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Die Erfindung betrifft einen Phasenregelkreis für eine Treiberschaltung zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops.
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Die Erfindung betrifft weiter eine Treiberschaltung zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Phasenreglung eines Treibersignals zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops.
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Technisches Gebiet
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Bekannte MEMS-Gyroskopeinheiten, im folgenden kurz Gyroskope, werden häufig zusammen mit einem Beschleunigungssensor in einer Inertialmesseinheit verwendet, um beispielsweise Anwendungen mit erweiterter Realität oder eine Navigation innerhalb von Gebäuden zu ermöglichen. Hierbei spielt insbesondere der Energieverbrauch bei Internet-der-Dinge-Anwendungen oder tragbaren Anwendungen im Bereich Endkunden eine wichtige Rolle. Üblicherweise weist dabei ein im Betrieb befindliches Gyroskop einen hohen Energieverbrauch auf. Um den Energieverbrauch zu reduzieren, wird das Gyroskop oft abgeschaltet, wenn dieses nicht benutzt wird beziehungsweise dessen Messdaten nicht benötigt werden. Dies bedingt jedoch eine lange Startzeit im Fall, dass das Gyroskop wieder Messdaten liefern soll, da dessen seismische Masse erst wieder in eine entsprechende Oszillation gebracht werden muss. Um diesem wiederum Rechnung zu tragen ist es bekannt geworden, den Ausleseschaltkreis während der Nichtbenutzung des Gyroskops abzuschalten, die Treiberschaltung für die Oszillation der seismischen Masse jedoch aktiviert zu lassen.
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Stand der Technik
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Aus der
US 9,506,757 B2 ist ein Gyroskop-System mit einem MEMS-Gyroskop, welches mit einem Treibersystem und einem Sensiersystem verbunden ist, bekannt geworden. Das Treibersystem hält das MEMS-Gyroskop in einem Oszillationszustand und das Sensiersystem in einem Zustand zum Empfangen, Verstärken und Demodulieren eines Ausgabesignals des MEMS-Gyroskops, welches die Rotationsrate des MEMS-Gyroskops anzeigt. Das Gyroskop-System umfasst zusätzlich eine Phasenregelschleife, kurz PLL, die ein Referenztaktsignal (REFCLK) von dem Treibersystem erhält und ein Systemtaktsignal (CLK) bereitstellt. Das Gyroskop-System umfasst weiter eine Steuereinrichtung, die mittels des Systemtaktsignals betrieben wird und die einen Betriebszustand des Treibersystems und des Sensiersystems einstellt und ebenfalls den Betriebszustand des PLL steuert. Hierbei werden ein oder mehrere Systemzustandsparameter in einem im wesentlichen unveränderbaren Zustand während eines sogenannten Schutzmodus aufrechterhalten, was schnelle Übergänge zwischen einem Niedrigenergie-Betriebsmodus und einem normalen Betriebsmodus des Gyroskop-Systems ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Phasenregelkreis für eine Treiberschaltung zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops mit einer zu Schwingungen anregbaren seismischen Masse bereit, umfassend eine Eingangsschnittstelle zum Erhalten von Positionssignalen, die die aktuelle Position der schwingenden seismischen Masse des MEMS-Gyroskops repräsentieren, einen Phasendetektor zum Ermitteln der Phase und Frequenz der aktuellen Schwingungsbewegung der seismischen Masse auf Basis der erhaltenen Positionssignale, zumindest zwei alternativ aktivierbare Oszillatoren, wobei die alternativ aktivierbaren Oszillatoren unterschiedlichen Energieverbrauch und/oder unterschiedliche Rauscheigenschaften aufweisen, und zumindest eine Ausgabeschnittstelle zur Ausgabe eines von dem aktuell aktivierten Oszillator bereitgestellten Signals.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops mit einer zu Schwingungen anregbaren seismischen Masse bereit. Die Schaltungsanordnung umfasst eine Sensiereinheit, die mit dem MEMS-Gyroskop verbunden ist und mit der ein Nutzsignal des MEMS-Gyroskops bereitstellbar ist. Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Amplitudensteuereinheit zur Ausgabe eines Steuersignals zur Anregung und Aufrechterhaltung einer definierten Schwingungsbewegung der seismischen Masse des MEMS-Gyroskops basierend auf Positionssignalen, die die aktuelle Position der schwingenden seismischen Masse des MEMS-Gyroskops repräsentieren, und einen erfindungsgemäßen Phasenregelkreis, wobei zumindest eine Ausgabeschnittstelle des Phasenregelkreises mit der Amplitudensteuereinheit verbunden ist. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch noch eine Energiesteuereinheit, die mit der Sensiereinheit verbunden ist. Mittels der Energiesteuereinheit ist einer von mehreren vordefinierten Betriebsmodi des MEMS-Gyroskops vorgebbar. Außerdem ist die Energiesteuereinheit dazu ausgebildet, in Abhängigkeit vom vorgegebenen Betriebsmodus einen der mindestens zwei Oszillatoren zu aktivieren und die übrigen Oszillatoren zu deaktivieren.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung bereit, umfassend ein MEMS-Gyroskop und eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, wobei das MEMS-Gyroskop einerseits mit einer Eingangsschnittstelle der Sensiereinheit, andererseits mit einer Eingangsschnittstelle des Phasenregelkreises und einer Eingangs- und einer Ausgangsschnittstelle der Amplitudensteuereinrichtung verbunden ist.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bereit, wobei einer von mindestens zwei vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung vorgegeben wird, und wobei in Abhängigkeit vom vorgegebenen Betriebsmodus einer der mindestens zwei Oszillatoren des Phasenregelkreises aktiviert wird, während die übrigen Oszillatoren des Phasenregelkreises deaktiviert werden.
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Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass der Stromverbrauch für die MEMS-Gyroskop-Schaltungsanordnung wesentlich gesenkt werden kann, obwohl die Schwingungsbewegung der seismischen Masse des Gyroskops unabhängig von dessen Betriebsmodus aufrechterhalten wird, so dass keine lange Startzeit beim Wechsel des Betriebszustandes des Gyroskops abgewartet werden muss, bis verlässliche Messdaten des Gyroskops verfügbar sind. Üblicherweise weist der Oszillator des Phasenregelkreises der Antriebsschaltung einen vergleichsweise hohen Energieverbrauch gegenüber den anderen Komponenten der MEMS-Gyroskop-Schaltungsanordnung auf, da dieser auch ein Signal mit niedrigem Phasenrauschen zur Demodulation des Sensierkanals bereitstellen soll. Diese hohe Anforderung besteht nicht, wenn die seismische Masse des Gyroskops lediglich in Bewegung gehalten werden soll, aber kein Messsignal erfasst wird und die Sensiereinheit ausgeschaltet ist. Dann können die Anforderungen an die Güte des Oszillators erheblich reduziert werden und es kann ein Oszillator mit höherem Rauschen, jedoch mit besonders niedrigem Energieverbrauch benutzt werden. Mit anderen Worten wird durch Ausführungsformen der Erfindung ein Phasenregelkreis zur Verfügung gestellt, der alternativ mit mindestens zwei Oszillatoren unterschiedlicher Güte betrieben werden kann. Einer der beiden Oszillatoren ist beispielsweise für den Betrieb mit niedrigem Rauschen ausgelegt, um eine definierte Antriebsfrequenz für die seismische Masse zu realisieren und eine zuverlässige Demodulation des Messsignals zu ermöglichen, wohingegen der andere Oszillator auf niedrigen Energieverbrauch ausgelegt ist, um einen Antrieb der seismischen Masse des MEMS-Gyroskops bei geringem Energieverbrauch aufrechtzuhalten, wenn dessen Sensiereinheit ausgeschaltet ist, also keine Messwerte des Gyroskops erfasst werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der erfindungsgemäße Phasenregelkreis mit einem Schleifenfilter zur Anwendung zumindest einer Übertragungsfunktion ausgestattet. Dieser Schleifenfilter weist zumindest zwei Ausgänge auf, wobei jeweils ein Ausgang des Schleifenfilters mit einem der zumindest zwei Oszillatoren verbunden ist, und wobei jedem Ausgang des Schleifenfilters eine eigene Übertragungsfunktion zugeordnet ist. Hierdurch wird die Flexibilität erhöht, da gleichzeitig unterschiedliche Übertragungsfunktionen durch den Schleifenfilter bereitgestellt werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest einer der zumindest zwei Oszillatoren des erfindungsgemäßen Phasenregelkreises spannungs- oder stromgesteuert ausgebildet. Auf diese Weise wird eine einfache Steuerung zumindest eines Oszillators mit Hilfe von elektrischen Spannungssignalen oder Stromsignalen ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Energiesteuereinheit vorgesehen, die ausgebildet ist, einen der zumindest zwei Oszillatoren zu aktivieren und die übrigen Oszillatoren zu deaktivieren. Die Energiesteuereinheit ist außerdem mit einem Schalterelement zu dessen Betätigung verbunden. Durch entsprechende Ansteuerung und Betätigung des Schalterelements wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung der jeweils aktivierte Oszillator in den Signalpfad des Phasenregelkreises eingebunden und der Phasenregelkreis dadurch geschlossen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bestimmt die Energiesteuereinheit nicht nur den Betriebsmodus des Phasenregelkreises durch Aktivieren eines der Oszillatoren und Deaktivieren der anderen Oszillatoren. Mit Hilfe des Schalterelements bindet die Energiesteuereinheit außerdem den jeweils aktivierten Oszillator schaltungstechnisch in den Phasenregelkreis ein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das ansteuerbare Schalterelement einen Multiplexer. Mittels eines Multiplexers wird eine einfache Implementierung einer Auswahlschaltung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen den Ausgängen der zumindest zwei Oszillatoren und der zumindest eine Ausgabeschnittstelle zumindest ein Frequenzteiler angeordnet. Vorteil hiervon ist, dass die Frequenz des Signals am Ausgang des jeweiligen Oszillators in einem bestimmten ganzzahligen Teilungsverhältnis vermindert werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist jedem Oszillator ein separater Frequenzteiler zugeordnet. Vorteil hiervon ist die erhöhte Flexibilität, da aufgrund der unterschiedlichen Frequenzen der unterschiedlichen Oszillatoren ebenfalls unterschiedliche Frequenzteiler zum Einsatz kommen können. Wenn die zumindest zwei Oszillatoren dieselbe Mittenfrequenz aufweisen kann auch lediglich ein gemeinsamer Frequenzteiler benutzt werden, der dann signaltechnisch nach der Auswahlschaltung angeordnet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops ist die Energiesteuereinheit ausgebildet, entweder einen aktiven Sensier-Betriebsmodus, in dem Sensorsignale erfasst und vorverarbeitet werden, oder mindestens einen Standby-Modus, in dem keine Sensorsignale erfasst und/oder vorverarbeitet werden, als Betriebsmodus des MEMS-Gyroskops vorzugeben, wobei für den aktiven Sensier-Betriebsmodus der rauschärmere und/oder frequenzstabilere Oszillator der zumindest zwei Oszillatoren verwendet wird, während für den mindestens einen Standby-Modus der energiesparendere Oszillator der zumindest zwei Oszillatoren verwendet wird. Mit anderen Worten wird einer der zumindest zwei Oszillatoren besonders rauscharm und/oder frequenzstabil ausgeführt oder betrieben und der andere der zumindest zwei Oszillatoren wird besonders energiesparend ausgeführt.
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Vorteil hiervon ist, dass der Stromverbrauch für die MEMS-Gyroskop-Schaltungsanordnung wesentlich gesenkt werden kann, ohne dass die Genauigkeit von Messdaten des MEMS-Gyroskops reduziert wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist ein Schalterelement vorgesehen, das von der Energiesteuereinheit so ansteuerbar ist, dass das Ausgangssignal des jeweils aktivierten Oszillators der Amplitudensteuereinheit zugeführt wird und der Phasenregelkreis dadurch geschlossen wird. Dies ermöglicht eine zentrale, einfache Möglichkeit der Steuerung der Auswahl des zu aktivierenden Oszillators zum Schließen der Phasenregelkreisschleife.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung wird zwischen einem aktiven Sensier-Betriebsmodus, in dem Sensorsignale erfasst und vorverarbeitet werden, und mindestens einem Standby-Modus, in dem keine Sensorsignale erfasst und/oder vorverarbeitet werden, umgeschaltet. Dazu wird für den aktiven Sensier-Betriebsmodus der rauschärmere und/oder frequenzstabilere Oszillator der zumindest zwei Oszillatoren aktiviert beziehungsweise verwendet und für den mindestens einen Standby-Modus wird der energiesparendere Oszillator der zumindest zwei Oszillatoren aktiviert beziehungsweise verwendet, während der jeweils andere Oszillator deaktiviert wird. Vorteil hiervon ist, dass der Stromverbrauch für die MEMS-Gyroskop-Schaltungsanordnung wesentlich gesenkt werden kann, ohne Performanceeinbußen im Messbetrieb, das heißt im Sensier-Betriebsmodus.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird ein Umschalten zwischen den vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung individuell initiiert. Dies ermöglicht ein flexibles Umschalten zwischen den Betriebsmodi je nach Bedarf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens erfolgt ein Umschalten zwischen den vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung automatisch mit einer vorgebbaren Frequenz. Damit können im Wesentlichen kontinuierlich oder zumindest regelmäßig Messwerte des MEMS-gyroskops bereitgestellt werden, bei gleichzeitig niedrigerem Energieverbrauch.
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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.
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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.
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Figurenliste
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Dabei zeigen
- 1 das Schaltbild einer MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 2 Schritte eines Verfahrens zum Betreiben einer MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Im Detail ist in 1 eine MEMS-Gyroskop Sensoranordnung 1 gezeigt. Die MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung 1 umfasst ein MEMS-Gyroskop-Sensorelement 3 mit einer zu Schwingungen anregbaren seismischen Masse und eine Schaltungsanordnung 100 mit einer Sensiereinheit 5, die auch als Sensier-Frontend 5 bezeichnet wird, mit einer Treiberschaltung und mit einer Energiesteuereinheit 2. Die Treiberschaltung, die in 1 nicht gesondert bezeichnet ist, besteht hier aus einer Amplitudensteuereinheit 4 und einem Phasenregelkreis 10. Der Phasenregelkreis 10 hat eine Eingangsschnittstelle 20, die mit dem MEMS-Gyroskop-Sensorelement 3 verbunden ist. Über diese Eingangsschnittstelle 20 empfängt der Phasenregelkreis 10 Positionssignale 101, die die jeweils aktuelle Position der schwingenden seismischen Masse des MEMS-Gyroskops 3 repräsentieren. Diese Positionssignale 101 werden einem Phasendetektor 11 des Phasenregelkreises 10 zugeleitet, der im weiteren signaltechnischen Verlauf mit einem Schleifenfilter 12 verbunden ist. Der Schleifenfilter 12 weist zwei Ausgänge 12a, 12b auf, die mit jeweils einem Oszillator 13a, 13b verbunden sind. Erfindungsgemäß unterscheiden sich die beiden Oszillatoren 13a, 13b in ihrem Energieverbrauch und/oder in ihren Rauscheigenschaften. So kann der Oszillator 13a eine, insbesondere deutlich, höhere Güte aufweisen als der Oszillator 13b, der dafür einen, insbesondere deutlich, geringeren Energieverbrauch aufweisen kann als der Oszillator 13a, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Jeder der Oszillatoren 13a, 13b ist weiter mit einem Frequenzteiler 14a, 14b verbunden. Die von den beiden Frequenzteilern 14a, 14b bereitgestellten Ausgangssignale 101a, 101b werden einem Schalterelement 15 in Form eines Multiplexers zugeführt, der entweder das Signal 101a oder das Signal 101b des jeweiligen Oszillators 13a, 13b als Signal 102 über eine Ausgabeschnittstelle 22 der Amplitudensteuereinheit 4 bereitstellt. Die Energiesteuereinheit 2 ist sowohl mit der Sensiereinheit 5 als auch mit den beiden Oszillatoren 13a, 13b und dem Schalterelement 15 verbunden. Die Energiesteuereinheit 2 gibt den Betriebsmodus der MEMS-Gyroskop Sensoranordnung 1 vor. Dabei kann sie zwischen einem Sensier-Betriebsmodus, in dem Sensorsignale erfasst und vorverarbeitet werden, und einem Standby-Modus, in dem keine Sensorsignale erfasst und/oder vorverarbeitet werden, wählen. Zur Auswahl des Sensier-Betriebsmodus aktiviert die Energiesteuereinheit 2 die Sensiereinheit 5 über den Signalpfad 105 und den rauschärmeren Oszillator 13a über den Signalpfad 121a. Der energiesparendere Oszillator 13b wird über den Signalpfad 121b deaktiviert. Außerdem steuert die Energiesteuereinheit 2 das Schalterelement 15 über den Signalpfad 120 so an, dass der Oszillator 13a in den Phasenregelkreis 10 geschaltet wird, der Phasenregelkreis 10 also durch den rauschärmeren Oszillator 13a geschlossen wird. Zum Umschalten in den Standby-Betriebsmodus deaktiviert die Energiesteuereinheit 2 die Sensiereinheit 5 über den Signalpfad 105. Der rauschärmere Oszillator 13a wird über den Signalpfad 121a ebenfalls deaktiviert. Stattdessen wird jetzt der energiesparendere Oszillator 13b über den Signalpfad 121b aktiviert. Außerdem steuert die Energiesteuereinheit 2 das Schalterelement 15 über den Signalpfad 120 so an, dass jetzt der Oszillator 13b in den Phasenregelkreis 10 geschaltet wird, der Phasenregelkreis 10 also durch den energiesparenderen Oszillator 13b geschlossen wird. Demnach werden die beiden Oszillatoren 13a, 13b also über entsprechende Steuersignale 121a, 121b der Energiesteuereinheit 2 in Abhängigkeit des gewählten Betriebsmodus der MEMS-Gyroskops Sensoranordnung 1 an- oder abgeschaltet.
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Die Positionssignale 101 werden auch der Amplitudensteuereinheit 4 zugeleitet. Diese generiert auf Basis der Positionssignale 101 und des Ausgangssignals 102 des Phasenregelkreises 10 ein Treibersignal 103 für das MEMS-Gyroskop-Sensorelement 3. Dieses Treibersignal 103 wird unabhängig vom Betriebsmodus der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung 1 generiert und dient dazu, die Schwingungsbewegung der seismischen Masse des MEMS-Gyroskop-Sensorelements 3 unabhängig vom Betriebsmodus der MEMS-Gyroskop Sensoranordnung 1 aufrechtzuerhalten.
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Im Sensier-Betriebsmodus werden die vom MEMS-Gyroskop Sensorelement 3 erfassten Messsignale 104 von der aktivierten Sensiereinheit 5 ausgelesen und mit Hilfe des Ausgangssignals 101a des rauschärmeren Oszillators 13a demoduliert, um ein Drehratensensorsignal als Nutzsignal 106 bereitzustellen.
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Der Phasenregelkreis 10 ist ein geschlossenes System, welches die Phase und Frequenz eines Eingabesignals, hier eines Positionsdatensignals des MEMS-Gyroskops 3, ermittelt. Der Phasenregelkreis 10 umfasst hier - wie bereits ausgeführt - einen Phasendetektor 11, einen Schleifenfilter 12 und zwei steuerbare Oszillatoren 13a, 13b, insbesondere in Form von spannungsgesteuerten Oszillatoren - VCO - und jeweils einen nachgeschalteten Frequenzteiler 14a, 14b mit den Faktoren 1/N1 bzw. 1/N2. Im vorliegenden Fall der 1 hat der Schleifenfilter 12 zwei Ausgabeschnittstellen 12a, 12b, die verschiedene Übertragungsfunktionen auf das jeweilige Eingabesignal anwenden und bereitstellen können. Jeweils eines der Signale, auf die die jeweilige Übertragungsfunktion angewendet wurde, wird dann jeweils einem der beiden Oszillatoren 13a, 13b bereitgestellt. Hierbei ist einer der Oszillatoren 13a ausgelegt, um ein niedriges (Phasen)Rauschen bereitzustellen, was eine entsprechend hohe Frequenz und damit einhergehend einen hohen Energieverbrauch bedingt. Der andere Oszillator 13b ist dagegen auf einen besonders niedrigen Energieverbrauch ausgelegt, gegebenenfalls mit niedrigerer Frequenz als der erste Oszillator 13a und mit höheren Rauschen.
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Aufgrund der gegebenenfalls verschiedenen Oszillationsfrequenzen der Oszillatoren 13a, 13b können ebenfalls, wie in 1, zwei verschiedene Frequenzteiler 14a, 14b mit unterschiedlichen Koeffizienten 1/N1 bzw. 1/N2 benutzt werden. Wenn die beiden Oszillatoren 13a, 13b die gleiche Mittenfrequenz aufweisen, kann der Phasenregelkreis 10 bzw. die MEMS-Gyroskop-Schaltungsanordnung 1 insgesamt mit einem einzelnen geteilten Frequenzteiler betrieben werden. Dieser wird dann signaltechnisch nach dem Schalterelement 15 angeordnet. Das Schalterelement 15 wird durch die Energiesteuereinheit 2 außerhalb des Phasenregelkreises 10 gesteuert. Die Energiesteuereinheit 2 wählt dann aus, welcher der beiden Oszillatoren 13a, 13b das Signal für den zu schließenden Regelkreis bereitstellt. Hierbei ist insbesondere lediglich jeweils nur ein Oszillator 13a, 13b aktiviert. Der Signalpfad des Oszillators mit niedrigerem Rauschen - in 1 der Oszillator 13a - ist mit dem Sensier-Frontend 5 verbunden, das die Rotationsgeschwindigkeit des MEMS-Gyroskops 3 ausliest und ein entsprechendes Demodulationssignal 105 von dem Phasenregelkreis 10 benötigt. Die Amplitudensteuereinheit 4 liest stattdessen die Position des MEMS-Gyroskop-Sensorelements 3 aus und stellt ein Treibersignal 103 bereit, um die Amplitude des MEMS-Gyroskop-Sensorelements 3 konstant zu halten. Die Amplitudensteuereinheit 4 benötigt hierfür ebenfalls ein Treibersignal 102 von dem Phasenregelkreis 10, um die Amplitudenbewegung zu detektieren und um ein geeignetes Treibersignal 103 bei der Resonanzfrequenz des MEMS-Gyroskop-Sensorelements 3 bereitzustellen. Mit Hilfe der Energiesteuereinheit 2 wird der Betriebsmodus der MEMS-Gyroskop Sensoranordnung 1 vorgegeben. Ist das Sensier-Frontend 5 eingeschaltet, wird der auf niedrigeres Rauschen ausgelegten Oszillator 13a des Phasenregelkreises 10 verwendet. Wenn das Sensier-Frontend 5 abgeschaltet wird, wird auf den auf niedrigeren Energieverbrauch ausgelegten zweiten Oszillator 13b umgeschaltet. Der jeweilige Oszillator 13a, 13b, der nicht genutzt wird, wird dann abgeschaltet, um Energie zu sparen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung 1, wie in 1 dargestellt, wird nachfolgend anhand von 2 erläutert.
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Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte.
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In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Vorgeben eines von mindestens zwei vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung 1.
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In einem weiteren Schritt S2 erfolgt ein Aktivieren einer der mindestens zwei Oszillatoren des Phasenregelkreises in Abhängigkeit vom vorgegebenen Betriebsmodus.
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In einem weiteren Schritt S3 erfolgt ein Deaktivieren der übrigen Oszillatoren des Phasenregelkreises.
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In einem weiteren optionalen Schritt S4 wird ein Umschalten zwischen den vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung 1 individuell initiiert und/oder das Umschalten zwischen den vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung erfolgt automatisch mit einer vorgebbaren Frequenz.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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