DE2934073C2

DE2934073C2 - Frequenzanaloger Vielfachsensor

Info

Publication number: DE2934073C2
Application number: DE19792934073
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 8950 Kaufbeuren Obermeier; Herbert Dr.-Ing. 8021 Baierbrunn Reichl
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1979-08-23
Filing date: 1979-08-23
Publication date: 1986-01-02
Also published as: DE2934073A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen einfach herstellbaren nichtselektiven faseroptischen Multiplexer, bei dem jedem Eingangslichtwellenleiter eines (Lichtwellenleiter-)Bündels ein Kollimationselement zugeordnet ist. Dadurch ist die Anzahl der Eingangslichtwellenleiter (Kanäle) nahezu beliebig wählbar. Bei dem Multiplexer kann die Lichtrichtung umgekehrt werden, so daß ein vielfacher Verteilkoppler entsteht.

Description

Vielfachsensors, bei dem einer der Meßwiderstände als Druckfahler ausgebildet ist,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Betriebsschaltung für den erfindungsgemäßen Vielfachsensor.

F i g. 4 den Verlauf verschiedener beim Betrieb des erfindungsgemäßen Vielfachsensors entstehender Signale.

F i g. 5a und b Schnitte durch ein den erfindungsgemäßen Vielfachsensor enthaltendes Gehäuse.

lim folgenden wird auf F i g. 1 Bezug genommen, in der der Einfachheit halber ein nur rwei Einzelsensoren umfassender Vielfachsensor schaltungsmäßig dargestellt ist

Gemäß F i g. 1 sind in einem durch die strichpunktierte Umrandung 151 angedeuteten Haibleiterchip 15 zwei Oszillatoren 23 und 24 sowie zwei Widerstände 25 und 21 monolithisch integriert

Jeder der beiden jeweils durch eine unterbrochene Linie 23' bzw. 24' eingerahmten Oszillatoren 23 bzw. 24 Lsi als Ringoszillator in PL-Technik aufgebaut und umfaßt jeweils eine ungerade Anzahl π von für die PL-Technik charakteristischen Schaltungsstufen aus jeweils einem lateralen Transistor T\_m und einem vertikalen Transistor T_2n mit 1 < m < n. Die Lateraltransistoren werden im vorliegenden Beispiel von pnp-Transistoren und die Vertikaltransistoren von npn-Transistoren gebildet. Zusätzlich besitzt jeder Oszillator eine Ausgangsstufe, die ebenfalls aus einem lateralen pnp-Transistor T, und einem vertikalen npn-Transistor 7& besteht

Bei jedem Ringoszillator 23, 24 sind die Kollektoren der beiden Transistoren T\_m und T_2n, einer jeden Schaltungsstufe miteinander sowie mit der Basis des npn-Transistors Tq_n,+ i> der jeweils nächstfolgenden Schaltungsstufc verbunden. Außerdem sind sowohl die Emitter der pnp-Transistoren 7I_n, als auch die Emitter der npn-Transistoren T_2n, der einzelnen Schaltungsstufen jedes Oszillators jeweils zusammengeschlossen. Die Emitter der letztgenannten Transistoren T_2n, liegen dabei ebenso wie dir Basen der pnp-Transistoren T\_m auf der internen Masse 27 des Chips 15. Schließlich besitzt jeder Oszillator 23 bzw. 24 eine Rückkopplungsleitung 29, welche jeweils die Basis des npn-Transistors T₂\ der ersten Schaltungsstufe mit einem zweiten Kollektor des npn-Transistors T_2n der letzten Schaltungsstufe verbindet. Der zwehe Kollektor des Transiste rs T_2n ist zusätzlich /u dem bereits angesprochenen, mit dem Kollektor des pnp-Transistors Ti_n verbundenen ersten Kollektor vorgesehen.

In den erwähnten Ausga^gsstufen der beiden Ringoszillatoren 23 bzw. 24 ist der Emitter des Transistors T, jeweils mit dtn Emittern der Transistoren T\_m des betreffenden Ringoszillators zusammengeschaltet, während seine Basis an der internen Chipmasse liegt und sein Kollektor mit üem Kollektor des Transistors T_b verbunden ist Der Emitter letzteren Transistors liegt jeweils auf Masse; seine Bas'S ist jeweils mit dem ersten Kollektor des Transistors T_2n des betreffenden Ringoszillators verbunden.

Jedem der Ringoszillatoren 23 bzw. 24 ist jeweils ein Meßwidersland 25 bzw. 21 zugeordnet. Jeder Meßwiderstand ist in einer noch zu erläuternden Weise derart konzipiert, daß er seinen Widerstandswert in Abhängigkeit von jeweils einer bestimmten physikalischen Größe in eindeutiger Weise ändert. Während die eine Klemme eines jeden Meßwiderstands 25 bzw. 21 jeweils mit den F.mittcrn der Lateraltraniiitoren T_inh T, des zugehörigen Ringoszillators 23 bzw. 24 verbunden ist, ist die jeweils andere Klemme jeweils an einen Ausgangsanschluß 155 bzw, 152 des Halbleiterchips 15 gelegt Die die Ausgänge der Oszillatorschaltungen 23, 24 bildenden Kollektoren der Transistoren T₁, Tb sämtlicher Ausgangsstufen sind gemeinsam an einen weiteren Ausgangsanschiuß 153 des Halbleiterchips gelegt

Schließlich besitzt das Chip 15 noch einen AusgangsanschluS 154, der mit der internen Masse 27 des Chips in Verbindung steht
Die einzelnen technologischen Schritte zur Herstellung der integrierten Schaltung 15 nach F i g. 1 werden im folgenden unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben, welche ein Siliziumchip 15 im Querschnitt zeigt Dabei ist einer der Meßwiderstände 21 des in das Chip integrierten Vielfachsensors in eine druckempfindliche Membran eingebettet Die Beschreibung beschränkt sich auf die Herstellung eines einzigen integrierten Sensorbausteins. Es versteht sich jedoch, daß in der Praxis gleichzeitig eine Vielzahl von Sensoren innerhalb einer handelsüblichen Halbleiterscheibe verwirklicht werden können.

Als Ausgangsmaterial dient beispielswei-^ eine Siliziumscheibe 16, die zunächst mit einer η-leitenden epitaktischen Schicht 18 versehen wird. Die Epischicht 18 wird anschließend mit einer schützenden Siliziumdioxidschicht 20 überzogen. Sodann werden mittels üblicher Photoresisttechniken der Konfiguration aller Emitter und Kollektoren der pnp-Transistoren sowie aller Basen der npn-Transistoren entsprechende Fenster zusammen mit weiteren Fenstern für die Isoiationswannen der Meßwiderstände in der Oxidschicht 20 geöffnet und die genannten Komponenten durch Bordiffusion in ein- und demselben Dotierungsschritt erzeugt Nach einem erneuten, der Verschließung der genannten Fenster dienenden Oxidationsschritt werden der Konfiguration der Kollektoren aller npn-Transistoren und der Meßwiderstände entsprechende Fenster in der Oxidschicht 20 geöffnet und sämtliche η-leitenden Kollektcrgebiete und die Meßwiderstände 21, 25 durch eine PhosphordJfusion hergestellt Anschließend werden die Fenster für die Phosphordiffusion durch Oxidation wieder geschlossen.

Es folgt die beidseitige Aufbringung einer Nitridschicht, die anschließend mittels Photoresisttechnik auf der Unterseite der Siliziumscheibe 16 im Bereich eines der eindiffundierten Widerstände 21 entfernt wird, so daß dort das Silizium 16 bis auf eine dünne Membranschicht 17 durch Ätzen mittels einer geeigneten Säure entfernt werden kann. Nach dem Ätzvorgang wird die Nitridschicht wieder entfernt Nach einem weiteren Oxidationsschritt zur Passivierung der freien Siliziumoberflächen werden durch Photoresisttechnik der erforderlichen Kontaktkonfiguration 22 entsprechende Fenster geöffnet Die Kontaktlöcher werden in einem anschließenden einseitigen ganzflächigen Metallisierungsschritt mit einem geeigneten Kontaktmetali gefüllt Schließlich wird die Kontaktstruktur 22 mittels Photoresisttechnik erzeugt

Als Basen sämtlicher pnp-Transistoren und Emitter sämtlicher npn-Transistoren fungieren jeweils n-leitende Bereiche der Epischicht 20, so daß ein spezieller Herstellungsschritt für diese Komponenten entfällt Die Bor- bzw. Phosphor-diffundierten Bereiche sind in F i g. 2 mit den Bezugszeichen 19 bzw. 50 versehen.
Bei einer Durchbildung der Membran 17 unter Druckeinwirkung ändert sich der in die Membran eindotierte Widerstand, und damit in noch zu beschreibender Weise das Ausgangssignal des Vielfachsensors. Beispiele für mit den Meßwiderständen weiterer Einzelsen-

soren des Vielfachsensors erfaßbare Größen sind eine Lichtintensität, eine Temperatur und eine Kraft.

Zur Realisierung eines Kraftaufnehmers ist ein weiterer Ätzschritt zur Ausbildung eines einen Meßwiderstand aufnehmenden Biegebalkens in dem Silizium-Ausgangsmaterial erforderlich. Zur Ausbildung eines der Einzelsensoren als Photosensor oder als Temperatursensor bedarf es lediglich der Auslegung des betreffenden Meßwiderstands als Photowiderstand, z. B. mittels flacher Phosphordiffusion niedriger Dotierungskonzentration (10^M — 10" cm-³) ohne weitere Passivierung — bzw. als temperaturabhänrjger Widerstand, der ebenfalls durch eine Phosphordiffusion geeigneter Dotierungskonzentration (10¹⁵ — 10'* cm~³) realisierbar ist.

Anhand der Fig.3 wird nunmehr eine zum Betrieb des erfindungsgemäßen Vielfachsensors geeignete Schaltungsanordnung beschrieben.

Diese Schaltungsanordnung umfaßt drei Schaitungsteile, und zwar

a) einen ersten Teil in Form von unmittelbar an das Sensorchip angeschlossenen externen Schaltelementen;

b) einen zweiten Teil 60 zur Energieversorgung; sowie

c) einen dritten Teil 40 zur Signalaufbereitung und -anzeige.

Der erste Schaltungsteil weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Vorwiderstand 12 auf, der mit einer Klemme an den Ausgangsanschluß 155 des Chips 15 angeschlossen ist, weiter einen Vorwiderstand 11, der mit einer Klemme an den Ausgangsanschluß 152 des Chips 15 angeschlossen ist, sowie einen Kondensator 13, dessen einer Belag an den Ausgangsanschluß 153 des Chips i5 gelegt ist Die jeweils snderer. Klemmen der beiden Vorwiderstände 11, 12 sowie der andere Belag des Kondensators 13 sind miteinander und mit einem Leiter 30 verbunden. Die Vorwiderstände 11,12 und der Kondensator 13 können variabel ausgebildet sein und sind in geeigneter, noch zu beschreibender Weise mit dem Chip 15 in ein Gehäuse 3 eingebaut, das mit der elektrischen internen Chipmasse 27 über den Ausgangsanschluß 154 in leitendem Kontakt steht An den Ausgangsanschluß 154 ist außerdem ein weiterer Leiter 31 angeschlossen.

Die Leiter 30,31 dienen sowohl der Zufuhr der elektrischen Energie von der Energieversorgungsschaltung 60 zum Halbleiterchip 15 als auch der Übertragung der Meßinformation vom Chip zur Signalverarbeitungsschaltung 40. Die beiden Schaltungsteile 60 bzw. 40 sind zu diesem Zweck parallel zueinander an die Leiter 30, 31 angeschlossen. Die Länge dieser Leiter richtet sich nach der zu fiberwindenden Übertragungsstrecke 70. Sofern die Verhältnisse keine räumlich getrennte Anordnung des Sensors von der Energieversorgung und der Signalverarbeitung erforderlich machen, können alle in F i g. 3 gezeigten Teile auch in einem Gerät zusammengefaßt werden.

Die Energieversorgungsschaltung 60 umfaßt eine Gleichspannungsquelle 33, die eine Spannung Ub erzeugt und deren einer Pol fiber einen Widerstand /?3 mit dem Leiter 30 und deren anderer Pol fibsr Masse 401 mit dem Leiter 3! verbunden ist

In der Signalverarbeitungsschaitung 40 ist für jeden einzelnen im Halbleiterchip 15 integrierten Sensor ein eigener Signalkanal vorgesehen. Die einzelnen Kanäle sind parallel zueinander an den Leiter 30 angeschlossen und enthalten in Signalflußrichtung gesehen jeweils der Reihe nach einen Entkopplungskondensator 41, ein Bandfilter 42, einen Begrenzerverstärker 43 und einen Zähler 44. Die Zähler 44 der einzelnen Signalkanäle sind s ausgangsseitig fiber η-bit-Datenleitungen 47 an Dateneingänge eines Mikroprozessors 46 angeschlossen. Dieser wiederum steuert die Zählzeiten des Zählers 44 über Start/Stopp-Leitungen 45 und speist außerdem die Digitalanzeigeeinheit 48, die eine der Anzahl der anzuzeigenden Größen entsprechende Zahl von Anzcigefeldern besitzt.

Die einzelnen Bandfilter sind hinsichtlich ihrer Mittenfrequenz f sowie der Breite ihrer Durchlaßbänder auf die Arbeitsfrequenzen der einzelnen Ringos/ilbloren sowie deren mögliche Änderungsbereichc abgestimmt.

Die Verbindung des Schaltungsteils 40 mit dem Leiter 3i ist symbolisch durch den Masseanschluß 4Ci angedeutet.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 unter Bezugnahme uuf F ig. 4 näher erläutert.

Wenn die Vorwiderstände II, 12 so gewählt werden, daß die Ringoszillatoren 23, 24 mit unterschiedlichen Injektorströmen aus der Gleichstromquelle 60 gespeist werden, erzeugen diese Oszillatoren Rechteckschwingungen hut unterschiedlicher Frequenz. Ein möglicher Verlauf des Ausgangssignals des Ringoszillators 23 ist in F i g. 4a gezeigt, während F i g. 4b die vom Oszillator 24 erzeugte Schwingungsform darstelle.

Die beiden Rechteckschwingungen werden durch die in Fig. 1 gezeigte Zusammenfassung an den Kollektoren der Transistoren Tj, TbderOszillatorausgangsstufcn gemäß einer NOR-Bedingung überlagert, so daß sich die in Fig.4c gezeigte Schwingungsform ergibt, deren Pegel jeweils zu den Zeiten vom Massc^otentia! 27* 401 verschieden ist, wo die Pegel beider Einzclschwingungen nach den F i g. 4a und b dem Massepoicntial entsprechen.

Die Überlagerungsschwingung nach Fig.4c wird über den die Gleichspannung t/_o( — Differenz zwischen Ub und Spannung an R₃) vom Ausgangsanschluß 153 des Chips 15 abblockenden Kondensator 13 auf den Leiter 30 gekoppelt und dort zu dieser Gleichspannung U₁, addiert (Fig.4d). In den Bandfiltern 42 der einzelnen Signalkanäle der Auswerteschaltung 40 werden die in der Überlagerungsschwingung enthaltenen Oszillatorfrequenzen sodann separiert und nach Amplitudenbegrenzung jeweils in digitale Zählwerte verwandelt. Jcder momentane Zählwert entspricht der Momentanfrequenz der Schwingung eines der Ringoszillatoren, wobei die Momentanfrequenzen der einzelnen Oszillatoren wiederum von den Momentanwerten der MeBwK derstände 21, 25 und damit von den einzelnen, mit den Meßwiderständen erfaßten physikalischen Größen abhängen.

Die durch die Zähler 44 digitalisierten Frequenzwerte werden sodann vom Mikroprozessor 46 in Einheiten der jeweils zugeordneten physikalischen Größen umgerechnet und an die Anzeigeeinheit 48 ausgegeben. Wenn es sich bei einer der erfaßten Größen um die Temperatur handelt, kann deren Meßwert im Mikroprozessor 46 auch dazu verwendet werden, einen störenden Einfluß der Temperatur auf eine oder mehrere der anderen erfaßten Meßgrößen zu eliminieren.

Es versteht sich, daß die aus Gründen der einfachen Darstellung zur Erfassung nur zweier physikalischer Größen ausgelegte Anordnung nach den F i g. 1 und 3

durch zusätzliche Integration weiterer gleichartiger Ringoszillatoren und Meßwiderstände in das Halbleiterchip sowie durch entsprechende Ergänzung der Auswcrteschaltung um weitere Signalkanäle in einfacher Weise auch so erweitert werden kann, daß gleichzeitig s mehr als zwei Zustandsgrößen überwacht werden können.

Die Arbeitswerte der Injektorströme können nicht nur über die genannten Vorwiderstände 11,12, sondern auch durch die jeweilige Anzahl η der Schaltimgsstufen der Ringoszillatoren festgelegt werden.

Auch können die verschiedenen Meßsignalfrequenzcn mit Hilfe eines einzigen, vom Mikroprozessor nacheinander auf diese Frequenzen abgestimmten Filters sepuricrt werden, wodurch der Schaltungsauiwand im is Falle einer größeren Zahl von zu erfassenden Meßgrößen erheblich verringert würde.

Kncrgicversorgung und Informationsübertragung müssen nicht unbedingt nach dem beschriebenen Zweidrahtprinzip erfolgen. Die einzelnen Oszillatoren könnten auch über jeweils getrennte Leitungen mit der Gleichstromquelle und der Signalverarbeitungsschaltung verbunden und dann jeweils bei derselben Frequenz betrieben werden. In diesem Fall müßte das Chip 15 mit einer entsprechenden Zahl von separaten Ein- 2s und Ausgängen versehen werden und die Signalverarbeitungsschaltung müßte zur gleichzeitigen Auswertung der auf den einzelnen Zuleitungen anstehenden Information ausgelegt sein.

Im fügenden wird nun eine mögliche Ausführungsform einer mit dem erfindungsgemäßen Vielfachsensor ausgestatteten Meßkopfes unter Bezugnahme auf die Fig.5a und 5b beschrieben. Die dargestellte Ausführungsform ist insbesondere auf einen Vielfachsensor gemäß F i g. 2 zugeschnitten, bei dem einer der Einzelsensoren als Druckaufnehmer ausgebildet ist.

Der Meßkopf 1 weist ein geeignet geformtes und dimensioniertes Gehäuse 3 mit zwei Druckanschlüssen 2 an gegenüberliegenden Seiten auf. Das Gehäuse kann 7- B. Zylindergeometrie besitzen. Innerhalb des Genauses 3 ist ein Zwischenboden in Form einer Metallplatte 8 vorgesehen, die den Innenraum in zwei Bereiche unterteilt und die auf ihrer einen Seite eine Keramikplatte 9 trägt. Auf dieser wiederum ist eine Substratplatte 14 gelagert, welche als Unterlage für das Sensorchip 15 dient. Dieses ist mit seiner druckempfindlichen Membran über miteinander fluchtenden, in der Substratpiattc 14. der Keramikplatte 9 und dem Zwischenboden 8 angebrachten öffnungen angeordnet Eine pneumatische Verbindung zwischen den beiden durch den Zwischenboden getrennten und jeweils mit einem der Druckanschlüsse 2 versehenen Gehäusebereichen besteht im aUgemeinen nicht, kann aber im Bedarfsfall zur Erzielung einer Bypass-Wirkung vorgesehen werden. Ein Druckunterschied in den beiden Gehäusebereichen ss kann sich somit auf die Membran auswirken und damit den Wert des in diese eindiffundierten Widerstands beeinflussen.

Den F i g. 5a, b ist auch die Anordnung der bereits erwähnten externen Schaltelemente 11,12 (Vorwiderstände) und 13 (Entkopplungskondensator) relativ zum Sensorchip 15 zu entnehmen. Die Widerstände 11, 12 sind jeweils durch eine Dickfilmschicht zwischen Metallkontakten 10 auf der Keramikplatte 9 realisiert; der Kondensator 13 besteht aus einem diskreten Baueiement, das an geeignete Kontaktbahnen 10 auf der Keramikplatte 9 angeschlossen ist

Schließlich sind in der Keramikplatte 9 Anschlußstifte

6 und 7 für die durch ein vergossenes Steckerteil 4 druckdicht in das Innere des Gehäuses 3 geführten Leitungen 30 und 31 vorgesehen.

Die Verbindungsleitungen zwischen dem Sensorchip 15 einerseits und den externen Schaltelementen 11,12, 13 sind in Form von Drähten 5 dargestellt

Selbstverständlich muß dafür gesorgt werden, daß auch die übrigen mit dem Sensor zu erfassenden Zustandsgrößen auf das Halbleiterchip einwirken können. Sofern einer der Einzelsensoren als frequenzanaloger Photowandler ausgebildet ist, könnte dem zu messenden Licht durch eine öffnung im Gehäuse, die evtl. mit einer Optik versehen ist, oder über Lichtleitkabel der Zutritt zum Sensor ermöglicht werden. Zur Messung auch der Temperatur des Mediums, dessen Druck mit dem Meßkopf nach Fig. 5a, b überwacht wird, mittels eines im Halbleiterchip vorgesehenen Temperatursensors, bedarf es keiner zusätzlichen Vorkehrungen, da bei dieser Anordnung ein Wärmeaustausch mit dem Sensorchip 15 bereits gewährleistet ist.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 stellt sowie auf einfache Weise den Erfordernissen unPatentansprüche: terschiedlicher Meßprobleme angepaßt werden kann. Dabei weist der frequenzanaloge Sensor gemäß dem

1. Frequenzanaloger Vielfachsensor zur Erfassung Hauptpatent einen Oszillatorkreis sowie eines die Freeiner physikalischen Größe, wie Druck, Temperatur, 5 quenz des Ausgangssignals des Oszillatorkreises beein-Kraft, Lichtintensität oder dgL mit flussendes Sensorelement in Form eines durch die abzutastende physikalische Größe veränderbaren Meßwi-

a) einem Oszillatorkreis, sowie derstandes auf, wobei erfindungsgemäß der Oszk-iator-

b) einem die Frequenz des Ausgangssignals des kreis als Ringoszillator aufgebaut und PL-Technik aus-Oszfllatorkreises beeinflussenden Führerele- io geführt und zusammen mit dem Meßwiderstand monoment in Form eines durch die abzutastende phy- lithisch auf einem Halbleiter-Chip integriert ist, wobei sikalische Größe veränderbaren Meßwider- gemäß einem weiteren Merkmal des frequenzanalogen Standes, wobei Sensors nach dem Hauptpatent der Meßwiderstand ent-

c) der Oszillatorkreis sprechend der abzutastenden Größe dotiert und zur el) als Ringoszillator(24)aufgebaut, und 15 Beeinflussung des Injektorstromes (Emitterstromes) c2) in PL-Technik ausgeführt und zusammen und damit der Umlauffrequenz des Ringoszillators in

mit dem Meßwiderstand monolithisch auf Reihe mit diesem geschaltet ist

einem Halbleiterchip (15) integriert ist, und Sollen an einer Meßstelle gleichzeitig mehrere ver-

wettir schiedene physikalische Größen auf frequenzanalogem

d) der MeEhvidcrsisnd 20 Weg erfaßt werden, so bedürfte es bisher einer entspredl) entsprechend der abzutastenden Größe chenden Anzahl von separaten Sensoren, die bcispicls-

dotiertund weise auch gemäß der Lehre nach dem Hauptpatent

d2) zur Beeinflussung des Injektorstromes aufgebaut sein können, mit jeweils einem auf eine der zu

(Emitterstromes) und damit der Umlauffre- erfassenden Größe abgestimmten Fühlelement Ein

quenz des Ringoszillators (24) in Reihe mit 25 Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung einer

diesem geschaltet ist, Mehrzahl von physikalischen Größen mittels einer

Mehrzahl von nacheinander abzutastenden Brückengemäß Patent 29 34 093, dadurch gekenn- schaltungen ist Gegenstand der DE-PS 8 37 476.
zeichnet, daß die zur Erfassung der einzelnen Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu physikalischen Größen vorgesehenen Schaltkreise 30 Grunde, einen kompakten störunanfälligen frequenz-

(23.24) mit Ausnahme der Dotierung der verschie- analogen Vielfachsensor zur gleichzeitigen Messung denen Meßwiderstände (2t, 25> identisch aufgebaut mehrerer physikalischer Größen an einem Ort zu schaf- und gemeinsam entsprechend der Anzahl der an ei- fen.

ner Meßstelle gleichzeitig zu erfassenden Größen Diese Aufgabe wird durch einen frequenzanalogen

auf einem Halbleiterchip monolithisch integriert 35 Vielfachsensor mit den Merkmalen des Patentanspru-

sind. ches 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegen-

2. Frequenzanaloger Vielfachsensor nach An- stand der Unteransprüche.

spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halblei- Die gleichartige Ausführung der Or-ülatorschaltkrei-

terchip (15) eine der Anzahl der Meßwiderstände se als I²L-Ringoszillatoren eröffnet die Möglichkeil,

(21.25) entsprechend: Zahl von Ausgangsanschlüs- 40 sämtliche erforderlichen Einzelsensorcn im wcscntlisen (152, 155) aufweist und daß jeder Meßwider- chen gleichzeitig herzustellen. Die Realisierung der stand (21, 25) jeweils zwischen einen dieser Aus- Meßwiderstände läßt sich auf einfache Weise in den gangsanschlüsse (152,155) und die parallel geschal- technologischen Herstellungsprozeß der Gesamtschalteten Emitter der Lateraltransistoren (Tim) des züge- tung einbeziehen, insbesondere lassen sich neben z. B. hörigen Ringoszillators der jeweiligen Schaltkreise 4$ temperatur- oder photoempfindlichen Widerständen (23,24) geschähet ist auch druck- oder kraftabhängige Fühlwiderstände

3. Frequenzanaloger Vielfachsensor nach An- leicht verwirklichen, weil druckempfindliche Mcmbraspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche nen oder durch Krafteinwirkung verformbare Biegebal-Kollektoren der Transistoren (T., Tb) aller Aus- ken als mit dem Halbleiterchip integrale Träger derartigangsstufen mit einem weiteren Ausgangsanschluß 50 ger Fühlwiderstände nur einfacher Ätzschritte hedür-(153) des Halbleiterchips (15) verbunden sind, und fen die sich in den Herstellungsablauf ohne weiteres daß das Halbleiterchip darüber hinaus einen mit der einfügen.

internen Chipmasse (27) verbundenen Ausgangsan- Bei geeigneter Wahl der Arbeitspunkte der einzelnen

Schluß (154) besitzt Oszillatorschaltkreise, z. B. mittels externer oder inte-

55 grierter Vorwiderstände, schwingen sämtliche Oszilla-

toren bei verschiedenen Frequenzen, so daß die Meßinformationen über nur zwei Leitungen der Auswerteelektronik zugeführt und dort getrennt werden können.

Die Erfindung bezieht sich auf einen frequenzanalo- Die Energieversorgung des gesamten Halbleiterchips

gen Vielfachsensor zur gleichzeitigen Erfassung mehre- 50 kann über dieselben Leitungen erfolgen. Eine derartige

rer physikalischer Größen, wie Druck, Temperatur, Zweidrahttechnik ist insbesondere im Falle größerer

Kraft, Lichtintensität oder dgl. in einem Aufbau gemäß Übertragungsstrecken von Vorteil,

dem Patent 29 34 093. In dem Hauptpatent ist ein fre- Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme

quenzanalogcr Sensor zur Erfassung einer physikali- auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

sehen Größe offenbart und unter Schutz gestellt, der 65 Fig. 1 das Schaltbild einer Ausführungsform eines

gegen mechanische und elektrische Störungen beson- erfindungsgemäßen Vielfachsensors zur Erfassung

ders unanfällig ist und der mit geringem Aufwand in zweier verschiedener physikalischer Größen,

großer Stückzahl in einer kompakten Bauform herge- F i g. 2 einen Schnitt durch ein Halblcitcrchip eines