DE102020211325A1 - Sensor system comprising a micromechanical differential sensor element with a movable mass structure - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Sensorsystem beansprucht, umfassend- ein mikromechanisches differentielles Sensorelement mit einer beweglichen Massenstruktur, die zumindest eine erste Teilstruktur und eine zweite Teilstruktur umfasst, wobei die mindestens zwei Teilstrukturen gegensinnig oder gleichsinnig aus einer Ruhelage auslenkbar sind, und wobei das Sensorelement ausgestattet ist mit einer ersten Sensorelektrodenanordnung zum Erfassen von Bewegungen der ersten Teilstruktur und mit einer zweiten Sensorelektrodenanordnung zum Erfassen von Bewegungen der zweiten Teilstruktur, und- eine Ausleseschaltung mit einem ersten Eingang, der an die erste Sensorelektrodenanordnung angeschlossen ist, und einem zweiten Eingang, der an die zweite Sensorelektrodenanordnung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleseschaltung Schaltungsmittel umfasst, um auf der Basis der am ersten Eingang anliegenden Spannung Vinpund der am zweiten Eingang anliegenden Spannung Vinnmindestens eine Kompensationsspannung Vazu erzeugen, und um mit Hilfe der Kompensationsspannung Vaeine Ladungsänderung auf der ersten Sensorelektrodenanordnung und/oder auf der zweiten Sensorelektrodenanordnung zu kompensieren, wenn die erste und die zweite Teilstruktur gleichsinnig aus der Ruhelage ausgelenkt werden.A sensor system is claimed, comprising- a micromechanical differential sensor element with a movable mass structure, which comprises at least a first partial structure and a second partial structure, wherein the at least two partial structures can be deflected in opposite directions or in the same direction from a rest position, and the sensor element is equipped with a first sensor electrode arrangement for detecting movements of the first partial structure and with a second sensor electrode arrangement for detecting movements of the second partial structure, and- a readout circuit with a first input which is connected to the first sensor electrode arrangement and a second input which is connected to the second sensor electrode arrangement is characterized in that the readout circuit comprises circuit means for generating at least one compensation voltage V a, and to use the compensation voltage Va to compensate for a change in charge on the first sensor electrode arrangement and/or on the second sensor electrode arrangement when the first and the second partial structure are deflected in the same direction from the rest position.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Sensorsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a sensor system according to the preamble of
Mikroelektromechanische Systeme (MEMS), wie beispielsweise Gyroskope, werden in einer Vielzahl von elektrischen Geräten als Sensoren verwendet. Es ergeben sich dabei kontinuierlich neue und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, wie beispielsweise in der Indoor-Navigation oder Augmented Realtiy. Auch in neuartigen Geräten und Produkten, wie beispielsweise Drohnen, werden MEMS integriert.Microelectromechanical systems (MEMS), such as gyroscopes, are used as sensors in a variety of electrical devices. There are constantly new and diverse application possibilities, such as in indoor navigation or augmented reality. MEMS are also being integrated into new types of devices and products, such as drones.
In vielen Anwendungen ist die Umgebung, in der das MEMS verwendet wird, anfällig für externe Vibrationen, die beispielsweise durch Motoren oder Lautsprecher in der Nähe des MEMS verursacht werden können.In many applications, the environment in which the MEMS is used is susceptible to external vibrations, which can be caused, for example, by motors or speakers in the vicinity of the MEMS.
Für diverse MEMS, wie Gyroskope, ist es daher wichtig, Konzepte zu entwickeln, die eine hochwertige Unterdrückung von Störungen ermöglichen, die durch solche externen Vibrationen verursacht werden.For various MEMS, such as gyroscopes, it is therefore important to develop concepts that enable high-quality suppression of interference caused by such external vibrations.
Es sind hierbei Ansätze bekannt, die die negativen Einflüsse externer Vibrationen durch Anpassung der mechanischen Strukturen des Gyroskops zu lösen versuchen. So können vollständig symmetrische Doppel-Massen-Strukturen verwendet werden, die intrinsisch robuster gegenüber Vibrationen sind, und/oder mechanische Strukturen mit erhöhter Steifigkeit entlang der Vibrationsachse. Auf diese Weise regen die Vibrationen eine gleichsinnige Mode (Common Mode) in den beiden Erfassungselektroden an und das Störsignal wird über die beiden Erfassungselektroden am elektrischen Front-End der Erfassung zurückgewiesen. Dabei generiert das Potential, auf dem die Eingangsknoten der elektrischen Erfassung gehalten werden, jedoch auch in diesem Fall eine elektrische Kraft, die auf die MEMS-Elektrodenkondensatoren wirkt, was potentiell zu einer Verschlimmerung der durch die Vibrationen verursachten Störungen führen kann. In verschiedenen Applikationen können somit Probleme, Fehler und Ungenauigkeiten entstehen.Approaches are known here that try to solve the negative influences of external vibrations by adapting the mechanical structures of the gyroscope. Thus, fully symmetrical double-mass structures that are intrinsically more robust to vibrations and/or mechanical structures with increased stiffness along the vibration axis can be used. In this way, the vibrations excite a common mode in the two sensing electrodes and the spurious signal is rejected across the two sensing electrodes at the electrical front end of the sensing. However, even in this case, the potential at which the input nodes of the electrical detection are held generates an electrical force acting on the MEMS electrode capacitors, which can potentially worsen the noise caused by the vibrations. Problems, errors and inaccuracies can therefore arise in various applications.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Sensorsystem bereitzustellen, das eine verbesserte Robustheit gegenüber externen linearen Beschleunigungen und/oder Vibrationen aufweist.It is an object of the present invention to provide a sensor system that has improved robustness to external linear accelerations and/or vibrations.
Das erfindungsgemäße Sensorsystem gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass bei einer gleichsinnigen Auslenkung der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur aus der Ruhelage, eine Ladungsänderung auf der ersten Sensorelektrodenanordnung und/oder auf der zweiten Sensorelektrodenanordnung kompensiert werden kann, wodurch eine mögliche Feedback-Kraft auf die Sensorelektrodenanordnungen minimiert werden kann. Hierdurch können Störungen durch externe lineare Beschleunigungen, wie Vibrationen, die zu einer gleichsinnigen Auslenkung der Teilstrukturen führen, minimiert bzw. unterbunden werden.The sensor system according to the invention according to the main claim has the advantage over the prior art that when the first partial structure and the second partial structure are deflected from the rest position in the same direction, a change in charge on the first sensor electrode arrangement and/or on the second sensor electrode arrangement can be compensated for, resulting in a possible feedback force on the sensor electrode assemblies can be minimized. As a result, interference from external linear accelerations, such as vibrations, which lead to a deflection of the substructures in the same direction, can be minimized or prevented.
Wenn sich die erste und zweite Teilstruktur aus der Ruhelage gleichsinnig auslenken, ändern sich die Kapazitäten der ersten und zweiten Sensorelektrodenanordnung. Beispielsweise für den Fall, dass eine konstante Spannung am elektronischen Eingang der Ausleseschaltung anliegt, würden sich durch diese Kapazitätsänderungen die Common Mode-Ladungen auf den beiden Sensorelektrodenanordnungen ändern. Hierdurch würde eine Feedback-Kraft entstehen, die bei einer gleichsinnigen Auslenkung der Teilstrukturen die induzierten Störsignale sogar verstärken könnte.If the first and second partial structures deflect in the same direction from the rest position, the capacitances of the first and second sensor electrode arrangements change. For example, in the event that a constant voltage is present at the electronic input of the readout circuit, the common mode charges on the two sensor electrode arrangements would change as a result of these changes in capacitance. This would create a feedback force that could even amplify the induced interference signals if the substructures were deflected in the same direction.
Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß überwunden, da auf der Basis der am ersten Eingang anliegenden Spannung Vinp und der am zweiten Eingang anliegenden Spannung Vinn mindestens eine Kompensationsspannung Va erzeugt wird. Mithilfe dieser Kompensationsspannung Va ist es vorteilhafterweise möglich, eine Ladungsänderung auf der ersten Sensorelektrodenanordnung und/oder auf der zweiten Sensorelektrodenanordnung bei einer gleichsinnigen Auslenkung der erste und zweiten Teilstrukturen aus der Ruhelage zu kompensieren. Es ist somit vorzugsweise möglich, die Ladung auf der ersten Sensorelektrodenanordnung und/oder auf der zweiten Sensorelektrodenanordnung im Fall von externen Vibrationen konstant zu halten.This disadvantage is overcome according to the invention since at least one compensation voltage V a is generated on the basis of the voltage V inp present at the first input and the voltage V inn present at the second input. With the help of this compensation voltage V a it is advantageously possible to compensate for a change in charge on the first sensor electrode arrangement and/or on the second sensor electrode arrangement when the first and second substructures are deflected in the same direction from the rest position. It is thus preferably possible to keep the charge on the first sensor electrode arrangement and/or on the second sensor electrode arrangement constant in the event of external vibrations.
Erfindungsgemäß kann somit die Kraftrückkopplung, die in aus dem Stand der Technik bekannten Systemen aufgrund eines mechanischen Gleichtaktsignals auf die Elektroden wirkt, reduziert werden. Es kann somit in vorteilhafter Weise ein Aufbau eines mechanischen Gleichtaktsignals auf das MEMS aufgrund von Kraftrückkopplungen vermieden werden. Hierdurch kann ein durch Vibrationen verursachtes Störsignal des MEMS reduziert werden, was eine verbesserte Anwendbarkeit des Sensors in einer Vielzahl von Produkten und Situationen ermöglicht.According to the invention, the force feedback which acts on the electrodes in systems known from the prior art as a result of a mechanical common-mode signal can thus be reduced. A build-up of a mechanical common-mode signal on the MEMS due to force feedback can thus advantageously be avoided. This can reduce noise of the MEMS caused by vibration, enabling improved applicability of the sensor in a variety of products and situations.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous configurations and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Schaltungsmittel mindestens einen Operationsverstärker umfassen, wobei dem mindestens einen Operationsverstärker eine gewichtete oder ungewichtete Summe der am ersten Eingang anliegenden Spannung Vinp und der am zweiten Eingang anliegenden Spannung Vinn als Eingangssignal zugeführt wird, und wobei der mindestens eine Operationsverstärker die mindestens eine Kompensationsspannung Va als Ausgangssignal liefert, ist es vorteilhafterweise möglich, dass die Kompensationsspannung in Abhängigkeit der an den Eingängen anliegenden Spannungen Vinp und Vinn bereitgestellt werden kann. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte und effiziente Kompensation der Ladungsänderungen auf den Sensorelektrodenanordnungen. Die Spannungen Vinp und Vinn können beispielsweise durch eine oder mehrere Controller-Schaltungen der Ausleseschaltung an den Eingängen angelegt sein.The fact that, according to one embodiment of the present invention, the circuit means comprises at least one operational amplifier, a weighted or unweighted sum of the voltage V inp present at the first input and the voltage V inn present at the second input being fed to the at least one operational amplifier as an input signal, and wherein the at least one operational amplifier supplies the at least one compensation voltage V a as an output signal, it is advantageously possible for the compensation voltage to be provided as a function of the voltages V inp and V inn present at the inputs. This results in a particularly advantageous and efficient compensation for the charge changes on the sensor electrode arrangements. The voltages V inp and V inn can be applied to the inputs by one or more controller circuits of the readout circuit, for example.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung am ersten Eingang eine erste parasitäre Kapazität Cpp vorliegt und/oder am zweiten Eingang eine zweite parasitäre Kapazität Cp, vorliegt, wobei die mindestens eine Kompensationsspannung Va über eine erste Kompensationskapazität Ccp auf den ersten Eingang rückgekoppelt wird und/oder über eine zweite Kompensationskapazität Ccn auf den zweiten Eingang rückgekoppelt wird, ist es vorteilhafterweise möglich, dass ein durch die mechanischen Vibrationen verursachter Stromfluss zwischen den parasitären Kapazitäten und den Sensorelektrodenanordnungen kompensiert werden kann.According to one embodiment of the present invention, a first parasitic capacitance Cpp is present at the first input and/or a second parasitic capacitance Cp is present at the second input, the at least one compensation voltage V a being applied to the first input via a first compensation capacitance Ccp is fed back and/or is fed back to the second input via a second compensation capacitance C cn , it is advantageously possible that a current flow between the parasitic capacitances and the sensor electrode arrangements caused by the mechanical vibrations can be compensated for.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein gemeinsamer Operationsverstärker zum Erzeugen einer gemeinsamen Kompensationsspannung Va vorgesehen ist, wobei die gemeinsame Kompensationsspannung Va über die erste Kompensationskapazität Ccp auf den ersten Eingang rückgekoppelt wird und über die zweite Kompensationskapazität Ccn auf den zweiten Eingang rückgekoppelt wird, und wobei der Verstärkungsfaktor G des gemeinsamen Operationsverstärkers, die erste Kompensationskapazität Ccp und die zweite Kompensationskapazität Ccn so gewählt sind, dass sich die über die parasitären Kapazitäten Cpp, Cp, induzierten Ströme ipp und ipn und die über die rückgekoppelten Kompensationskapazitäten Ccp, Ccn fließenden Ströme icp und icn gegenseitig aufheben, ist es vorteilhafterweise möglich, eine effiziente Kompensation mithilfe eines gemeinsamen Operationsverstärkers zu ermöglichen. Hierdurch kann ein besonders vorteilhaftes System realisiert werden, wobei eine gemeinsame Kompensationsspannung Va erzeugt wird, die über entsprechende Kompensationskapazitäten sowohl auf den ersten Eingang als auch auf den zweiten Eingang rückgekoppelt wird. Hierbei werden der Verstärkungsfaktor G des gemeinsamen Operationsverstärkers, die erste Kompensationskapazität Ccp sowie die zweite Kompensationskapazität Ccn vorzugsweise aufeinander abgestimmt, um eine hochwertige Ladungsträgerkompensation auf den beiden Sensorelektrodenanordnungen zu erreichen.Because according to one embodiment of the present invention, a common operational amplifier is provided for generating a common compensation voltage V a , the common compensation voltage V a being fed back to the first input via the first compensation capacitance C cp and to the second input via the second compensation capacitance C cn Input is fed back, and wherein the gain factor G of the common operational amplifier, the first compensation capacitance C cp and the second compensation capacitance C cn are selected so that the parasitic capacitances C pp , C p , induced currents i pp and i pn and the If the currents i cp and i cn flowing via the feedback compensation capacitors C cp , C cn cancel each other out, it is advantageously possible to enable efficient compensation using a common operational amplifier. As a result, a particularly advantageous system can be implemented, with a common compensation voltage V a being generated, which is fed back via corresponding compensation capacitances both to the first input and to the second input. In this case, the gain factor G of the common operational amplifier, the first compensation capacitance C cp and the second compensation capacitance C cn are preferably matched to one another in order to achieve high-quality charge carrier compensation on the two sensor electrode arrangements.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Gyroskop im Wesentlichen symmetrisch konfiguriert ist, so dass am ersten Eingang und am zweiten Eingang der Ausleseschaltung im Wesentlichen gleiche parasitäre Kapazitäten Cpp = Cp, = Cp vorliegen, wobei im Wesentlichen gleiche Kompensationskapazitäten Cep = Ccn = Cc zum Rückkoppeln der Kompensationsspannung Va auf den ersten Eingang und den zweiten Eingang vorgesehen sind, und wobei der Verstärkungsfaktor G des gemeinsamen Operationsverstärkers in Abhängigkeit von der parasitären Kapazität Cp und der Kompensationskapazität Ce gewählt ist als:
- G = (Ce + Cp) / Ce, ist es möglich, eine vorteilhafte Kompensation für ein symmetrisch ausgestaltetes Gyroskop mit symmetrischen parasitären Kapazitäten am ersten und zweiten Eingang zu ermöglichen, wodurch ferner Störsignale durch eine Common Mode besonders vorteilhaft zurückgewiesen werden können.
- G=(C e +C p )/C e , it is possible to enable an advantageous compensation for a symmetrically configured gyroscope with symmetric parasitic capacitances at the first and second input, as a result of which interference signals can also be particularly advantageously rejected by a common mode.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein erster Operationsverstärker zum Erzeugen einer ersten Kompensationsspannung Va1 vorgesehen ist, und wobei die erste Kompensationsspannung Va1 über die erste Kompensationskapazität Ccp auf den ersten Eingang rückgekoppelt wird, und und wobei ein zweiter Operationsverstärker zum Erzeugen der zweiten Kompensationsspannung Va2 vorgesehen ist, und wobei die zweite Kompensationsspannung Va2 über die zweite Kompensationskapazität Ccn auf den zweiten Eingang rückgekoppelt wird, ist es möglich, die Kompensation für die erste und die zweite Sensorelektrodenstruktur mithilfe jeweils eigen erzeugter Kompensationsspannungen Va1 und Va2 vorzunehmen.In that, according to one embodiment of the present invention, a first operational amplifier is provided for generating a first compensation voltage V a1 , and the first compensation voltage V a1 is fed back to the first input via the first compensation capacitance C cp , and a second operational amplifier for generating the second compensation voltage V a2 is provided, and with the second compensation voltage V a2 being fed back to the second input via the second compensation capacitance C cn , it is possible to compensate for the first and the second sensor electrode structure using self-generated compensation voltages V a1 and V a2 .
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es dabei denkbar, dass der Verstärkungsfaktor G1 des ersten Operationsverstärkers in Abhängigkeit von der ersten parasitären Kapazität Cpp und der ersten Kompensationskapazität Ccp gewählt ist als:
Es ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass es sich bei dem Sensorelement um ein Gyroskop handelt. Rückkopplungskräfte und letztendlich Störsignale, die durch externe Vibrationen bei einem MEMS-Gyroskop verursacht werden können, können dementsprechend unterbunden werden, was den Einsatz von MEMS-Gyroskopen in einer Vielzahl von Applikationen, in denen in der Umgebung des Gyroskops mechanische Vibrationen erzeugt werden und/oder auf das Gyroskop übertragen werden, besonders vorteilhaft ermöglicht. Die bewegliche Massenstruktur des Gyroskops ist dabei zur Erfassung von Drehraten eingerichtet.According to one embodiment of the present invention, it is provided that the sensor element is a gyroscope. Feedback forces and ultimately spurious signals that can be caused by external vibrations in a MEMS gyroscope can be suppressed accordingly, which allows the use of MEMS gyroscopes in a variety of applications in which mechanical vibrations are generated in the environment of the gyroscope and / or are transmitted to the gyroscope, particularly advantageously allows. The mobile mass structure of the gyroscope is set up to record yaw rates.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the present invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Figurenlistecharacter list
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines mikromechanischen differentiellen Sensorelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;1 shows a schematic representation of a micromechanical differential sensor element according to an embodiment of the present invention; -
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensorsystems gemäß dem Stand der Technik;2 shows a schematic representation of a sensor system according to the prior art; -
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;3 shows a schematic representation of a sensor system according to an embodiment of the present invention; -
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.4 shows a schematic representation of a sensor system according to an embodiment of the present invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the various figures, the same parts are provided with the same reference symbols and are therefore usually named or mentioned only once.
In
In
Derartige Nachteile können erfindungsgemäß hingegen überwunden werden, wie anhand der folgenden Erläuterungen dargestellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, mithilfe von zumindest einer Kompensationsspannung Va eine Ladungsänderung auf einer ersten Sensorelektrodenanordnung 15 und/oder auf einer zweiten Sensorelektrodenanordnung 16 zu kompensieren, wenn die erste und die zweite Teilstruktur 12, 13 gleichsinnig aus der Ruhelage ausgelenkt werden.However, such disadvantages can be overcome according to the invention, as illustrated by the following explanations. According to the present invention, it is possible to use at least one compensation voltage V a to compensate for a change in charge on a first
In einer Ruheposition ist die Ladung Q0, die auf einer Sensorelektrodenanordnung gespeichert ist, Qo = C0V0, wobei C0 die Elektrodenkapazität der Sensorelektrodenanordnung in der Ruheposition ist und wobei V0 die Spannung zwischen den beiden Platten (bzw. Strukturen) der Sensorelektrodenanordnung ist.In a rest position, the charge Q 0 stored on a sensor electrode assembly is Qo = C 0 V 0 , where C 0 is the electrode capacitance of the sensor electrode assembly is in the rest position and where V 0 is the voltage between the two plates (or structures) of the sensor electrode assembly.
Um die Ladung konstant zu halten, wenn sich die Kapazität Cs der Sensorelektrodenanordnung gemäß Cs = C0 + C(u(t)) durch ein externes Signal, wie eine Vibration, ändert, muss die angelegte Spannung
Wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann die elektrostatische potentielle Energie Ue, die auf der Sensorelektrodenanordnung gespeichert ist, wie folgt dargestellt werden:
Für einen parallelen Plattenkondensator gilt:
A die Fläche der Platte,
g0 der Plattenabstand im Ruhezustand und
u die Änderung des Plattenabstands durch das externe Signal ist.For a parallel plate capacitor:
A is the area of the plate,
g 0 the disk spacing at rest and
u is the change in plate spacing due to the external signal.
Die elektrostatische potentielle Energie ergibt sich demnach wie folgt:
Die auf die Elektrode wirkende elektrostatische Kraft Fe ergibt sich aus der Ableitung der elektrostatischen potentiellen Energie:
Wenn die Bedingung erfüllt ist, dass die Ladung auf der Sensorelektrodenanordnung konstant ist, ist die Kraft Fe, die auf die Sensorelektrodenanordnung wirkt, konstant und unabhängig von der Änderung des Plattenabstands u und somit insbesondere auch unabhängig von dem externen mechanischen Signal (bzw. der Vibration).If the condition is met that the charge on the sensor electrode arrangement is constant, the force F e that acts on the sensor electrode arrangement is constant and independent of the change in the plate distance u and thus in particular also independent of the external mechanical signal (or the Vibration).
In
Anhand der in
Dies ergibt die Bedingung:
Durch Einbeziehung einer ersten Kompensationsspannung Va1, die auf den ersten Eingang 21 rückgekoppelt wird, ergibt sich:
Die erste Kompensationsspannung Va1 kann daher aus der am ersten Eingang 21 anliegenden Spannung Vinp erzeugt werden, insbesondere mit einem Verstärker mit folgender Verstärkung G:
Diese Verstärkung G wird durch den Operationsverstärker 30 bereitgestellt, der die erste Kompensationsspannung Va1 als Ausgangssignal liefert. Die so erzeugte erste Kompensationsspannung Va1 wird über die erste Kompensationskapazität Ccp auf den ersten Eingang 21 rückgekoppelt.This gain G is provided by the
Somit kann die Ladungsänderung auf der ersten Sensorelektrodenanordnung 15 kompensiert werden.The change in charge on the first
Die gleichen Überlegungen gelten für den zweiten Eingang 23 der Ausleseschaltung 20, an dem das Signal der zweiten Sensorelektrodenanordnungen 16 erfasst wird (in
In
Für den ersten Eingang 21 und die Ladungskompensation der ersten Sensorelektrodenanordnung 15 gelten die vorstehenden Überlegungen.The above considerations apply to the
Entsprechend gilt für den zweiten Eingang 23 und die zweite Sensorelektrodenanordnung 16, dass der Strom isn, der aus (oder in) die Kapazität Csn der zweiten Sensorelektrodenanordnung 16 fließt, der Ableitung der Ladung Qsn auf der zweiten Sensorelektrodenanordnung 16 nach der Zeit entspricht. Um eine konstante Ladung Qsn zu erzielen, muss gelten, dass der Strom isn = 0 ist.Correspondingly, for the
Dies ergibt die Bedingung:
Durch Einbeziehung einer zweiten Kompensationsspannung Va2, die auf den zweiten Eingang 23 rückgekoppelt wird, ergibt sich:
Die zweite Kompensationsspannung Va2 kann daher aus der am zweiten Eingang 23 anliegenden Spannung Vinn erzeugt werden, insbesondere mit einer Verstärkungsstufe mit folgender Verstärkung G:
Diese Verstärkung G wird durch den Operationsverstärker 30 (oder einen zweiten Operationsverstärker) bereitgestellt, der die zweite Kompensationsspannung Va2 als Ausgangssignal liefert. Die so erzeugte zweite Kompensationsspannung Va2 wird über die zweite Kompensationskapazität Ccn auf den zweiten Eingang 23 rückgekoppelt. Somit kann die Ladungsänderung auf der zweiten Sensorelektrodenanordnung 16 kompensiert werden.This gain G is provided by the operational amplifier 30 (or a second operational amplifier), which provides the second compensation voltage V a2 as an output signal. The second compensation voltage V a2 generated in this way is fed back to the
Es werden somit die Ladungsänderungen auf den Sensorelektrodenanordnungen 15, 16 bzw. in den Kapazitäten Csp und Csn für eine Gleichtaktmode bzw. eine gleichsinnige Auslenkung der Teilstrukturen 12, 13 kompensiert. Hingegen kann die differentielle Ladung, die das gewünschte Signal (beispielsweise eine Drehratensignal) darstellt, mit einem C/V-Konverter oder einer anderen vollständig differentiellen Ausleseschaltung ausgelesen werden.The charge changes on the
Bei der in der
Die
Claims (8)
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