antwort auf das Stimulieren; Erzeugen eines Inphase-Antwortsignals unter Verwendung des Antwortsignals und eines Inphase-Referenzsignals; Erzeugen eines Quadraturantwortsignals unter Verwendung des Antwortsignals und eines Quadraturreferenzsignals; basierend auf dem Quadraturantwortsignal, Bestimmen, ob das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist; und wenn bestimmt wird, dass das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten der Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, Bewerten der Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung des Inphase-Antwortsignals.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend Bewirken, dass das Inphase-Referenzsignal und das Testsignal bezüglich einander im Wesentlichen in Phase sind.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner aufweisend Bewirken, dass das Quadraturantwortsignal und das Testsignal bezüglich einander im Wesentlichen in Quadratur sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Bestimmen, basierend auf dem Quadraturantwortsignal, ob das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, Bestimmen, ob eine Amplitude des Quadraturantwortsignals unter einer ersten Schwellenamplitude liegt, beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei Bewerten einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung des Inphase-Antwortsignals Bestimmen, ob eine Amplitude eines Inphase-Antwortsignal über einer zweiten Schwellenamplitude liegt, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren ferner beinhaltet, wenn die Amplitude des Inphase-Antwortsignals nicht über der zweiten Schwellenamplitude liegt, ein Benachrichtigungssignal auszugeben, das anzeigt, dass der MEMS-Trägheitssensor nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors eine Empfindlichkeit eines MEMS-Beschleunigungsmessers gegenüber Beschleunigung oder eine Empfindlichkeit eines MEMS-Gyroskops gegenüber einer Winkelbewegung beinhaltet.
System zum Testen eines MEMS-Trägheitssensors, wobei das System Folgendes aufweist: den MEMS-Trägheitssensor; und eine Testschaltungsanordnung, die dazu ausgebildet ist: als Antwort auf ein Testsignal ein Antwortsignal von dem MEMS-Trägheitssensor zu empfangen; unter Verwendung des Antwortsignals und eines Inphase-Referenzsignals ein Inphase-Antwortsignal zu erzeugen und unter Verwendung des Antwortsignals und eines Quadraturreferenzsignals ein Quadraturantwortsignal zu erzeugen; basierend auf dem Quadraturantwortsignal zu bestimmen, ob das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist; und wenn bestimmt wird, dass das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten der Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung des Inphase-Antwortsignals zu bewerten.
System nach Anspruch 14, wobei die Testschaltungsanordnung ferner dazu ausgebildet ist, zu bewirken, dass das Inphase-Referenzsignal und das Testsignal bezüglich einander im Wesentlichen in Phase sind.
System nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Testschaltungsanordnung ferner dazu ausgebildet ist, zu bewirken, dass das Quadraturreferenzsignal und das Testsignal bezüglich einander im Wesentlichen in Quadratur sind.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Testschaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Quadraturantwortsignal zu bestimmen, ob das Inphase-Antwortsignal zum Bewerten einer Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors zu verwenden ist, zumindest teilweise, indem bestimmt wird, ob eine Amplitude des Quadraturantwortsignals unter einer ersten Schwellenamplitude liegt.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Testschaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors unter Verwendung des Inphase-Antwortsignals zu bewerten, zumindest teilweise indem bestimmt wird, ob eine Amplitude des Inphase-Antwortsignals über einer zweiten Schwellenamplitude liegt.
System nach Anspruch 18, wobei die Testschaltungsanordnung ferner dazu ausgebildet ist, wenn die Testschaltungsanordnung bestimmt, dass die Amplitude des Inphase-Antwortsignals nicht über der zweiten Schwellenamplitude liegt, ein Benachrichtigungssignal auszugeben, das anzeigt, dass der MEMS-Trägheitssensor nicht ordnungsgemäß funktioniert.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Eigenschaft des MEMS-Trägheitssensors eine Empfindlichkeit eines MEMS-Beschleunigungsmessers gegenüber Beschleunigung oder eine Empfindlichkeit eines MEMS-Gyroskop gegenüber einer Winkelbewegung beinhaltet.