DE102020205998A1

DE102020205998A1 - Method and system for evaluating the functionality of a sensor

Info

Publication number: DE102020205998A1
Application number: DE102020205998.5A
Authority: DE
Inventors: David Slogsnat; Joachim Kreutzer; Gabriele CAZZANIGA; Massimiliano Musazzi; Timon Brückner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2021-11-18
Also published as: WO2021228520A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines Sensors, wobei der Sensor eine auslenkbare mikromechanische Sensorstruktur zum Detektieren und Umwandeln einer physikalischen Eingangsgröße in ein elektrisches Sensorsignal aufweist und wobei die mikromechanische Sensorstruktur mittels eines Anregungssignals auslenkbar ist, umfassend die Schritte:• Erzeugen eines ersten Anregungssignals mit einer ersten Amplitude mittels eines Anregungssignalgenerators,• Ausgeben des ersten Anregungssignals an die mikromechanische Sensorstruktur zum Auslenken der mikromechanischen Sensorstruktur,• Erfassen eines ersten Sensorsignals in Reaktion auf das erste Anregungssignal,• Erzeugen eines zweiten Anregungssignals mit einer zweiten Amplitude mittels des Anregungssignalgenerators, wobei die zweite Amplitude von der ersten Amplitude verschieden ist,• Ausgeben des zweiten Anregungssignals an die mikromechanische Sensorstruktur zum Auslenken der mikromechanischen Sensorstruktur,• Erfassen eines zweiten Sensorsignals in Reaktion auf das zweite Anregungssignal,• Erzeugen eines Vergleichsmaßes basierend auf dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal und• Bewerten der Funktionsfähigkeit des Sensors basierend auf dem Vergleichsmaß mittels einer Bewertungsfunktion.Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes System.The invention relates to a method for evaluating the functionality of a sensor, wherein the sensor has a deflectable micromechanical sensor structure for detecting and converting a physical input variable into an electrical sensor signal and wherein the micromechanical sensor structure can be deflected by means of an excitation signal, comprising the steps: Excitation signal with a first amplitude by means of an excitation signal generator, • outputting the first excitation signal to the micromechanical sensor structure for deflecting the micromechanical sensor structure, • detecting a first sensor signal in response to the first excitation signal, • generating a second excitation signal with a second amplitude by means of the excitation signal generator, wherein the second amplitude is different from the first amplitude, • outputting the second excitation signal to the micromechanical sensor structure for deflecting the micromechanical sensor structure • Detecting a second sensor signal in response to the second excitation signal, • Generating a comparison measure based on the first sensor signal and the second sensor signal, and • Assessing the functionality of the sensor based on the comparison measure using an evaluation function. The invention also relates to a corresponding system.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines Sensors, wobei der Sensor eine auslenkbare mikromechanische Sensorstruktur zum Detektieren und Umwandeln einer physikalischen Eingangsgröße in ein elektrisches Sensorsignal aufweist und wobei die mikromechanische Sensorstruktur mittels eines Anregungssignals auslenkbar ist.The invention relates to a method for evaluating the functionality of a sensor, the sensor having a deflectable micromechanical sensor structure for detecting and converting a physical input variable into an electrical sensor signal, and the micromechanical sensor structure being deflectable by means of an excitation signal.

Die Erfindung betrifft weiter ein entsprechendes System.The invention also relates to a corresponding system.

Stand der TechnikState of the art

Mikromechanische Sensoren werden in der Praxis häufig eingesetzt. So kommen beispielsweise mikromechanische Drucksensoren in Smartphones, Smartwatches, Fitness-Trackern oder bei loT-Anwendungen - Internet of Things - zum Einsatz. Dabei beschränken sich die Anwendungsfälle nicht lediglich auf Wettermessungen oder das Schätzen der Höhe. Vielmehr sind auch Anwendungsfälle möglich, bei denen beispielsweise ein sicheres Erkennen des Stockwerks eines Gebäudes durchgeführt wird, aus dem eine Notrufnummer gewählt worden ist.Micromechanical sensors are often used in practice. For example, micromechanical pressure sensors are used in smartphones, smartwatches, fitness trackers or in loT applications - Internet of Things. The use cases are not limited to weather measurements or the estimation of the altitude. Rather, applications are also possible in which, for example, the floor of a building is reliably identified from which an emergency number has been dialed.

Andere bekannte mikromechanische Sensoren messen beispielsweise Drehraten oder Beschleunigungen.Other known micromechanical sensors measure rotation rates or accelerations, for example.

Derartige mikromechanische Sensoren weisen eine auslenkbare mikromechanische Sensorstruktur auf, die eine physikalische Eingangsgröße detektieren und in ein elektrisches Sensorsignal umwandeln kann. Die mikromechanische Sensorstruktur ist bei einem Drucksensor häufig durch eine auslenkbare Membran gebildet, die Teil eines Kondensators ist. Bei einem Beschleunigungs- oder Drehratensensor ist die mikromechanische Sensorstruktur üblicherweise durch ein Feder-Masse-System gebildet.Such micromechanical sensors have a deflectable micromechanical sensor structure which can detect a physical input variable and convert it into an electrical sensor signal. In the case of a pressure sensor, the micromechanical sensor structure is often formed by a deflectable membrane that is part of a capacitor. In the case of an acceleration or rotation rate sensor, the micromechanical sensor structure is usually formed by a spring-mass system.

Hierbei ist es wichtig, dass die Funktionsfähigkeit des Sensors über die gesamte Lebensdauer gewährleistet ist und/oder zumindest zuverlässig ein Ausfall des Sensors erkannt werden kann. Daher sind beispielsweise in der US 2017/0023427 A1 und der US 5,377,524 Selbsttestfunktionen offenbart, mit denen die Funktion eines mikromechanischen Drucksensors überprüfbar ist.It is important here that the functionality of the sensor is guaranteed over the entire service life and / or that a failure of the sensor can at least be reliably detected. Therefore, for example, in the US 2017/0023427 A1 and the U.S. 5,377,524 Disclosed self-test functions with which the function of a micromechanical pressure sensor can be checked.

Bei anderen Systemen sind Möglichkeiten zur Rekalibrierung des Sensors geschaffen. Bei der US 2018/0052185 A1 wird eine Übertragungsfunktion eines Wandlers basierend auf einer Reaktion auf ein eingegebenes elektrisches Signal ermittelt. Daraus werden Parameter zu einer Kalibrierung des Wandlers bestimmt.In other systems, options for recalibrating the sensor are created. In the US 2018/0052185 A1 a transfer function of a transducer is determined based on a response to an input electrical signal. From this, parameters for a calibration of the converter are determined.

Bei der WO 2019/219258 A1 wird ein definiertes Anregungssignal an eine mikromechanische Sensorstruktur angelegt. Aus einem erfassten Sensor-Antwortsignal werden ein Trimm-Korrekturwert und ein aktueller Trimmwert für eine Korrektur des Sensorsignals ermittelt.In the WO 2019/219258 A1 a defined excitation signal is applied to a micromechanical sensor structure. A trim correction value and a current trim value for a correction of the sensor signal are determined from a detected sensor response signal.

Andere Kalibrierungsverfahren sind aus der US 9,689,770 B2 bekannt.Other calibration procedures are from the US 9,689,770 B2 known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines Sensors bereit, wobei der Sensor eine auslenkbare mikromechanische Sensorstruktur zum Detektieren und Umwandeln einer physikalischen Eingangsgröße in ein elektrisches Sensorsignal aufweist und wobei die mikromechanische Sensorstruktur mittels eines Anregungssignals auslenkbar ist, umfassend die Schritte:

• Erzeugen eines ersten Anregungssignals mit einer ersten Amplitude mittels eines Anregungssignalgenerators,
• Ausgeben des ersten Anregungssignals an die mikromechanische Sensorstruktur zum Auslenken der mikromechanischen Sensorstruktur,
• Erfassen eines ersten Sensorsignals in Reaktion auf das erste Anregungssignal,
• Erzeugen eines zweiten Anregungssignals mit einer zweiten Amplitude mittels des Anregungssignalgenerators, wobei die zweite Amplitude von der ersten Amplitude verschieden ist,
• Ausgeben des zweiten Anregungssignals an die mikromechanische Sensorstruktur zum Auslenken der mikromechanischen Sensorstruktur,
• Erfassen eines zweiten Sensorsignals in Reaktion auf das zweite Anregungssignal,
• Erzeugen eines Vergleichsmaßes basierend auf dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal und
• Bewerten der Funktionsfähigkeit des Sensors basierend auf dem Vergleichsmaß mittels einer Bewertungsfunktion.

In one embodiment, the present invention provides a method for evaluating the functionality of a sensor, the sensor having a deflectable micromechanical sensor structure for detecting and converting a physical input variable into an electrical sensor signal, and the micromechanical sensor structure can be deflected by means of an excitation signal, comprising the steps:

• Generating a first excitation signal with a first amplitude by means of an excitation signal generator,
• Outputting the first excitation signal to the micromechanical sensor structure for deflecting the micromechanical sensor structure,
• Acquisition of a first sensor signal in response to the first excitation signal,
• Generating a second excitation signal with a second amplitude by means of the excitation signal generator, the second amplitude being different from the first amplitude,
• Output of the second excitation signal to the micromechanical sensor structure for deflecting the micromechanical sensor structure,
• Acquisition of a second sensor signal in response to the second excitation signal,
• Generating a comparison measure based on the first sensor signal and the second sensor signal and
• Evaluate the functionality of the sensor based on the comparative measure by means of an evaluation function.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System bereit, das zumindest umfasst:

• einen Sensor mit einer auslenkbaren mikromechanischen Sensorstruktur zum Detektieren und Umwandeln einer physikalischen Eingangsgröße in ein elektrisches Sensorsignal, wobei die mikromechanische Sensorstruktur mittels eines Anregungssignals auslenkbar ist,
• einen Anregungssignalgenerator zum Erzeugen mindestens eines ersten und eines zweiten Anregungssignals, wobei das erste und das zweite Anregungssignal nacheinander an die mikromechanische Sensorstruktur ausgebbar sind,
• eine Auswerteeinheit zum Erfassen mindestens eines ersten und eines zweiten Sensorsignals, wobei der Sensor das erste Sensorsignal in Reaktion auf das erste Anregungssignal ausgibt und das zweite Sensorsignal in Reaktion auf das zweite Anregungssignal, und
• eine Bewertungseinheit, die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem ersten und dem zweiten Sensorsignal ein Vergleichsmaß zu erzeugen und die Funktionsfähigkeit des Sensors basierend auf dem Vergleichsmaß mittels einer Bewertungsfunktion zu bewerten.

In another embodiment, the present invention provides a system comprising at least:

• a sensor with a deflectable micromechanical sensor structure for detecting and converting a physical input variable into an electrical sensor signal, the micromechanical sensor structure being deflectable by means of an excitation signal,
• an excitation signal generator for generating at least a first and a second excitation signal, wherein the first and the second excitation signal can be output to the micromechanical sensor structure one after the other,
An evaluation unit for detecting at least a first and a second sensor signal, the sensor outputting the first sensor signal in response to the first excitation signal and the second sensor signal in response to the second excitation signal, and
An evaluation unit which is designed to generate a comparison measure based on the first and the second sensor signal and to evaluate the functionality of the sensor based on the comparison measure by means of an evaluation function.

Die Erfindung kann im Zusammenhang mit den verschiedensten Sensoren eingesetzt werden, solange diese Sensoren eine auslenkbare mikromechanische Sensorstruktur zum Detektieren und Umwandeln einer physikalischen Eingangsgröße in ein elektrisches Sensorsignal aufweisen und diese mikromechanische Sensorstruktur durch ein Anregungssignal auslenkbar ist. In einer Ausführungsform ist der Sensor durch einen Inertialsensor zum Messen einer Beschleunigung und/oder einer Drehung gebildet. In einer anderen Ausführungsform ist der Sensor durch einen Drucksensor gebildet.The invention can be used in connection with a wide variety of sensors as long as these sensors have a deflectable micromechanical sensor structure for detecting and converting a physical input variable into an electrical sensor signal and this micromechanical sensor structure can be deflected by an excitation signal. In one embodiment, the sensor is formed by an inertial sensor for measuring an acceleration and / or a rotation. In another embodiment, the sensor is formed by a pressure sensor.

Da diese mikromechanische Sensorstruktur durch ein Anregungssignal auslenkbar ist, reagiert die Sensorstruktur insbesondere abhängig von einer Amplitude des Anregungssignals unterschiedlich stark. Üblicherweise bedeuten größere Amplituden des Anregungssignals eine stärkere Reaktion der mikromechanischen Sensorstruktur. Auf diese Weise kann ohne eine externe Einwirkung, wie beispielsweise dem Bewegen des Sensors oder dem Ändern eines an dem Sensor anliegenden Drucks, eine sich ändernde Reaktion des Sensors erzeugt werden. Wenn die Sensorstruktur mit zwei unterschiedlichen Anregungssignalen beaufschlagt und die tatsächliche Änderung der Reaktion mit einer erwarteten Änderung der Reaktion verglichen wird, können Rückschlüsse auf die generelle Funktionsfähigkeit des Sensors gezogen werden.Since this micromechanical sensor structure can be deflected by an excitation signal, the sensor structure reacts to different degrees, in particular as a function of an amplitude of the excitation signal. Usually, larger amplitudes of the excitation signal mean a stronger reaction of the micromechanical sensor structure. In this way, a changing reaction of the sensor can be generated without an external influence, such as, for example, moving the sensor or changing a pressure applied to the sensor. If two different excitation signals are applied to the sensor structure and the actual change in the reaction is compared with an expected change in the reaction, conclusions can be drawn about the general functionality of the sensor.

Unter Nutzung dieses Prinzips wird bei der zuvor genannten Ausführungsform des Verfahrens zunächst durch einen Anregungssignalgenerator ein erstes Anregungssignal mit einer ersten Amplitude erzeugt und zum Auslenken der mikromechanischen Struktur an diese ausgegeben. In Reaktion auf das erste Anregungssignal entsteht ein erstes Sensorsignal, das in einem weiteren Schritt erfasst wird. Diese Schritte werden mit einem zweiten Anregungssignal wiederholt, wobei das zweite Anregungssignal eine zweite Amplitude aufweist, die von der ersten Amplitude verschieden ist. In Reaktion auf das zweite Anregungssignal entsteht ein zweites Sensorsignal. Basierend auf dem ersten und dem zweiten Sensorsignal wird ein Vergleichsmaß erzeugt, das für die Reaktion der mikromechanischen Sensorstruktur auf die unterschiedlichen Anregungssignale repräsentativ ist. Dieses Vergleichsmaß wird danach mittels einer Bewertungsfunktion bewertet. Diese Bewertungsfunktion kann prinzipiell alles umfassen, was ein Istverhalten und ein Sollverhalten in Beziehung zueinander setzt. Aus dem Ergebnis der Bewertung ergeben sich Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit des Sensors.Using this principle, in the aforementioned embodiment of the method, a first excitation signal with a first amplitude is first generated by an excitation signal generator and outputted to the micromechanical structure in order to deflect it. In response to the first excitation signal, a first sensor signal is generated, which is recorded in a further step. These steps are repeated with a second excitation signal, the second excitation signal having a second amplitude that is different from the first amplitude. A second sensor signal is generated in response to the second excitation signal. Based on the first and the second sensor signal, a comparison measure is generated which is representative of the reaction of the micromechanical sensor structure to the different excitation signals. This comparative measure is then evaluated by means of an evaluation function. This evaluation function can in principle include everything that relates an actual behavior and a target behavior to one another. The result of the evaluation allows conclusions to be drawn about the functionality of the sensor.

In einer Ausführungsform der Bewertungsfunktion wird das Vergleichsmaß mit mindestens einem Schwellenwert verglichen. Der mindestens eine Schwellenwert kann auf verschiedene Weise definiert sein. Dabei sollte die Definition des Schwellenwerts Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit des Sensors erlauben. Es bietet sich an, wenn der Schwellenwert an das Vergleichsmaß angepasst ist. Wenn das Vergleichsmaß beispielsweise eine durch den Sensor erkannte Druckdifferenz beschreibt, bietet es sich an, wenn sich auch der Schwellenwert auf eine Druckdifferenz bezieht. Dabei kann der Schwellenwert normiert sein und beispielsweise einen Anteil einer maximalen Druckdifferenz angeben. Der Schwellenwert kann aber auch konkrete Druckwerte in Form von Absolutwerten angeben. Diese kurze, nicht abschließende Beschreibung, die zudem nicht als Beschränkung auf Druckmessungen zu verstehen ist, zeigt, wie flexibel und anpassungsfähig dieses Konzept ist.In one embodiment of the evaluation function, the comparison measure is compared with at least one threshold value. The at least one threshold value can be defined in various ways. The definition of the threshold value should allow conclusions to be drawn about the functionality of the sensor. It is advisable if the threshold value is adapted to the comparison measure. If the comparison measure describes, for example, a pressure difference detected by the sensor, it is advisable if the threshold value also relates to a pressure difference. The threshold value can be normalized and, for example, specify a portion of a maximum pressure difference. However, the threshold value can also indicate specific pressure values in the form of absolute values. This short, non-exhaustive description, which is not to be understood as a restriction to pressure measurements, shows how flexible and adaptable this concept is.

In einer Ausführungsform wird das erste und das zweite Anregungssignal jeweils als zeitlich veränderliches, vorzugsweise periodisches Signal erzeugt. Das erste und zweite Anregungssignal kann jeweils verschiedentlich geformt sein. Lediglich beispielhaft seien sinus-, dreieck- oder rampenförmige Anregungssignale genannt. Aufgrund der besonders einfachen Erzeugung in digitalen Schaltungen wird vorzugsweise ein rechteckförmiges Anregungssignal genutzt. Das erste und das zweite Anregungssignal können nicht nur in der Amplitude variieren, sondern können auch unterschiedliche Form und/oder Frequenz aufweisen. Vorzugsweise unterscheiden sich das erste und das zweite Anregungssignal jedoch lediglich in der Amplitude.In one embodiment, the first and the second excitation signal are each generated as a time-variable, preferably periodic signal. The first and second excitation signals can each be shaped differently. Sinusoidal, triangular or ramp-shaped excitation signals are only mentioned as examples. Due to the particularly simple generation in digital circuits, a square-wave excitation signal is preferably used. The first and the second excitation signal can not only vary in amplitude, but can also have different shape and / or frequency. However, the first and second excitation signals preferably only differ in amplitude.

In einer Ausführungsform wird bei dem Schritt des Erzeugens des Vergleichsmaßes das erste und das zweite Sensorsignal miteinander verglichen und das Vergleichsmaß aus einer Differenz zwischen erstem und zweitem Sensorsignal gebildet. Auf diese Weise kann ohne aufwändige Anpassungen eine Bewertung des Sensorverhaltens vorgenommen werden. Für das Erzeugen des Vergleichsmaßes kann beispielsweise eine maximale Amplitude oder ein Mittelwert der beiden Sensorsignale genutzt werden. Bei einer Abarbeitung des Verfahrens mit digitalen Mitteln dürfte ein Vergleich der Sensorsignale basierend auf abgetasteten und digital-gewandelten Werten erfolgen.In one embodiment, in the step of generating the comparison measure, the first and second sensor signals are compared with one another and the comparison measure is formed from a difference between the first and second sensor signals. To this In this way, an evaluation of the sensor behavior can be carried out without complex adjustments. For example, a maximum amplitude or a mean value of the two sensor signals can be used to generate the comparison measure. When the method is processed with digital means, a comparison of the sensor signals based on sampled and digitally converted values should take place.

In einer anderen Ausführungsform wird bei dem Schritt des Erzeugens des Vergleichsmaßes ein mit dem ersten Sensorsignal korrespondierender erster Messwert und ein mit dem zweiten Sensorsignal korrespondierender zweiter Messwert bestimmt und das Vergleichsmaß aus einer Differenz des ersten und zweiten Messwerts gebildet. Dies bedeutet, dass eine durch ein Anregungssignal hervorgerufene Auslenkung einem konkreten Messwert, beispielsweise einem konkreten Druck, einer konkreten Beschleunigung oder einer konkreten Drehrate, zugeordnet wird und diese dadurch erhaltenen Messwerte miteinander verglichen werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Schwellenwerte beziehungsweise die Bewertungsfunktion allgemein relativ intuitiv definiert und verstanden werden können, ohne dass Kenntnisse über die konkreten Abhängigkeiten des Sensors vorliegen müssen. Die Messwerte dürften als abgetastete und digital-gewandelte Werte vorliegen.In another embodiment, in the step of generating the comparative measure, a first measured value corresponding to the first sensor signal and a second measured value corresponding to the second sensor signal are determined and the comparative measure is formed from a difference between the first and second measured values. This means that a deflection caused by an excitation signal is assigned to a specific measured value, for example a specific pressure, a specific acceleration or a specific rate of rotation, and these measured values obtained as a result are compared with one another. This embodiment offers the advantage that the threshold values or the evaluation function can generally be defined and understood relatively intuitively without knowledge of the specific dependencies of the sensor having to be present. The measured values should be available as sampled and digitally converted values.

In einer Ausführungsform werden die Schritte des Erzeugens und Ausgebens eines Anregungssignals und der Schritt des Erfassens eines Sensorsignals n Mal wiederholt, wobei n eine natürliche Zahl größer als zwei ist. Dabei können n verschiedene Anregungssignale erzeugt werden. Es ist aber auch denkbar, dass das erste Anregungssignal und das zweite Anregungssignal jeweils mehrfach ausgegeben werden, bis n Sensorsignale erzeugt sind. Dabei könnte jeweils zwischen dem ersten und dem zweiten Anregungssignal und eventuell weiteren Anregungssignalen gewechselt werden. Die Anzahl verschiedener Anregungssignale kann von den Informationen abhängen, die sich für die Funktionsfähigkeit des Sensors aus den verschiedenen Anregungssignalen ergeben. Bei dem Erzeugen des Vergleichsmaßes können alle n Sensorsignale genutzt werden. Es können aber auch einzelne Sensorsignale, beispielsweise Ausreißer, weggelassen werden. Das Bilden von Mittelwerten oder ein anderweitiges Zusammenfassen und/oder Bewerten von Sensorsignalen ist möglich. Durch Nutzen von mehr als zwei Messungen kann der Einfluss einer Fehlmessung reduziert werden.In one embodiment, the steps of generating and outputting an excitation signal and the step of detecting a sensor signal are repeated n times, where n is a natural number greater than two. Here, n different excitation signals can be generated. However, it is also conceivable that the first excitation signal and the second excitation signal are each output several times until n sensor signals are generated. It would be possible to switch between the first and the second excitation signal and possibly further excitation signals. The number of different excitation signals can depend on the information that results from the various excitation signals for the functionality of the sensor. All n sensor signals can be used when generating the comparison measure. However, individual sensor signals, for example outliers, can also be omitted. The formation of mean values or some other combination and / or evaluation of sensor signals is possible. The influence of an incorrect measurement can be reduced by using more than two measurements.

In einer Ausführungsform wird bei dem Schritt des Bewertens der Funktionsfähigkeit des Sensors für einen funktionsfähigen Sensor entschieden, wenn das Vergleichsmaß größer oder kleiner als der mindestens eine Schwellenwert ist. Auf diese Weise kann sehr einfach und eindeutig eine Klassifikation der Funktionsfähigkeit des Sensors vorgenommen werden.In one embodiment, in the step of evaluating the functionality of the sensor, a decision is made for a functional sensor if the comparison measure is greater or less than the at least one threshold value. In this way, the functionality of the sensor can be classified very easily and clearly.

In einer anderen Ausführungsform wird bei dem Schritt des Bewertens der Funktionsfähigkeit des Sensors ein Vergleich mit mehreren Schwellenwerten durchgeführt, wobei jeder der mehreren Schwellenwerte ein unterschiedliches Maß einer Funktionsfähigkeit des Sensors repräsentiert. Derartige unterschiedliche Maße einer Funktionsfähigkeit können beispielsweise sein: „funktionsfähig“, „eingeschränkt funktionsfähig“, „Wartung empfohlen“ oder „nicht funktionsfähig“. Ein Bewerten der Funktionsfähigkeit kann das Bestimmen benachbarter Schwellenwerte beinhalten, zwischen denen das Vergleichsmaß angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Funktionsfähigkeit detaillierter bestimmt und flexibler auf einen nicht voll funktionsfähigen Sensor reagiert werden.In another embodiment, in the step of evaluating the functionality of the sensor, a comparison with a plurality of threshold values is carried out, each of the plurality of threshold values representing a different measure of a functionality of the sensor. Such different measures of functionality can be, for example: "functional", "limited functionality", "maintenance recommended" or "not functional". Assessing the functionality can include determining adjacent threshold values between which the comparison measure is arranged. In this way, the functionality can be determined in more detail and a more flexible response to a sensor that is not fully functional.

Das hier offenbarte Verfahren ist nicht auf eine Verwendung bei einer Endprüfung nach der Produktion des Sensors beschränkt. Vielmehr bietet das Verfahren den Vorteil, dass eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Sensors in dem tatsächlichen Einsatzszenarium möglich ist. Für die Prüfung der Funktionsfähigkeit können Messpausen genutzt werden. Die Durchführung des Verfahrens kann dabei periodisch ausgelöst werden, beispielsweise monatlich, wöchentlich, täglich, alle vier Stunden oder stündlich, um lediglich einige mögliche Perioden zu nennen. Denkbar ist auch, die Durchführung des Verfahrens an bestimmte Ereignisse zu knüpfen. Diese Ereignisse können ein Neustart des Sensors, ein Wechsel eines Betriebsmodus, beispielsweise aus einem aktiven Modus in einen Schlafmodus oder aus einem Schlafmodus oder einem Ruhezustand in einen aktiven Modus, oder ein vordefinierter Wert in einem Register sein. Bezüglich des letztgenannten Ereignisses kann ein „Selbsttest-Auslöse-Register“ vorhanden sein, das beispielsweise von einem Host-System geändert werden kann und das bei einem bestimmten Wert, beispielsweise einer 1, die Durchführung des Verfahrens auslöst. Nach der Bewertung der Funktionsfähigkeit oder während der Bewertung kann das Register wieder auf einen Wert geändert werden, der keine neue Durchführung auslöst, beispielsweise auf 0.The method disclosed here is not restricted to use in a final test after the production of the sensor. Rather, the method offers the advantage that it is possible to check the functionality of the sensor in the actual application scenario. Measurement pauses can be used to check the functionality. The implementation of the method can be triggered periodically, for example monthly, weekly, daily, every four hours or hourly, to name just a few possible periods. It is also conceivable to link the implementation of the method to certain events. These events can be a restart of the sensor, a change in an operating mode, for example from an active mode to a sleep mode or from a sleep mode or an idle state to an active mode, or a predefined value in a register. With regard to the last-mentioned event, a “self-test trigger register” can be present, which can be changed, for example, by a host system and which triggers the implementation of the method when a certain value, for example a 1, is reached. After the evaluation of the functionality or during the evaluation, the register can be changed again to a value that does not trigger a new implementation, for example to 0.

Ein hier offenbartes System umfasst einen Sensor mit einer auslenkbaren mikromechanischen Sensorstruktur, einen Anregungssignalgenerator, eine Auswerteeinheit und eine Bewertungseinheit. Die mikromechanische Sensorstruktur ist mittels eines Anregungssignals auslenkbar. Der Anregungssignalgenerator ist zum Erzeugen mindestens eines ersten und eines zweiten Anregungssignals und zum Ausgeben dieser Anregungssignale an die mikromechanische Sensorstruktur ausgebildet. Die Auswerteeinheit ist zum Erfassen mindestens eines ersten und eines zweiten Sensorsignals ausgebildet, wobei der Sensor das erste Sensorsignal in Reaktion auf das erste Anregungssignal und das zweite Sensorsignal in Reaktion auf das zweite Anregungssignal ausgibt. Die Bewertungseinheit ist dazu ausgebildet, basierend auf dem ersten und dem zweiten Sensorsignal ein Vergleichsmaß zu erzeugen und einer Bewertungsfunktion zu unterziehen. Die Bewertungsfunktion führt zu einer Bewertung der Funktionsfähigkeit des Sensors. Dabei kann die Bewertungsfunktion ein Vergleichen des Vergleichsmaßes mit mindestens einem Schwellenwert umfassen. Dabei kann das hier offenbarte System das hier offenbarte Verfahren durchführen.A system disclosed here comprises a sensor with a deflectable micromechanical sensor structure, an excitation signal generator, an evaluation unit and an evaluation unit. The micromechanical sensor structure can be deflected by means of an excitation signal. The excitation signal generator is for generating at least a first and a second excitation signal and for outputting these excitation signals to the micromechanical sensor structure formed. The evaluation unit is designed to acquire at least a first and a second sensor signal, the sensor outputting the first sensor signal in response to the first excitation signal and the second sensor signal in response to the second excitation signal. The evaluation unit is designed to generate a comparison measure based on the first and the second sensor signal and to subject it to an evaluation function. The evaluation function leads to an evaluation of the functionality of the sensor. The evaluation function can include a comparison of the comparative measure with at least one threshold value. The system disclosed here can carry out the method disclosed here.

Der Sensor kann verschiedentlich ausgebildet und in verschiedensten Topologien verschaltet sein. Vorzugsweise ist der Sensor ein kapazitiver Sensor, das heißt eine Änderung der mikromechanischen Sensorstruktur führt zu einer Änderung einer Sensorkapazität, die erfasst und ausgewertet werden kann. Geeignete Topologien für das Verschalten eines Sensors sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. Vorzugsweise wird eine Wheatstone-Brücke mit einem, zwei oder drei aktiven Elementen eingesetzt, während die verbleibenden Elemente der Brücke durch die zu messende physikalische Größe nicht verändert werden. The sensor can be designed in different ways and connected in a wide variety of topologies. The sensor is preferably a capacitive sensor, that is to say a change in the micromechanical sensor structure leads to a change in a sensor capacitance that can be detected and evaluated. Suitable topologies for connecting a sensor are well known from practice. A Wheatstone bridge with one, two or three active elements is preferably used, while the remaining elements of the bridge are not changed by the physical quantity to be measured.

Auch der Anregungssignalgenerator kann verschiedentlich ausgebildet sein. Die Ausbildung des Anregungssignalgenerators hängt im Wesentlichen von dem auszugebenden Anregungssignal ab. Bei dem bevorzugten Anregungssignal als Rechtecksignal umfasst der Anregungssignalgenerator vorzugsweise eine Zerhackerschaltung und mindestens eine Referenzspannungsquelle. Die Zerhackerschaltung wandelt eine durch die mindestens eine Referenzspannungsquelle ausgegebene Referenzspannung in ein Anregungssignal um, das zwischen der Referenzspannung und einem Low-Spannungspegel wechselt. Der Low-Spannungspegel ist vorzugsweise gleich 0 Volt oder vorzugsweise gleich der negativen Referenzspannung. Da zumindest eine erste und eine zweite Amplitude erzeugt werden muss, kann die mindestens eine Referenzspannungsquelle mehrere Referenzspannungen erzeugen und ausgeben oder umfasst mehrere Referenzspannungsquellen, die nacheinander durch eine Schalteinrichtung, beispielsweise einen Multiplexer, auf die Zerhackerschaltung geschaltet werden können.The excitation signal generator can also be designed in various ways. The design of the excitation signal generator depends essentially on the excitation signal to be output. In the case of the preferred excitation signal as a square-wave signal, the excitation signal generator preferably comprises a chopper circuit and at least one reference voltage source. The chopper circuit converts a reference voltage output by the at least one reference voltage source into an excitation signal that alternates between the reference voltage and a low voltage level. The low voltage level is preferably equal to 0 volts or preferably equal to the negative reference voltage. Since at least a first and a second amplitude must be generated, the at least one reference voltage source can generate and output multiple reference voltages or comprises multiple reference voltage sources that can be switched to the chopper circuit one after the other by a switching device, for example a multiplexer.

In einer Ausführungsform ist der Sensor durch einen Drucksensor und die physikalische Eingangsgröße durch einen zu messenden Druck gebildet, wobei die mikromechanische Sensorstruktur mindestens eine Elektrode umfasst, die unter Einwirkung des zu messenden Drucks ausgelenkt wird. Die Verwendung mehrerer Elektroden eignet sich insbesondere dann, wenn die Elektroden jeweils Sensorkapazitäten bilden, die in einer Wheatstone-Vollbrücke verschaltet sind.In one embodiment, the sensor is formed by a pressure sensor and the physical input variable is formed by a pressure to be measured, the micromechanical sensor structure comprising at least one electrode that is deflected under the action of the pressure to be measured. The use of several electrodes is particularly suitable when the electrodes each form sensor capacitances that are connected in a Wheatstone full bridge.

In einer Ausführungsform umfasst das System ein Host-System, das über eine Schnittstelle kommunizierend mit der Auswerteeinheit und/oder der Bewertungseinheit verbunden ist. Die Schnittstelle kann auf unterschiedliche Weise implementiert sein. Beispielhaft sei auf eine Implementierung durch I2C, I3C oder SPI - Serial Peripheral Interface - und/oder durch Register, beispielsweise ein Selbsttest-Auslöse-Register, Status-Register oder Daten-Register, verwiesen.In one embodiment, the system comprises a host system which is connected to the evaluation unit and / or the evaluation unit in a communicating manner via an interface. The interface can be implemented in different ways. As an example, reference is made to an implementation by I2C, I3C or SPI - Serial Peripheral Interface - and / or by registers, for example a self-test trigger register, status register or data register.

Der durch das beschriebene Verfahren gegebene Selbsttest kann vollständig in dem Sensor beziehungsweise einer zugehörigen Sensorelektronik implementiert sein. Ein Selbsttest kann durch das Host-System angestoßen werden, beispielsweise unter Nutzung eines „Selbsttest-Auslöse-Register“.The self-test given by the method described can be implemented completely in the sensor or in associated sensor electronics. A self-test can be initiated by the host system, for example using a "self-test trigger register".

Der durch das beschriebene Verfahren gegebene Selbsttest kann auch teilweise in dem Sensor beziehungsweise einer zugehörigen Sensorelektronik und teilweise in dem Host-System implementiert sein. Auf diese Weise lassen sich komplexere Auswertungen durchführen, da ein Host-System oft mehr Rechenleistung aufweist.The self-test given by the method described can also be implemented partly in the sensor or an associated sensor electronics and partly in the host system. In this way, more complex evaluations can be carried out, since a host system often has more computing power.

Es kann ein nichtflüchtiger Speicher bereitgestellt sein, in dem Parameter eines Selbsttests abgespeichert sind. Die Ergebnisse eines Selbsttests können in eine Register-Schnittstelle geschrieben und von dort aus durch das Host-System ausgelesen werden. Ein Ergebnis kann eine einfache binäre Information sein, beispielsweise ob der Sensor funktionstüchtig ist oder nicht. Das Ergebnis kann auch detailliertere Informationen über den Sensorzustand umfassen und mehrere Bit oder Byte groß sein.A non-volatile memory can be provided in which the parameters of a self-test are stored. The results of a self-test can be written to a register interface and read from there by the host system. A result can be simple binary information, for example whether the sensor is functional or not. The result can also contain more detailed information about the sensor status and be several bits or bytes in size.

Im Falle eines gescheiterten Selbsttests kann der Sensor ein Interrupt-Signal aussenden, das den gescheiterten Selbsttest anzeigt. In diesem Fall kann die Vertrauenswürdigkeit gewonnener Sensordaten herabgesetzt und eine Überprüfung der Sensordaten, beispielsweise mittels Sensorfusion, angestoßen werden. Hierzu kann beispielsweise die Detektion eines Stockwerks mittels eines Drucksensors mittels GPS-Daten überprüft und korrigiert werden. Entsprechendes gilt, wenn das Ergebnis eines Selbsttests einen nicht voll funktionsfähigen Sensor anzeigt.In the event of a failed self-test, the sensor can send an interrupt signal that indicates that the self-test has failed. In this case, the trustworthiness of acquired sensor data can be reduced and a check of the sensor data can be initiated, for example by means of sensor fusion. For this purpose, for example, the detection of a floor can be checked and corrected by means of a pressure sensor using GPS data. The same applies if the result of a self-test indicates a sensor that is not fully functional.

Die verschiedenen Einheiten des Systems können unterschiedlich implementiert sein. Vorzugsweise wird eine Kombination aus Software und Hardware genutzt. Dabei können Teile des Anregungssignalgenerators, die Auswerteeinheit und die Bewertungseinheit durch Programme implementiert sein, die auf einem Prozessor abgearbeitet werden. Vorzugsweise kommt hierbei ein ASIC - Application Specific Integrated Circuit - zum Einsatz. Zusätzlich können Schnittstellen zur Kommunikation mit dem System, ein Arbeitsspeicher, ein nichtflüchtiger Speicher zum Speichern von Programmcode und/oder Parametern und/oder weitere Komponenten vorhanden sein.The various units of the system can be implemented differently. A combination of software and hardware is preferably used. Parts of the excitation signal generator, the evaluation unit and the evaluation unit can be implemented by programs, which are processed on a processor. An ASIC - Application Specific Integrated Circuit - is preferably used here. In addition, interfaces for communication with the system, a working memory, a non-volatile memory for storing program code and / or parameters and / or other components can be present.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings, and from the associated description of the figures on the basis of the drawings. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

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.Preferred designs and embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference symbols referring to the same or similar or functionally identical components or elements.

FigurenlisteFigure list

Dabei zeigt:

1 ein Ablaufdiagramm mit Schritten einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Ablaufdiagramm mit Schritten einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine schematische Darstellung eines Sensors mit einer auslenkbaren mikromechanischen Sensorstruktur,
4 eine Schaltung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems,
5 ein Blockschaltbild mit Funktionseinheiten einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems und
6 ein Blockschaltbild mit Funktionseinheiten einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems.

It shows:

1 a flowchart with steps of an embodiment of a method according to the invention,
2 a flowchart with steps of another embodiment of a method according to the invention,
3 a schematic representation of a sensor with a deflectable micromechanical sensor structure,
4th a circuit of an embodiment of a system according to the invention,
5 a block diagram with functional units of an embodiment of a system according to the invention and
6th a block diagram with functional units of another embodiment of a system according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Schritten einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt S1 wird ein erstes Anregungssignal mit einer ersten Amplitude erzeugt, das in Schritt S2 an eine mikromechanische Sensorstruktur des zu bewertenden Sensors ausgegeben wird. In Schritt S3 wird ein erstes Sensorsignal erfasst, das in Reaktion auf das erste Anregungssignal an dem Sensor entsteht. In Schritt S4 wird ein zweites Anregungssignal mit einer zweiten Amplitude erzeugt und in Schritt S5 an die mikromechanische Sensorstruktur ausgegeben. In Schritt S6 wird ein zweites Sensorsignal in Reaktion auf das zweite Anregungssignal erfasst. In Schritt S7 wird basierend auf dem ersten und dem zweiten Sensorsignal ein Vergleichsmaß erzeugt, das in Schritt S8 zu einer Bewertung der Funktionsfähigkeit des Sensors herangezogen wird. 1 shows a flowchart with steps of an embodiment of a method according to the invention. In step S1 a first excitation signal with a first amplitude is generated in step S2 is output to a micromechanical sensor structure of the sensor to be evaluated. In step S3 a first sensor signal is detected, which is generated in response to the first excitation signal at the sensor. In step S4 a second excitation signal is generated with a second amplitude and in step S5 output to the micromechanical sensor structure. In step S6 a second sensor signal is detected in response to the second excitation signal. In step S7 a comparison measure is generated based on the first and the second sensor signal, which in step S8 is used to evaluate the functionality of the sensor.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm, bei dem mehrere Sensorsignale erfasst werden. In Schritt S10 wird ein Anregungssignal mit einer vordefinierten Amplitude erzeugt und an die mikromechanische Sensorstruktur ausgegeben. In Schritt S11 wird ein Sensorsignal erfasst, das in Reaktion auf das Anregungssignal entsteht. Dieser Schritt S11 beinhaltet eine Analog-Digital-Wandlung und gegebenenfalls eine Aufbereitung, beispielsweise durch Filterung oder Fehlerkompensation. Je nach Art der Auswertung kann in diesem Schritt auch eine Bestimmung eines Messwerts erfolgen, bei dem ein Sensorsignal einem konkreten Wert einer zu messenden physikalischen Größe zugeordnet wird. In Schritt S12 wird der gewonnene Wert (Sensorsignal oder Messwert) abgespeichert. In Schritt S13 wird überprüft, ob noch weitere Messungen erforderlich sind oder ob die gewünschten n Werte bereits erzeugt worden sind. Sofern noch nicht alle Messungen erfolgt sind („Yes“), wird zu Schritt S10 zurückgekehrt. Wenn alle n Werte erzeugt worden sind („No“), wird mit Schritt S14 fortgefahren und ein Vergleichsmaß erzeugt und in Schritt S15 die Funktionsfähigkeit des Sensors basierend auf dem Vergleichsmaß bewertet. Entspricht das Vergleichsmaß einem erwarteten Ausgang („Yes“), wird in Schritt S16 ein Signal „Selbsttest bestanden“ ausgegeben. Ist die nicht der Fall („No“), wird in Schritt S17 ein Signal „Selbsttest fehlgeschlagen“ ausgegeben. 2 shows a flow chart in which several sensor signals are detected. In step S10 an excitation signal with a predefined amplitude is generated and output to the micromechanical sensor structure. In step S11 a sensor signal is recorded that is generated in response to the excitation signal. This step S11 includes analog-to-digital conversion and, if necessary, processing, for example by filtering or error compensation. Depending on the type of evaluation, a measured value can also be determined in this step, in which a sensor signal is assigned to a specific value of a physical variable to be measured. In step S12 the value obtained (sensor signal or measured value) is saved. In step S13 it is checked whether further measurements are necessary or whether the desired n values have already been generated. If not all measurements have been taken ("Yes"), go to step S10 returned. When all n values have been generated ("No"), step S14 continued and a comparison measure generated and in step S15 the functionality of the sensor is assessed based on the comparison measure. If the comparison measure corresponds to an expected outcome ("Yes"), step S16 a "self-test passed" signal is output. If this is not the case ("No"), step S17 a signal "self-test failed" is output.

In 3 ist ein Beispiel eines Drucksensors dargestellt, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen System eingesetzt werden kann. Der Sensor 1 umfasst eine mikromechanische Sensorstruktur 2 und eine Masseelektrode 3. Die Masseelektrode 3 ist am Boden einer Vertiefung 4 in einem MEMS-Substrat 5 angeordnet; die mikromechanische Sensorstruktur 2 schließt die Vertiefung 4 an einer Seite ab. Ein Druck, der auf der der Vertiefung 4 abgewandten Seite der mikromechanischen Sensorstruktur 2 wirkt, lenkt die mikromechanische Sensorstruktur 2 aus. Die mikromechanische Sensorstruktur 2 und die Masseelektrode 3 bilden einen Kondensator, dessen Kapazität letztendlich von dem anliegenden Druck abhängt. Zum Messen dieser Kapazität ist eine Elektronik 6 mit der mikromechanischen Sensorstruktur 2 und der Masseelektronik 3 verbunden. In 3 an example of a pressure sensor is shown which can be used in the method according to the invention and the system according to the invention. The sensor 1 includes a micromechanical sensor structure 2 and a ground electrode 3 . The ground electrode 3 is at the bottom of a depression 4th in a MEMS substrate 5 arranged; the micromechanical sensor structure 2 closes the recess 4th off on one side. A pressure that is on that of the depression 4th remote side of the micromechanical sensor structure 2 acts, steers the micromechanical sensor structure 2 the end. The micromechanical sensor structure 2 and the ground electrode 3 form a capacitor, the capacity of which ultimately depends on the pressure applied. Electronics are used to measure this capacitance 6th with the micromechanical sensor structure 2 and the mass electronics 3 tied together.

4 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems. Der Sensor 1 umfasst zwei Sensorkapazitäten 7 und zwei Referenzkapazitäten 8, die in einer Wheatstone-Vollbrücke verschaltet sind. Die Sensorkapazitäten 7 umfasst dabei eine mikromechanische Sensorstruktur mit zwei Elektroden. Der Sensor weist Anschlüsse 9 bis 12 auf, von denen die Anschlüsse 9 und 12 mit einem Anregungssignalgenerator 13 und die Anschlüsse 10 und 11 mit einer Auswerteeinheit 14 verbunden sind. Der Anregungssignalgenerator 13 weist zwei Referenzspannungsquellen 15, 16, einen Multiplexer 17 und eine Zerhackerschaltung 18 auf. Der Multiplexer 17 schaltet eine der beiden Referenzspannungsquellen 15, 16 auf die Zerhackerschaltung 18. Ein in die Zerhackerschaltung 18 eingegebenes Zerhackersignal 19 lässt die Zerhackerschaltung ein Rechtecksignal erzeugen, dessen Amplitude der Referenzspannung der über den Multiplexer 17 jeweils aufgeschalteten Referenzspannungsquelle 15, 16 entspricht und dessen Frequenz gleich der Frequenz des Zerhackersignals 19 ist. 4th shows a circuit diagram of an embodiment of a system according to the invention. The sensor 1 includes two sensor capacities 7th and two reference capacities 8th that are connected in a Wheatstone full bridge. The sensor capacities 7th comprises a micromechanical sensor structure with two electrodes. The sensor has connections 9 until 12th on of which the connectors 9 and 12th with an excitation signal generator 13th and the connections 10 and 11th with an evaluation unit 14th are connected. The excitation signal generator 13th has two reference voltage sources 15th , 16 , a multiplexer 17th and a chopper circuit 18th on. The multiplexer 17th switches one of the two reference voltage sources 15th , 16 on the chopper circuit 18th . One in the chopper circuit 18th input chopper signal 19th lets the chopper circuit generate a square wave signal, the amplitude of which corresponds to the reference voltage via the multiplexer 17th each connected reference voltage source 15th , 16 and its frequency is equal to the frequency of the chopper signal 19th is.

Die Auswerteeinheit 14 umfasst einen Gleichrichter 20, einen Verstärker 21 und einen Analog-Digital-Wandler 22. Der Gleichrichter 20 besteht aus Schaltern, die mit dem Zerhackersignal 19 derart angesteuert werden, dass an dem Ausgang des Gleichrichters 20 stets eine Spannung größer oder gleich 0 Volt anliegt. Ein Digitalwert, der durch den Analog-Digital-Wandler 22 erzeugt wird, bildet den Ausgangswert der Auswerteeinheit 14 und wird in eine Bewertungseinheit 23 eingegeben.The evaluation unit 14th includes a rectifier 20th , an amplifier 21 and an analog-to-digital converter 22nd . The rectifier 20th consists of switches that operate with the chopper signal 19th be controlled such that at the output of the rectifier 20th there is always a voltage greater than or equal to 0 volts. A digital value that is generated by the analog-to-digital converter 22nd is generated, forms the output value of the evaluation unit 14th and is converted into an evaluation unit 23 entered.

Die 5 und 6 zeigen Blockschaltbilder mit Funktionseinheiten von Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Systems. Da sich beide Ausführungsformen lediglich in wenigen Blöcken unterscheiden, werden zunächst die Gemeinsamkeiten beschrieben. Die Systeme umfassen einen Sensor 1, eine Sensorelektronik 24 und ein Host-System 25. Zusätzlich zu dem Sensor 1 ist ein Temperatursensor 26 vorhanden. Sensor 1 wird mit einem Anregungssignalgenerator 13 angesteuert, der ein Anregungssignal 35 an den Sensor 1 ausgibt. In Reaktion auf das Anregungssignal erzeugt der Sensor 1 ein Sensorsignal 36, das in eine Auswerteeinheit 14 eingegeben wird. Ergänzend ist der Temperatursensor 26 mit der Auswerteeinheit 14 verbunden. Die Auswerteeinheit 14 erfasst und digitalisiert eingegebene Signale der beiden Sensoren. In einem Filter 27 und einer Kompensationseinheit 28 werden gewonnene Messwerte weiter aufbereitet und anschließend in ein Daten-Register 29 abgelegt. In einem nichtflüchtigen Speicher 30 sind Parameter für die Kompensation abgelegt, weshalb der nichtflüchtige Speicher 30 mit der Kompensationseinheit 28 verbunden ist. Das Host-System 25 kann über eine Schnittstelle 31 auf das Daten-Register 29 zugreifen. Der gesamte Selbsttest wird durch eine Selbstteststeuereinheit 32 gesteuert, die in dem nichtflüchtigen Speicher 30 abgelegte Parameter des Selbsttests daraus beziehen kann. Ein Selbsttest-Auslöse-Register 33 ist mit der Schnittstelle 31 verbunden und kann von dem Host-System 25 derart mit einem Wert befüllt werden, dass die Selbstteststeuereinheit 32 zum Durchführen eines Selbsttests veranlasst wird.the 5 and 6th show block diagrams with functional units of embodiments of a system according to the invention. Since the two embodiments differ only in a few blocks, the similarities are described first. The systems include a sensor 1 , a sensor electronics 24 and a host system 25th . In addition to the sensor 1 is a temperature sensor 26th available. sensor 1 comes with an excitation signal generator 13th controlled, which is an excitation signal 35 to the sensor 1 issues. In response to the excitation signal, the sensor generates 1 a sensor signal 36 , that in an evaluation unit 14th is entered. The temperature sensor is complementary 26th with the evaluation unit 14th tied together. The evaluation unit 14th records and digitizes signals input from the two sensors. In a filter 27 and a compensation unit 28 The measured values obtained are further processed and then stored in a data register 29 filed. In non-volatile memory 30th parameters for compensation are stored, which is why the non-volatile memory 30th with the compensation unit 28 connected is. The host system 25th can have an interface 31 on the data register 29 access. The entire self-test is carried out by a self-test control unit 32 controlled that in the non-volatile memory 30th can refer to stored parameters of the self-test from it. A self-test trip register 33 is with the interface 31 connected and can be accessed by the host system 25th be filled with a value in such a way that the self-test control unit 32 to perform a self-test.

Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist zusätzlich eine Bewertungseinheit (in 6 nicht explizit dargestellt) in der Selbstteststeuereinheit 32 implementiert, sodass die Selbstteststeuereinheit 32 nicht nur die Einheiten der Sensorelektronik steuert, sondern auch die Bewertung der Funktionsfähigkeit des Sensors durchführt. Hierfür ist die Selbstteststeuereinheit 32 zusätzlich mit dem Ausgang der Kompensationseinheit 28 verbunden. Zudem ist ein Selbstteststatusregister 34 vorhanden, in das die Selbstteststeuereinheit 32 ein Bewertungsergebnis ablegen kann. Das Host-System 25 kann über die Schnittstelle 31 auf die erfassten Druck- und Temperaturmesswerte in dem Daten-Register 29 sowie den Status des Selbsttests in dem Selbstteststatusregister 34 zugreifen.In the embodiment according to 5 is also a valuation unit (in 6th not explicitly shown) in the self-test control unit 32 implemented so that the self-test control unit 32 not only controls the units of the sensor electronics, but also evaluates the functionality of the sensor. The self-test control unit is used for this 32 additionally with the output of the compensation unit 28 tied together. There is also a self-test status register 34 present in which the self-test control unit 32 can store an evaluation result. The host system 25th can through the interface 31 on the recorded pressure and temperature readings in the data register 29 and the status of the self-test in the self-test status register 34 access.

Bei der Ausführungsform gemäß 6 ist die Bewertungseinheit (in 6 nicht explizit dargestellt) in dem Host-System 25 implementiert. In diesem Fall ist der nichtflüchtige Speicher 30 über die Schnittstelle 31 mit dem Host-System 25 verbunden. Über diese Verbindung kann das Host-System 25 sensorspezifische Informationen aus dem nichtflüchtigen Speicher 30 laden und in dem Daten-Register 29 vorhandene Druck- und Temperaturmesswerte bewerten.In the embodiment according to 6th is the valuation unit (in 6th not explicitly shown) in the host system 25th implemented. In this case, the non-volatile memory 30th through the interface 31 with the host system 25th tied together. The host system can use this connection 25th sensor-specific information from the non-volatile memory 30th load and in the data register 29 evaluate existing pressure and temperature readings.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described on the basis of preferred embodiments, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many ways.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 2017/0023427 A1 [0006]
US 5377524 [0006]
US 2018/0052185 A1 [0007]
WO 2019/219258 A1 [0008]
US 9689770 B2 [0009]

Claims

A method for evaluating the functionality of a sensor, wherein the sensor (1) has a deflectable micromechanical sensor structure (2) for detecting and converting a physical input variable into an electrical sensor signal (36) and wherein the micromechanical sensor structure (2) by means of an excitation signal (35) is deflectable, comprising the steps: • Generating (S1) a first excitation signal with a first amplitude by means of an excitation signal generator (13), • outputting (S2) the first excitation signal to the micromechanical sensor structure (2) for deflecting the micromechanical sensor structure (2), • Detection (S3) of a first sensor signal in response to the first excitation signal, • Generating (S4) a second excitation signal with a second amplitude by means of the excitation signal generator (13), the second amplitude being different from the first amplitude, • Output (S5) the second excitation signal to the micromechanical sensor structure (2) for deflecting the micromechanical sensor structure (2), • Detection (S6) of a second sensor signal in response to the second excitation signal (35), • Generating (S7) a comparison measure based on the first sensor signal and the second sensor signal and • Assess (S8) the functionality of the sensor (1) based on the comparison measure by means of an assessment function.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the first and the second excitation signal are generated as a time-variable, preferably periodic signal.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that in the step of generating (S7) the comparison measure, the first and the second sensor signal are compared with one another and the comparison measure is formed from a difference between the first and second sensor signal.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that in the step of generating (S7) the comparison measure, a first measurement value corresponding to the first sensor signal and a second measurement value corresponding to the second sensor signal are determined and the comparison measure is formed from a difference between the first and second measurement values.

Method according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the steps of generating (S10) and outputting an excitation signal and the step of detecting (S11) a sensor signal are repeated n times, where n is a natural number greater than two, and that the generating of the comparison measure is based on to is carried out for n sensor signals.

Method according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that in the step of evaluating (S8) the functionality of the sensor (1) a decision is made for a functional sensor if the comparison measure is greater or less than the at least one threshold value.

Method according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that in the step of evaluating (S8) the functionality of the sensor (1) a comparison is carried out with several threshold values, each of the several threshold values representing a different measure of the functionality of the sensor (1).

Method according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that the implementation of the method is triggered by an event, preferably a restart of the sensor, a change in an operating mode or a predefined value in a register, and / or periodically.

A system for evaluating the functionality of a sensor, comprising: • a sensor (1) with a deflectable micromechanical sensor structure (2) for detecting and converting a physical input variable into an electrical sensor signal (36), the micromechanical sensor structure (2) being deflectable by means of an excitation signal (36), • an excitation signal generator (13) for generating at least a first and a second excitation signal, wherein the first and the second excitation signal can be output to the micromechanical sensor structure (2) one after the other, • an evaluation unit (14) for detecting at least a first and a second sensor signal, the sensor outputting the first sensor signal in response to the first excitation signal and the second sensor signal in response to the second excitation signal, and • an evaluation unit (23) which is designed to generate a comparison measure based on the first and the second sensor signal and to evaluate the functionality of the sensor (1) based on the comparison measure by means of an evaluation function.

System according to Claim 9 , characterized in that the excitation signal generator (13) has a chopper circuit (18) and at least one reference voltage source (15, 16), the chopper circuit (18) converting a reference voltage output by the reference voltage source (15, 16) into an excitation signal (35) , which is a square wave signal between the Reference voltage and a low voltage level alternates, and wherein the low voltage level is preferably equal to 0 volts or preferably equal to the negative reference voltage.

System according to Claim 9 or 10 , characterized in that the sensor (1) is formed by a pressure sensor and the physical input variable is formed by a pressure to be measured, the micromechanical sensor structure (2) comprising at least one electrode which is deflected under the action of the pressure to be measured.

System according to one of the Claims 9 until 11th , characterized by a host system (25), the host system (25) communicating with the evaluation unit (14) and / or the evaluation unit via an interface (31), the host system (25) being designed for this purpose is to initiate an evaluation of the functionality of the sensor (1) and / or to implement at least parts of the evaluation unit.