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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage und/oder Korrektur eines Verhaltens eines Sensors sowie ein entsprechendes System.
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Sensoren, insbesondere mikroelektromechanische Systeme (MEMS), sind allgemein bekannt und werden zur Messung einer Vielzahl unterschiedlicher Größen in verschiedenen Anwendungen verwendet. Beispielsweise kommen Inertialsensoren in der Verbraucherelektronik zum Einsatz. Solche Sensoren umfassen typischerweise mindestens ein bewegliches Element, insbesondere eine bewegliche Masse, mit deren Hilfe eine Messgröße, wie eine Beschleunigung oder eine Drehrate, erfasst wird.
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Um die Einsatzmöglichkeiten von Sensoren zu erhöhen und weiter zu verbessern, ist es entscheidend, das Sensorverhalten eines einzelnen Sensors möglichst genau zu kennen und ggf. anpassen zu können. Es sind verschiedene Ansätze zur Empfindlichkeitskorrektur bzw. zum Selbsttest eines Sensors bekannt.
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So sind aus dem Stand der Technik statische Selbsttests für Sensoren durch elektrostatische Auslenkung bekannt. Das Ergebnis wird meist mit einem Soll-Wert verglichen und eine Gut/Schlecht-Aussage getroffen.
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Des Weiteren ist es bekannt, einen punktuellen Test zur Steilheit der ansteigenden Kurve des Sensors durchzuführen. Das Ergebnis wird meist mit einer Grenze verglichen, um eine Gut/Schlecht-Aussage zu treffen. Die Präzision des Tests ist dabei allerdings eher gering.
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Es ist bekannt, einen Abgleich der statischen Empfindlichkeit in einem „Final Test“ vorzunehmen. Dies wird durch einen statischen externen Stimulus bewirkt.
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Die
DE 10 2009 036 099 B4 offenbart eine Selbstdiagnoseeinrichtung eines Sensors, bei dem eine Integrationseinheit ein Sensorsignal, das von dem Sensorhauptkörper als Reaktion auf ein Testsignal ausgegeben wird, integriert.
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Die
EP 1763675 B1 offenbart ein MEMS mit getrennten Anrege- und Auslese-Elektroden, bei dem die statische Empfindlichkeit ermittelt wird, um daraus eine neue Verstärkung zu berechnen.
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Die
US 9,335,396 B2 beschreibt ein integriertes System zur Selbstkalibrierung eines Sensors. Dazu wird der Sensor ausgelenkt und die Signalantwort ausgewertet. Ein Trimm-Block erhält Trimm-Werte von einem Microcontroller. Das Rückschreiben der gewonnenen Information beeinflusst nur den Trimm-Block und nicht den Low-Pass-Filter, der für die Frequenzantwort verantwortlich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, mit denen eine präzise und vorteilhafte Vorhersage und/oder Anpassung eines Verhaltens eines Sensors ermöglicht wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorhersage und/oder Korrektur eines Verhaltens eines Sensors gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine vorteilhafte Ermittlung von Parametern des Sensors, beispielsweise der Frequenz und der Dämpfung, ermöglicht wird, die unter anderem für die Übertragungsfunktion über die Frequenz verantwortlich sind. Hierdurch kann eine vorteilhafte Vorhersage und ggf. Korrektur des Sensorverhaltens vorgenommen werden. Somit können beispielsweise Beschädigungen der Sensorstrukturen oder Undichtigkeiten in einer Sensorkaverne erkannt werden. Zusätlzich oder alternaitv ist es möglich, das Rausch-Niveau (Brownian Noise) vorherzusagen.
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Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft möglich, dass das im ersten Schritt durch die Anregungs-Einrichtung angelegte Anregungssignal ein statisches Anregungssignal, insbesondere eine konstante Spannung, ist. Es ist somit vorteilhafterweise möglich, dass das bewegliche Element des Sensors mithilfe des statischen Anregungssignals in einen statischen Auslenkungszustand, und insbesondere in eine statische Auslenkung, gebracht wird. Es ist somit insbesondere vorteilhafterweise möglich, dass das bewegliche Element nicht durch das Anlegen eines kurzen Impulses angeregt wird, sondern dass ein statisches Anregungssignal angelegt wird. Es ist vorteilhafterweise möglich, dass gewartet wird, bis das bewegliche Element die Auslenkungslage im Auslenkungszustand eingenommen hat, wobei insbesondere im Übergang mit dem Wegnehmen der Spannung die Auslenkung des beweglichen Elements in der Abklingkurve relaxiert. Diese Relaxation ist in vorteilhafter Weise zur Bestimmung der Parameter nutzbar.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, dass in der Abklingschwingung im zweiten Schritt eine Auslenkung des beweglichen Elements ausgehend von der Auslenkung des beweglichen Elements im Auslenkungszustand schwingend abnimmt. Diese Abklingkurve des beweglichen Elements wird im zweiten Schritt insbesondere durch die Erfassung von Messdaten aufgezeichnet.
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Unter dem Verhalten des Sensors kann erfindungsgemäß insbesondere die Abhängigkeit bzw. der Zusammenhang einer Ausgangsgröße des Sensors von einer Eingangsgröße verstanden werden. Es ist bevorzugt denkbar, dass unter dem Verhalten des Sensors die Übertragungsfunktion über die Frequenz und/oder der Frequenzgang des Sensors verstanden werden kann.
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Unter der Vorhersage des Verhaltens des Sensors kann erfindungsgemäß auch eine Ermittlung des Verhaltens des Sensors verstanden werden.
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Unter der Korrektur des Verhaltens des Sensors kann erfindungsgemäß vorzugsweise auch eine Anpassung des Verhaltens des Sensors, insbesondere an eine Vorgabe für das Verhalten des Sensors, verstanden werden. Insbesondere ist es denkbar, dass eine Adaption bzw. Korrektur der digitalen Filter-Kette im ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) des Sensors sensorindividuell erfolgen kann, um ein gefordertes und/oder vorgegebenes Frequenz-Verhalten für den Sensor zu erreichen.
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Das erfindungsgemäße System umfasst vorzugsweise eine Sensor-Architektur, aufweisend ein MEMS mit mindestens einem beweglichen Element, wobei erfindunsggemäß in vorteilhafter Weise eine Extraktion der relevanten Parameter des MEMS mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Sensor vorzugsweise um einen Beschleunigungssensor. Es sind jedoch auch andere Sensortypen denkbar.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass das bewegliche Element mithilfe des Anregungssignals, insbesondere eines Stimulus, im ersten Schritt in den Auslenkungszustand ausgelenkt wird, insbesondere aus einer Ruhelage des beweglichen Elements.
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Es ist somit vorteilhafterweise möglich, dass das erfindungsgemäße Verfahren im ersten Schritt eine Anrege-Phase umfasst, in der der Sensor bzw. ein bewegliches Element des Sensors in eine statische Auslenkung gebracht wird, aus der der Sensor bzw. das bewegliche Element dann in einem zweiten Schritt in einer Abklingphase selbstständig zurückschwingt, insbesondere bis in seine Ruhelage, so dass aus dieser Abklingkurve Parameter des Sensors ermittelt werden können. Es ist denkbar, dass die so erhaltenen Informationen in vorteilhafter Weise zur Vorhersage des Sensor-Verhaltens über die Frequenz (Frequenzgang) und/oder zur Korrektur des Verhaltens über die Frequenz, insbesondere durch eine Adaption der digitalen Filter-Kette im ASIC im Final Test und/oder im laufenden Betrieb des Sensors, verwendet werden können. Erfindungsgemäß ist es somit möglich, ein vorteilhaftes Verfahren zur Vorhersage und/oder zum Ausgleich bzw. zur Korrektur des Frequenzverhaltens eines Sensors bereitzustellen. Zusätzlich oder alternaitv ist es möglich, das Rausch-Niveau (Brownian Noise) vorherzusagen.
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Es ist erfindungsgemäß vorteilhafterweise denkbar, dass die Parameter des Sensors (bzw. des MEMS) mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden und somit insbesondere im Final Test des Sensors zur Verfügung stehen. Damit ist ein vollständiges (100%) Wafer Level Testing (WLT) des MEMS mit diesen Parametern redundant. Fener können Beschädigungen im MEMS durch das Verpacken, beispielsweise ein undichter Chip und/oder gebrochene Strukturen, erfindungsgemäß besonders vorteilhaft festgestellt werden. Erfindungsgemäß ist es ferner denkbar, dass das Frequenzverhalten des Sensors im laufenden Betrieb, insbesondere im Messbetrieb, überprüft und bei Bedarf auch korrigiert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass Anregungssignal im zweiten Schritt abgeschaltet ist, sodass die Auslenkung der beweglichen Masse abklingt. Es ist denkbar, dass dieser Abklingvorgang gemessen wird, wobei im Übergang vom statischen Verhalten (insbesondere aus dem statischen Auslenkungszustand) in den Abklingvorgang und während des Abklingvorgangs die Messdaten betreffend das bewegliche Element erhalten werden. Im zweiten Schritt wird somit vorzugsweise das freie Abklingverhalten des beweglichen Elements aus dem Auslenkungszustand in den Ruhezustand des beweglichen Elements gemessen. Es ist alternativ denkbar, dass das bewegliche Element im zweiten Schritt nicht vollständig bis in seine Ruhelage abklingt.
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Dadurch, dass die Analyse-Einrichtung mithilfe der Messdaten ein frequenzabhängiges Verhalten des Sensors vorhersagt und/oder korrigiert, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung denkbar, dass die Frequenzabhängigkeit des Sensorverhaltens, insbesondere eine Übertragungsfunktion über die Frequenz, vorhergesagt und/oder korrigiert werden kann. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es somit, dass eine Vorhersage des Sensor-Frequenzverhaltens möglich ist, ohne dass der Sensor über Frequenz extern stimuliert werden muss.
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Dadurch, dass die Analyse-Einrichtung zur Vorhersage und/oder Korrektur des Verhaltens des Sensors charakteristische Eigenschaften des Sensors auf Grundlage der Messdaten ermittelt, wobei die charakteristischen Eigenschaften des Sensors eine Frequenz des beweglichen Elements und/oder eine Dämpfung des beweglichen Elements umfassen, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung denkbar, dass sowohl die Dämpfung als auch die Frequenz zur Vorhersage und Anpassung des Verhaltens des Sensors verwendet werden können. Hierdurch wird eine besonders vorteilhafte Vorhersage ermöglicht.
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Dadurch, dass mithilfe der charakteristischen Eigenschaften des Sensors eine Übertragungsfunktion des Sensors über die Frequenz vorhergesagt und/oder korrigiert wird, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung denkbar, dass eine besonders vorteilhafte Vorhersage (und ggf. Korrektur) des Sensor-Frequenzverhaltens möglich ist, ohne dass der Sensor über die Frequenz extern stimuliert werden muss.
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Dadurch, dass für die Vorhersage des Verhaltens des Sensors, eine erwartete, durch das analoge und/oder digitale Verhalten der Anregungs-Einrichtung und/oder Mess-Einrichtung, insbesondere eines ASICs, bekannte Übertragungsfunktion mit einbezogen wird, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung denkbar, eine besonders präzise Schätzung und/oder Messung des Verhaltens des MEMS zu ermöglichen. Das analoge Verhalten beinhaltet vorzugsweise die Reaktion des Sensorelements auf elektrostatische Mitkopplung. Das digitale Verhalten beinhaltet vorzugsweise a-priori-Wissen über das Frequenzverhalten, d.h. wie das Frequenzverhalten die gemessene Abklingkurve beeinflusst. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn nicht mit beliebig großer Bandbreite und Abtastrate gemessen werden kann.
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Dadurch, dass die Analyse-Einrichtung mithilfe der Messdaten ein MEMS-Rausch-Niveau des beweglichen Elements und/oder des Sensors vorhersagt, wobei bevorzugt a-priori-bekannte Eigenschaften des Sensors, insbesondere eine Geometrie und/der Masse des beweglichen Elements und/oder des Sensors, und/oder aus den Messdaten ermittelte Eigenschaften, insbesondere eine Frequenz des beweglichen Elements und/oder eine Dämpfung des beweglichen Elements, verwendet werden, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft möglich, eine besonders effiziente Vorhersage bzw. Ermittlung des MEMS-Rausch-Niveaus zu ermöglichen.
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Dadurch, dass die Korrektur des Verhaltens des Sensors durch eine Anpassung und/oder Einstellung der Anregungs-Einrichtung und/oder der Mess-Einrichtung, insbesondere einer Filterkette des ASICs, in Abhängigkeit des vorhergesagten Verhaltens des Sensors durchgeführt wird, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung denkbar, dass das System an eine Vorgabe bzw. ein gewünschtes Verhalten angepasst werden kann. Dies erfolgt besonders vorteilhaft dadurch, dass eine Filterkette des ASICs des Sensors angepasst wird.
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Dadurch, dass die Analyse-Einrichtung eine von dem Sensor separate und/oder externe Einrichtung ist, insbesondere ein Host und/oder ein Final Tester, oder
wobei die Analyse-Einrichtung eine interne Einrichtung des Sensors, insbesondere ein Microcontroller, ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass ein Auswertealgorithmus zur Vorhersage und/oder Korrektur des Verhaltens des Sensors auf einer separaten Einrichtung, insbesondere einem Final Tester oder Host, durchgeführt wird oder auf einem Microcontroller, der Teil des Sensors ist
und/oder gemeinsam mit dem Sensor verbaut ist. Mithilfe des Microcontrollers ist auch eine Implementierung des Verfahrens in der Anwendung des Sensors möglich, sodass das Verhalten des Sensors auch in einem speziellen Test-Modus im verbauten Zustand des Sensors, insbesondere über die Lebenszeit des Sensors, überprüft und/oder korrigiert werden kann.
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Dadurch, dass die Anregungs-Einrichtung und die Mess-Einrichtung mithilfe eines ASICs des Sensors ausgebildet sind, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung denkbar, dass die Anregungs-Einrichtung und Mess-Einrichtung sensorintern durch ein ASIC ausgebildet sind.
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Dadurch, dass die Vorhersage und/oder Korrektur des Verhaltens des Sensors, insbesondere der erste und zweite Schritt, in einem Test-Modus durchgeführt werden, wobei der Sensor, insbesondere das ASIC, im Test-Modus eine im Vergleich zum Normalbetrieb des Sensors erhöhte Bandbreite aufweist, ist es besonders vorteilhaft möglich, einen speziellen Test-Modus zu implementieren, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Dieser spezielle Test-Modus unterscheidet sich vorzugsweise von dem Normal-Modus des Sensors durch eine erhöhte Bandbreite, so dass die Übertragungsfunktion des MEMS mit einer besseren Aussagekraft aufgezeichnet werden kann. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Vohersage und/oder Korrektur des Verhaltens des Sensors erfolgen. Das ASIC umfasst vorzugsweise die Anregungs-Einrichtung und die Mess-Einrichtung.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Vorhersage und/oder Korrektur eines Verhaltens eines Sensors, wobei das System eine Anregungs-Einrichtung, eine Mess-Einrichtung und eine Analyse-Einrichtung umfasst,
wobei die Anregungs-Einrichtung derart eingerichtet ist, dass mithilfe der Anregungs-Einrichtung ein Anregungssignal derart angelegt wird, dass ein bewegliches Element des Sensors mithilfe des Anregungssignals in einen Auslenkungszustand versetzt wird,
wobei die Anregungs-Einrichtung derart konfiguriert ist, dass das Anregungssignal, insbesondere nachdem das bewegliche Element den Auslenkungszustand erreicht hat, abgeschaltet wird, so dass das bewegliche Element eine Abklingschwingung aus dem Auslenkungszustand durchläuft,
wobei die Mess-Einrichtung derart konfiguriert ist, dass mithilfe der Mess-Einrichtung Messdaten betreffend die Abklingschwingung des beweglichen Elements gemessen werden,
wobei das System derart konfiguriert ist, dass die Messdaten der Analyse-Einrichtung bereitgestellt werden,
wobei die Analyse-Einrichtung derart konfiguriert ist, dass mithilfe der Messdaten das Verhalten des Sensors vorhersagt und/oder korrigiert wird.
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Die Anregungs-Einrichtung, Mess-Einrichtung und/oder Analyse-Einrichtung können dabei unterschiedliche Einrichtungen oder teilweise oder vollständig eine gemeinsame Einrichtung sein. Es ist vorzugsweise denkbar, dass die Anregungs-Einrichtung und die Mess-Einrichtung mithilfe eines ASICs des Sensors ausgebildet sind. Die Analyse-Einrichtung kann eine von dem Sensor separate und/oder externe Einrichtung sein, insbesondere ein Host und/oder ein Final Tester, oder auch eine interne Einrichtung des Sensors, insbesondere ein Microcontroller.
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Für das erfindungsgemäße System können die Vorteile und Ausgestaltungen Anwendung finden, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt beispielhafte Darstellungen eines Abklingverhaltens für unterschiedliche Frequenzen und Dämpfungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das System umfasst eine Anregungs-Einrichtung 10, eine Mess-Einrichtung 11 und eine Analyse-Einrichtung 12 sowie ein mikroelektromechanisches System (MEMS) 2 mit zumindest einem beweglichen Element 3, das beispielsweise mithilfe einer Feder aufgehängt ist. Die Anregungs-Einrichtung 10 und die Mess-Einrichtung 11 sind vorzugsweise mithilfe eines ASICs ausgebildet. Über Elektrodenstrukturen kann eine Bewegung des beweglichen Elements 3 mithilfe der Anregungs-Einrichtung 10 angeregt werden und eine Bewegung des beweglichen Elements 3 mithilfe der Mess-Einrichtung 11 gemessen bzw. ausgelesen werden. Die Anregung und Messung der Bewegung erfolgen vorzugsweise kapazitiv. Das ASIC 10, 11 und das MEMS 2 sind vorzugsweise gemeinsam als Sensor 1 mithilfe eines Chips bzw. mithilfe von einem oder mehreren Substraten ausgebildet. Bei dem Sensor handelt es sich vorzugsweise um einen Beschleunigungssensor. Die Analyse-Einrichtung 12 ist entweder eine externe Einrichtung, die separat von dem Chip bzw. Sensor 1 ausgebildet ist, beispielswiese ein Final Tester, oder eine als Teil des Sensors 1 verbaute Schaltung, beispielsweise ein Microcontroller. Zusätzlich ist es möglich, dass, wie dargestellt, ein Speicher 13, vorhanden ist. Der Speicher 13 kann Teil des Sensors 1 oder auch eine externe Einrichtung sein. Es ist denkbar, dass der Speicher 13 ein Teil der Analyse-Einrichtung 12 ist. Mithilfe des dargestellten Systems kann das erfindungsgemäße Verfahren implementiert werden.
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In einem ersten Schritt wird durch eine Anregungs-Einrichtung 10 ein Anregungssignal (Stimulus) an den Sensor 1 angelegt, so dass das bewegliche Element 3 mithilfe des Anregungssignals in einen Auslenkungszustand versetzt wird.
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In einem darauffolgenden zweiten Schritt wird das Anregungssignal abgeschaltet. Das bewegliche Element 3 beginnt eine Abklingschwingung aus dem Auslenkungszustand, bei der die Auslenkungsamplitude des beweglichen Elements 3 in Abhängigkeit der charakteristischen Eigenschaften, insbesondere der intrinsischen Dämpfung und Frequenz des Systems, abklingt. Während dieser Abklingschwingung werden durch die Mess-Einrichtung 11 Messdaten aufgenommen, die das charakteristische Abklingverhalten betreffen bzw. erfassen. Diese Messdaten werden in dem Speicher 13 gespeichert und der Analyse-Einrichtung 12 bereitgestellt. Die Analyse-Einrichtung 12 ermittelt aus den Messdaten zur Abklingschwingung eine Vorhersage für das Verhalten des Sensors 1 über die Frequenz. Mithilfe einer Trimmung 20 kann durch die Analyse-Einrichtung 12 auf Grundlage der Vorhersage des Sensorverhaltens die Frequenzübertragungsfunktion des Sensors 1 durch Anpassung der Filterkette im ASIC 10, 11 angepasst werden, um beispielsweise ein gefordertes oder gewünschtes Sensorverhalten zu erreichen.
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Zur Auslenkung des beweglichen Elements 3 und zur Erfassung der Auslenkung des beweglichen Elements 3 werden vorzugsweise Elektroden verwendet, die ohnehin für den Normal-Betrieb (also den normalen Messbetrieb) des Sensors 1 vorhanden sind, um das MEMS 2 mechanisch zu stimulieren und die Auslenkung zu erfassen. Aus der Antwort des Systems nach Entfernen des Stimulus wird die charakteristische Kurve (als Messdaten im zweiten Schritt) aufgezeichnet. Aus dieser charakteristischen Kurve werden durch ein geeignetes Verfahren die mechanischen Eigenschaften des MEMS ermittelt. Ein wesentlicher Teil dieser Antwort (Abklingantwort) ist für das Verhalten des MEMS 2 über die Frequenz verantwortlich. Die Abklingantwort wird dabei vorzugsweise hochaufgelöst aufgezeichnet und dem Auswerte-Algorithmus in der Analyse-Einrichtung 12 zur Verfügung gestellt.
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Es sind dabei mehrere Varianten denkbar:
- Gemäß einer ersten Variante kann der Auswerte-Algorithmus extern auf einer externen Analyse-Einrichtung 12, inbsesondere auf einem Final Tester, ausgeführt werden. Der Sensor 1 führt die Sequenz zum Aufzeichnen der Messdaten aus, stellt sie dem externen Prozessor (Final Tester) zur Verfügung, und dieser ermittelt die charakteristischen Informationen durch einen geeigneten Algorithmus
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Gemäß einer zweiten Variante kann die Analyse-Einrichtung 12 alternativ auch als externer Chip ausgebildet sein. Der Auswerte-Algorithmus wird dabei auf dem externen Chip (Host) ausgeführt. Der Sensor 1 führt die Sequenz zum Aufzeichnen der Messdaten aus, stellt sie dem externen Prozessor (Host) zur Verfügung, und dieser ermittelt die charakteristischen Informationen.
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Gemäß einer dritten Variante kann die Analyse-Einrichtung 12 alternativ auch mithilfe einer internen Auswerteeinheit (Microcontroller) ausgebildet sein. Der Auswerte-Algorithmus kann dabei auf dieser internen Auswerteeinheit (Micro-Controller) ausgeführt werden. Der Sensor führt die Sequenz zum Aufzeichnen der Messdaten aus, stellt sie der internen Auswerteeinheit (Micro-Controller) zur Verfügung, und dieser ermittelt die charakteristischen Informationen.
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Die ermmittelten charakteristischen Informationen können gemäß all dieser Varianten (also gemäß der ersten, zweiten oder dritten Variante) genutzt werden, um das Verhalten über die Frequenz und das MEMS-Rausch-Niveau (Brownian Noise) vorherzusagen. Für die Vorhersage kann zusätzlich die erwartete, durch das digitale Verhalten des ASICs gut bekannte Übertragungsfunktion mit einbezogen werden. Für die Vorhersage des MEMS-Rausch-Niveaus werden insbesondere die mechanischen Eigenschaften des Sensors genutzt, die entweder a-priori bekannt sind (denkbar sind Geometrie und Masse des Sensors), oder durch das Messverfahren ermittelt wurden (denkbar sind Frequenz, Dämpfung und/oder Masse des Sensors). Die Parameter des vorhergesagten Verhaltens ermöglichen so eine Aussage über das Sensorverhalten, das sonst (also ohne das erfindungsgemäße Verfahren) nicht im Final Test ermittelt werden könnte. Dies ist der Fall, weil die Testumgebung zum einen typischerweise zu störanfällig ist, um Rauschen zu messen, und/oder keinen externen Stimulus bereitstellt, um den Sensor über die Frequenz mechanisch zu testen.
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Die Parameter des erfindungsgemäß vorhergesagten Verhaltens ermöglichen eine Aussage, ob das MEMS 2 noch dem Auslieferungszustand entspricht. Eine Abweichung zum Auslieferungszustnad kann insbesondere aus einer Veränderung der MEMS-Parameter geschlossen werden. Im Speziellen kann durch eine veränderte Frequenz auf gebrochene Strukturen zurückgeschlossen werden. Durch eine veränderte Dämpfung kann auf eine undichte Kaverne zurückgeschlossen werden.
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Das Ermitteln der charakteristischen Kurve, also der Messdaten, kann bevorzugt durch Umschalten des ASICs 10, 11 in einen speziellen Test-Modus erfolgen. Dieser spezielle Test-Modus unterscheidet sich von der Normal-Modus durch eine erhöhte Bandbreite, so dass die Übertragungsfunktion des MEMS 2 mit einer besseren Genauigkeit aufgezeichnet werden kann. Alterntiv wäre es jedoch auch denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren in einem Normal-Modus des ASICS 10, 11 durchzuführen.
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In 2 sind beispielhaft mehrere Abklingkurven für unterschiedliche Frequenzen und Dämpfungen des beweglichen Elements 3 bzw. MEMS 2 gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei ist jeweils die normalisierte Amplitude A der Auslenkung des beweglichen Elements 3 gegen die Zeit t (in Millisekunden) aufgetragen. Bei t = 0 befindet sich das bewegliche Element 3 im Auslenkungszustand, der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also bereits abgeschlossen. Dargestellt ist das Abklingverhalten während des zweiten Schritts. Für unterschiedliche Dämpfungen und Eigenfrequenzen ergeben sich unterschiedliche Abklingkurven, die im zweiten Schritt als Messdaten erfasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009036099 B4 [0007]
- EP 1763675 B1 [0008]
- US 9335396 B2 [0009]
