WO2011032763A2 - Transducer stage for detecting a sensor signal - Google Patents

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WO2011032763A2
WO2011032763A2 PCT/EP2010/060869 EP2010060869W WO2011032763A2 WO 2011032763 A2 WO2011032763 A2 WO 2011032763A2 EP 2010060869 W EP2010060869 W EP 2010060869W WO 2011032763 A2 WO2011032763 A2 WO 2011032763A2
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stage
converter stage
sensor
signal
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PCT/EP2010/060869
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WO2011032763A3 (en
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Dayo Oshinubi
Alexander Buhmann
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Robert Bosch Gmbh
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Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces

Definitions

  • Transducer stage for detecting a sensor signal The invention relates to a converter stage and a method for detecting a
  • Sensor signal in particular a signal of a rotation rate sensor.
  • time-continuous sensor signals are converted by an analog / digital conversion (A / D conversion) into discrete-time and discrete-value signals in order to carry out signal processing such as filtering, regulation and further algorithms within a digital circuit part.
  • a / D conversion analog / digital conversion
  • the digitization of the sensor signals plays a decisive role, since this operation decisively influences the noise behavior of the entire system.
  • a sensor system with a digital evaluation concept provides capacitance / voltage conversion (C / U conversion), in particular for capacitive sensors, in order to convert capacitance changes caused by external forces into proportional electrical voltages.
  • C / U conversion capacitance / voltage conversion
  • sampling is conventionally done at very high frequencies. Common are scans of 8 to 40 times compared to a sensor resonance frequency. Due to these high sampling rates, an analog front-end device has a very high electrical power requirement. In many areas, this oversampling of the sensor signal makes sense, since in this way a reduction of the noise effects by aliasing can be achieved.
  • an inertial sensor in particular a rotation rate sensor for detecting at least one parameter predetermined by a drive element, in particular rotation rate and / or rotational speed as a function of an input signal to be scanned. It is provided that an undersampling of the input signal takes place at a sampling frequency which is below a double maximum frequency of the input signal. Disadvantageously, due to this undersampling, a contribution may be increased by noise convolution into the baseband.
  • the circuit according to the invention is designed as a converter stage for detecting a sensor signal, in particular a signal of a rotation rate sensor, and comprises an amplifier stage with an electronic circuit.
  • the converter stage is characterized in that different weight functions can be generated by means of the electronic circuit with which a filter characteristic of the converter stage can be influenced.
  • the converter stage according to the invention offers the advantage that it can be used to achieve a reduction of the noise power density in the baseband during sampling and undersampling of the input signal compared to conventional systems. Furthermore, by means of the influenceable filter characteristic, a transmission behavior of the converter stage can advantageously be configured in such a way that, in the case of sampled, subsampled and bandpass sampled systems, a contribution to the baseband (aliasing of the
  • Broadband noise is reduced.
  • This reduction makes it possible to To optimize velvet performance in such sensor system realizations.
  • this can for example minimize energy consumption of the overall system and, due to this minimization, additional system components, for example an I / Q demodulator, can be integrated into a single front-end device.
  • additional system components for example an I / Q demodulator, can be integrated into a single front-end device.
  • an ASIC chip area can also advantageously be reduced, which is advantageous, in particular, in the case of multiaxial sensor applications with a plurality of sensors with an increased chip area requirement. Both sampling, filtering and demodulation are thus advantageously possible within a single frontend.
  • the converter stage comprises a controllable current source and an electrical charge integrator, wherein the electrical charge integrator can be driven by an output of the amplifier stage.
  • the amplifier stage is designed as a transconductance amplifier, wherein the current source is designed as Biasstrom- source for the transconductance amplifier.
  • the bias current source which is usually required for setting operating points for each transconductance amplifier, can usefully be used additionally for adjustment of the weight function, which advantageously requires no additional electronic circuitry for generating the weight function.
  • the current source can be driven by a rectangular control signal transmitted via a control line.
  • a simple window or weight function for the input current signal of the amplifier stage can be realized by trivial switching on and off of the current source.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the control signal periodic switching cycles with N substantially equal intervals having. By specifying the individual switching cycles, a multiplicity of different filter characteristics can be realized in this way.
  • a further preferred embodiment provides that the current source can alternatively be driven by a control signal transmitted via a control line rectangular, triangular, or in accordance with a Hanningfunktion control signal, the control signal having periodic switching cycles with N substantially equal intervals.
  • a control signal transmitted via a control line rectangular, triangular, or in accordance with a Hanningfunktion control signal, the control signal having periodic switching cycles with N substantially equal intervals.
  • an integration time constant of the electrical charge integrator is variably adjustable.
  • a parametrization of a filter characteristic of the converter stage according to the invention can be carried out in this way simply by varying the integration time constant.
  • FIG. 1 is a general block diagram of a sensor system in which the
  • Figure 2 is a simplified electrical diagram of a converter stage according to the invention
  • Figure 3 shows an application of different weight functions and resulting transmission behavior
  • Figure 4 rectangular time course of the bias current Figure 5 shows a transmission behavior of the converter stage according to the invention with a pulsed rectangular bias current
  • FIG. 6 Timing curves of the bias current with triangular and Hanningfenste- tion
  • FIG. 7 shows a frequency spectrum with pulsed triangular window operation of the inventive converter stage embodiment (s) of the invention
  • FIG. 1 shows in a general block diagram a sensor system 10 with a field of application of the present invention.
  • the sensor system 10 has a sensor 20 which is galvanically connected to a C / U converter 30 and whose output signal in the form of a capacitance is fed to the C / U converter 30.
  • An output signal of the C / U converter 30 is supplied to a converter stage 40.
  • an area of application of the present invention is emphasized by a dot-dashed border. Within this range, the conversion of the capacitance signals into proportional electrical voltages and a sampling of these sensor detection signals take place.
  • FIG. 2 shows, in greater detail, a simplified electrical circuit diagram of a converter stage 40 according to the invention.
  • the converter stage 40 assumes the function of a digital / analog filter and comprises an electrical amplifier stage 41, which is galvanically connected to a bias current source.
  • the amplifier stage 41 is preferably designed as a transconductance amplifier and is driven by the bias current source 42, whereby the amplifier stage 41 is controllable in its transmission behavior.
  • the transconductance amplifier is a specific operational amplifier which converts a differential voltage Vin at its inputs into a proportional output current Iout.
  • An output of the amplifier stage 41 controls with this output current lout an electrical charge integrator galvanically connected to this output.
  • the charge integrator comprises a first switch 43, a second switch 46 and a capacitor 44, to which an output voltage Vout of the converter stage 40 can be tapped off as an image of a sensor signal of the sensor 20.
  • An operating behavior of the bias current source 42 can be controlled by means of a control line 45, via which different control signals for the bias current source 42 are transmitted.
  • a current flow of the bias current source 42 and, as a result, a transmission behavior of the converter stage 40 can be influenced.
  • output currents lout of the amplifier stage 41 which correspond to input currents lin of the charge integrator, are weighted with different weight functions.
  • the current I out is switched on the one hand and furthermore the capacitor 44 is charged with the switched current I out in accordance with a switching pattern of the switches 43, 46.
  • an integration behavior of the electrical charge integrator can be changed by varying the switching times.
  • an output voltage V out is available on the capacitor 44 as an image of the sensor signal of the sensor 20.
  • the electrical charge integrator is resettable by means of the second switch 46, so that its operating characteristics can be initialized after each reset.
  • the controllable bias current source 42 thus makes it possible in the above-described manner to weight the input currents lin for the charge integrator with different weight functions. For the output voltage Vout of the converter stage 40, this results in the following mathematical relationship:
  • Vsmt j ta iffi- W t
  • the output voltage V out thus represents a time integral of the weighted output current lout of the amplifier stage 41 or input current of the charge integrator.
  • FIG. 3 qualitatively shows a transmission behavior of the converter stage 40 when different weight functions (window functions) W are used.
  • three examples of different control signals, with which the bias current source 42 is actuated via the control line 45, are shown in a time range. This corresponds to three different weight functions rectangle, triangle and Hanningfunktion, which can be generated by each specific control of the bias current source 42 with the different control signals.
  • the illustrated signal forms of the control signal instead of the illustrated signal forms of the control signal, other signal forms can also be used.
  • the right-hand diagram of FIG. 3 qualitatively shows, in a different frequency range, how differently the three aforementioned control signals affect a transmission behavior of the converter stage 40.
  • a further embodiment of the invention provides for a subdivision of the sampling interval into N substantially equal time intervals, so that the following mathematical relationship applies:
  • the symbol "-1" corresponds to a negative bias current I bias .
  • the timing diagram of FIG. 4 shows a time characteristic of the bias current IBias with a total sampling time TA, which is essentially subdivided into N equal switching intervals Ti denoted by I, II and III.
  • the bias current I B i In the switching interval I, the bias current I B i as has a constant positive value.
  • the bias current I B i in a subsequent switching interval II, the bias current I B i as is substantially equal to zero and in a subsequent switching interval III the bias current I B i as has a constant negative value. All of these switching patterns are transmitted to the bias current source 42 via control line 45.
  • the switching cycles can be repeated as desired, so that such a transmission behavior of the converter stage 40 can be achieved, which is characterized by a suppression of higher and lower frequency frequency components, which is synonymous with a favorable noise shaping for the sensor system 10th
  • FIG. 5 qualitatively shows four different frequency spectra of the transducer stages 40 which result from four different switching patterns.
  • the transmission characteristics shown in FIG. 5 result from a pulsed rectangular control signal for the bias current source 42 with the following four different switching patterns shown from top to bottom: ⁇ -1, 0, 0, 0 ⁇
  • FIG. 6 shows, in an upper time curve, a time diagram with a pulsed triangular windowing of the bias current I B ias, and in a lower diagram a hanning function-time curve of the bias current I B i as - all switching patterns of the two time profiles mentioned above are based on switching intervals I , II and III together.
  • Figure 7 shows a transmission behavior of the converter stage 40 with a pulsed triangular windowing of the bias current source 42.
  • a further improved suppression of broadband noise components can be achieved when weighting with a triangular window.
  • this improved suppression is apparent from a comparison of Figures 5 and 7, each with identical switching patterns.
  • a converter stage for detecting a sensor signal in particular a signal of a yaw rate sensor has been presented, with which it is possible to achieve a significantly higher aliasing suppression compared to conventional systems or a broadband noise suppression within the baseband in the case of sampled and subsampled or bandpass-sampled signals.
  • the performance increase is achieved by a specifically designed amplifier stage 41 with a bias current source 42 in combination with an electrical integration circuit, with which it is possible to apply different weight functions to the output signal lout of the amplifier stage 41 corresponding to the sensor signals and from this an improved transmission behavior of the converter stage 40 to generate.
  • a first variant represents a controlled amplifier stage 41 for broadband noise suppression.
  • a further variant represents an amplifier stage pulsed with rectangular signals 41 for realizing different filter charac- istics.
  • a third variant represents a combination of these two variants.
  • the invention presented here can also be used in sensors with other than capacitive mechanism of action, for example, piezoresistive rotation rate sensors, wherein both continuous-time and time-discrete implementations of the C / U converter 30 are possible.
  • the invention is also advantageously applicable to sensor signals derived from multi-axis angular rate sensors.
  • ASIC application-specific integrated circuit

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Abstract

The invention relates to a transducer stage for detecting a sensor signal, in particular a signal of a rotational rate sensor, comprising an amplification stage with an electronic circuit and characterised in that various weighing functions can be produced by means of said electronic circuit, which can influence a filter characteristic of the transducer stage. Said claimed transducer stage has the advantage that, compared to traditional systems, the noise outlet intensity in the base band is reduced when sampling and sub-sampling said sensor signal.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Wandlerstufe zur Erfassung eines Sensorsignals Die Erfindung betrifft eine Wandlerstufe und ein Verfahren zur Erfassung eines Transducer stage for detecting a sensor signal The invention relates to a converter stage and a method for detecting a
Sensorsignals, insbesondere eines Signals eines Drehratensensors. Sensor signal, in particular a signal of a rotation rate sensor.
Stand der Technik Bei mikromechanischen Drehratensensoren werden zeitkontinuierliche Sensorsignale durch eine Analog/Digital-Wandlung (A/D-Wandlung) in zeit- und wertdiskrete Signale überführt, um eine Signalverarbeitung wie Filterung, Regelung und weitere Algorithmen innerhalb eines digitalen Schaltungsteils durchzuführen. Die Digitalisierung der Sensorsignale spielt dabei eine entscheidende Rolle, da diese Operation ein Rauschverhalten des gesamten Systems entscheidend mitbestimmt. PRIOR ART In micromechanical rotation rate sensors, time-continuous sensor signals are converted by an analog / digital conversion (A / D conversion) into discrete-time and discrete-value signals in order to carry out signal processing such as filtering, regulation and further algorithms within a digital circuit part. The digitization of the sensor signals plays a decisive role, since this operation decisively influences the noise behavior of the entire system.
Ein Sensorsystem mit digitalem Auswertekonzept sieht insbesondere bei kapazitiven Sensoren eine Kapazitäts/Spannungs-Wandlung (C/U-Wandlung) vor, um durch äußere Kräfte verursachte Kapazitätsänderungen in proportionale elektrische Spannungen umzusetzen. Bei einer zeitdiskreten C/U-Wandlung erfolgt eine Abtastung herkömmlicherweise mit sehr hohen Frequenzen. Üblich sind dabei Abtastungen von 8 bis 40-fach gegenüber einer Sensorresonanzfrequenz. Aufgrund dieser hohen Abtastraten hat ein analoges Frontendgerät einen sehr ho- hen elektrischen Leistungsbedarf. In vielen Bereichen ist diese Überabtastung des Sensorsignals sinnvoll, da auf diese Weise eine Reduzierung der Rauscheinflüsse durch Aliasing erreicht werden kann. A sensor system with a digital evaluation concept provides capacitance / voltage conversion (C / U conversion), in particular for capacitive sensors, in order to convert capacitance changes caused by external forces into proportional electrical voltages. In time discrete C / U conversion, sampling is conventionally done at very high frequencies. Common are scans of 8 to 40 times compared to a sensor resonance frequency. Due to these high sampling rates, an analog front-end device has a very high electrical power requirement. In many areas, this oversampling of the sensor signal makes sense, since in this way a reduction of the noise effects by aliasing can be achieved.
Beispielsweise in mobilen Anwendungen ist jedoch die Stromaufnahme eines Gesamtsystems von sehr großer Bedeutung, da von ihr ein Grad einer Betriebsbereitschaft der Anwendung abhängt. Daher muss in derartigen Applikationen zumeist ein Kompromiss zwischen Abtastrate und Rausch-performance gefunden werden. Eine Reduzierung der Abtastrate zum Zwecke einer Leistungsreduktion würde aber bei der Signalauswertung ein signifikantes Ansteigen der Rauschleistungs-dichte durch Rauschfaltung innerhalb des Basisbandes bedeu- ten. However, for example, in mobile applications, the current consumption of an overall system is very important because it depends on a degree of operational readiness of the application. Therefore, in such applications mostly a compromise between sampling rate and noise performance can be found. A reduction of the sampling rate for the purpose of a power reduction, however, would mean a significant increase in the noise power density due to noise folding within the baseband in the signal evaluation.
Aus der DE 10 2007 048 825 A1 ist ein Inertialsensor, insbesondere Drehratensensor zur Erfassung zumindest eines durch ein Antriebselement vorgegebenen Parameters, insbesondere Drehrate und/oder Drehgeschwindigkeit in Abhängig- keit eines abzutastenden Eingangssignals bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass eine Unterabtastung des Eingangssignals mit einer Abtastfrequenz erfolgt, die unterhalb einer zweifachen Maximalfrequenz des Eingangssignals liegt. Nachteilig kann aufgrund dieser Unterabtastung ein Beitrag durch Rauschfaltung in das Basisband erhöht sein. From DE 10 2007 048 825 A1, an inertial sensor, in particular a rotation rate sensor for detecting at least one parameter predetermined by a drive element, in particular rotation rate and / or rotational speed as a function of an input signal to be scanned, is known. It is provided that an undersampling of the input signal takes place at a sampling frequency which is below a double maximum frequency of the input signal. Disadvantageously, due to this undersampling, a contribution may be increased by noise convolution into the baseband.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung von Sensorsignalen bereitzustellen, welche die obengenannten Nachteile nicht aufweist. Offenbarung der Erfindung It is therefore an object of the invention to provide a device for detecting sensor signals, which does not have the above-mentioned disadvantages. Disclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Schaltung ist als eine Wandlerstufe zur Erfassung eines Sensorsignals, insbesondere eines Signals eines Drehratensensors, ausgebildet und umfasst eine Verstärkerstufe mit einer elektronischen Schaltung. Die Wand- lerstufe ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels der elektronischen Schaltung unterschiedliche Gewichtsfunktionen erzeugbar sind, mit denen eine Filtercharakteristik der Wandlerstufe beeinflussbar ist. The circuit according to the invention is designed as a converter stage for detecting a sensor signal, in particular a signal of a rotation rate sensor, and comprises an amplifier stage with an electronic circuit. The converter stage is characterized in that different weight functions can be generated by means of the electronic circuit with which a filter characteristic of the converter stage can be influenced.
Die erfindungsgemäße Wandlerstufe mit den genannten Merkmalen bietet den Vorteil, dass mit ihr im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eine Reduktion der Rauschleistungsdichte im Basisband bei Abtastung und bei Unterabtastung des Eingangssignals erreichbar ist. Ferner kann mittels der beeinflussbaren Filtercharakteristik ein Übertragungsverhalten der Wandlerstufe vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass bei abgetasteten, unterabgetasteten und bandpassabge- tasteten Systemen ein Beitrag durch Rauschfaltung ins Basisband (Aliasing desThe converter stage according to the invention with the features mentioned offers the advantage that it can be used to achieve a reduction of the noise power density in the baseband during sampling and undersampling of the input signal compared to conventional systems. Furthermore, by means of the influenceable filter characteristic, a transmission behavior of the converter stage can advantageously be configured in such a way that, in the case of sampled, subsampled and bandpass sampled systems, a contribution to the baseband (aliasing of the
Breitbandrauschens) reduziert ist. Diese Reduzierung ermöglicht es, eine Ge- samtperformance bei derartigen Sensorsystemrealisierungen zu optimieren. Vorteilhaft kann dadurch beispielsweise ein Energieverbrauch des Gesamtsystems minimiert und aufgrund dieser Minimierung zusätzliche Systemkomponenten, beispielsweise ein I/Q-Demodulator, in ein einzelnes Frontendgerät integriert werden. Ferner kann dadurch auch eine ASIC-Chipfläche vorteilhaft reduziert sein, was insbesondere bei multiaxialen Sensoranwendungen mit mehreren Sensoren mit gesteigertem Chipflächenbedarf von Vorteil ist. Sowohl Abtastung, Filterung und Demodulation sind auf diese Weise innerhalb eines einzelnen Frontends vorteilhaft möglich. Broadband noise) is reduced. This reduction makes it possible to To optimize velvet performance in such sensor system realizations. Advantageously, this can for example minimize energy consumption of the overall system and, due to this minimization, additional system components, for example an I / Q demodulator, can be integrated into a single front-end device. Furthermore, as a result, an ASIC chip area can also advantageously be reduced, which is advantageous, in particular, in the case of multiaxial sensor applications with a plurality of sensors with an increased chip area requirement. Both sampling, filtering and demodulation are thus advantageously possible within a single frontend.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wandlerstufe eine steuerbare Stromquelle und einen elektrischen Ladungsintegrator, wobei der elektrische Ladungsintegrator von einem Ausgang der Verstärkerstufe ansteuerbar ist. Durch dieses Zusammenwirken von Verstärkerstufe und elektrischem Ladungsintegrator kann eine Filtercharakteristik des Gesamtsystems auf einfache Weise gesteuert worden, sodass am Ladungsintegrator ein Abbild des Sensorsignals als elektrische Spannung abgegriffen werden kann. According to a preferred embodiment, the converter stage comprises a controllable current source and an electrical charge integrator, wherein the electrical charge integrator can be driven by an output of the amplifier stage. As a result of this interaction between the amplifier stage and the electrical charge integrator, a filter characteristic of the overall system can be controlled in a simple manner, so that an image of the sensor signal can be tapped off as an electrical voltage at the charge integrator.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Verstärkerstufe als Transkonduktanz-verstärker ausgebildet, wobei die Stromquelle als Biasstrom- quelle für den Transkonduktanz-verstärker ausgebildet ist. Dadurch kann die Bi- asstromquelle, die zur Einstellung von Arbeitspunkten üblicherweise für jeden Transkonduktanzverstärker erforderlich ist, nützlicherweise zusätzlich für eine Einstellung der Gewichtsfunktion verwendet werden, wodurch vorteilhaft kein zusätzlicher elektronischer Schaltungsaufwand für die Erzeugung der Gewichtsfunktion erforderlich ist. According to a further preferred embodiment, the amplifier stage is designed as a transconductance amplifier, wherein the current source is designed as Biasstrom- source for the transconductance amplifier. Thereby, the bias current source, which is usually required for setting operating points for each transconductance amplifier, can usefully be used additionally for adjustment of the weight function, which advantageously requires no additional electronic circuitry for generating the weight function.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Stromquelle von einem über eine Steuerleitung übertragenen, rechteckförmig ausgebildeten Steuersignal ansteuerbar. Dadurch kann eine einfache Fenster- bzw. Gewichtsfunktion für das Eingangsstromsignal der Verstärkerstufe durch triviales Ein- und Ausschalten der Stromquelle realisiert werden. According to a further preferred embodiment, the current source can be driven by a rectangular control signal transmitted via a control line. As a result, a simple window or weight function for the input current signal of the amplifier stage can be realized by trivial switching on and off of the current source.
Eine weitere, bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Steu- ersignal periodische Schaltzyklen mit N im wesentlichen gleichlangen Intervallen aufweist. Durch Spezifizierung der einzelnen Schaltzyklen kann auf diese Weise eine Vielzahl unterschiedlicher Filtercharakteristika realisiert werden. A further preferred embodiment of the invention provides that the control signal periodic switching cycles with N substantially equal intervals having. By specifying the individual switching cycles, a multiplicity of different filter characteristics can be realized in this way.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Stromquelle alternativ von einem über eine Steuerleitung übertragenen rechteckförmigen, dreieck- förmigen, oder einem entsprechend einer Hanningfunktion ausgebildeten Steuersignal ansteuerbar ist, wobei das Steuersignal periodische Schaltzyklen mit N im wesentlichen gleichlangen Intervallen aufweist. Dies entspricht einer Anwendung von gepulsten Gewichtsfunktionen mit je Schaltzyklus unterschiedlich ausgestaltbarer Kurvenform. Mit dieser Variante lassen sich die Vorteile aus anderen Varianten der Erfindung verbinden und es können unterschiedliche Filtercharakteristika in noch größerer Vielfalt mit nochmals verbesserter Unterdrückung von Störspektren erzielt werden. A further preferred embodiment provides that the current source can alternatively be driven by a control signal transmitted via a control line rectangular, triangular, or in accordance with a Hanningfunktion control signal, the control signal having periodic switching cycles with N substantially equal intervals. This corresponds to an application of pulsed weight functions with each switching cycle differently ausgestaltetbarer waveform. With this variant, the advantages of other variants of the invention can be combined and different filter characteristics can be achieved in even greater variety with even improved suppression of interference spectra.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Integrationszeitkonstante des elektrischen Ladungsintegrators variabel einstellbar. Eine Para- metrisierung einer Filtercharakteristik der erfindungsgemäßen Wandlerstufe kann auf diese Weise einfach durch Variation der Integrationszeitkonstante durchgeführt werden. According to an advantageous development of the invention, an integration time constant of the electrical charge integrator is variably adjustable. A parametrization of a filter characteristic of the converter stage according to the invention can be carried out in this way simply by varying the integration time constant.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren kurz beschrieben. Dabei zeigt: The invention will be briefly described below with reference to figures. Showing:
Figur 1 ein allgemeines Blockschaltbild eines Sensorsystems, in dem dieFigure 1 is a general block diagram of a sensor system in which the
Erfindung verwendet werden kann Invention can be used
Figur 2 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Wandlerstufe Figure 2 is a simplified electrical diagram of a converter stage according to the invention
Figur 3 eine Anwendung von unterschiedlichen Gewichtsfunktionen und daraus resultierende Übertragungsverhalten Figure 3 shows an application of different weight functions and resulting transmission behavior
Figur 4 rechteckförmigen Zeitverlauf des Biasstromes Figur 5 ein Übertragungsverhalten der erfindungsgemäßen Wandlerstufe bei gepulstem rechteckförmigem Biasstrom Figure 4 rectangular time course of the bias current Figure 5 shows a transmission behavior of the converter stage according to the invention with a pulsed rectangular bias current
Figur 6 Zeitverläufe des Biasstromes mit Dreieck- und Hanningfenste- rung FIG. 6 Timing curves of the bias current with triangular and Hanningfenste- tion
Figur 7 ein Frequenzspektrum bei gepulstem Dreieckfensterbetrieb der erfindungsgemäßen Wandlerstufe Ausführungsform(en) der Erfindung FIG. 7 shows a frequency spectrum with pulsed triangular window operation of the inventive converter stage embodiment (s) of the invention
Figur 1 zeigt in einem allgemeinen Blockschaltbild ein Sensorsystem 10 mit einem Einsatzbereich der vorliegenden Erfindung. Das Sensorsystem 10 weist einen Sensor 20 auf, der mit einem C/U-Wandler 30 galvanisch verbunden ist und dessen Ausgangssignal in Form einer Kapazität dem C/U-Wandler 30 zugeführt wird. Ein Ausgangssignal des C/U-Wandlers 30 wird einer Wandlerstufe 40 zugeführt. In der Figur 1 ist durch eine strichpunktierte Umrandung ein Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung hervorgehoben. Innerhalb dieses Bereiches findet die Wandlung der Kapazitätssignale in proportionale elektrische Spannun- gen sowie eine Abtastung dieser Sensordetektionssignale statt. Der weitere Aufbau und die weitere Funktion des Sensorsystems 10 mit den restlichen Komponenten Abtast/Halteglied 50, Quantisierer 60, digitaler Schaltungsteil 70 und Digital/Analog Umsetzer 80 wird im Folgenden nicht weiter erläutert, da diese Komponenten für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich sind und allgemein be- kannte Elemente eines Sensorsystems darstellen. Figure 1 shows in a general block diagram a sensor system 10 with a field of application of the present invention. The sensor system 10 has a sensor 20 which is galvanically connected to a C / U converter 30 and whose output signal in the form of a capacitance is fed to the C / U converter 30. An output signal of the C / U converter 30 is supplied to a converter stage 40. In FIG. 1, an area of application of the present invention is emphasized by a dot-dashed border. Within this range, the conversion of the capacitance signals into proportional electrical voltages and a sampling of these sensor detection signals take place. The further structure and the further function of the sensor system 10 with the remaining components sample / hold element 50, quantizer 60, digital circuit part 70 and digital / analog converter 80 will not be further explained below, since these components are not essential to the present invention and in general represent known elements of a sensor system.
Figur 2 zeigt in einem größeren Detaillierungsgrad ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Wandlerstufe 40. Die Wandlerstufe 40 übernimmt dabei die Funktion eines digitalen/analogen Filters und umfasst eine elekt- rische Verstärkerstufe 41 , die mit einer Biasstromquelle 42 galvanisch verbunden ist. Die Verstärkerstufe 41 ist vorzugsweise als Transkonduktanzverstärker ausgebildet und wird von der Biasstromquelle 42 angesteuert, wodurch die Verstärkerstufe 41 in ihrem Übertragungsverhalten steuerbar ist. Der Transkonduktanzverstärker ist ein spezifischer Operationsverstärker, der eine Differenzspannung Vin an seinen Eingängen in einen proportionalen Ausgangsstrom lout umwandelt. Ein Ausgang der Verstärkerstufe 41 steuert mit diesem Ausgangsstrom lout einen mit diesem Ausgang galvanisch verbundenen elektrischen Ladungsintegrator an. Der Ladungsintegrator umfasst einen ersten Schalter 43, einen zweiten Schalter 46 und einen Kondensator 44, an dem eine Ausgangsspannung Vout der Wandlerstufe 40 als Abbild eines Sensorsignals des Sensors 20 abgreifbar ist. Ein Betriebsverhalten der Biasstromquelle 42 ist mittels einer Steuerleitung 45 steuerbar, über die unterschiedliche Steuersignale für die Biasstromquelle 42 übertragen werden. Dadurch kann ein Stromfluss der Biasstromquelle 42 und, daraus resultierend, ein Übertragungsverhalten der Wandlerstufe 40 beeinflusst werden. Mit anderen Worten werden mittels der steuerbaren Biasstromquelle 42 Ausgangsströme lout der Verstärkerstufe 41 , welche Eingangsströmen lin des Ladungsintegrators entsprechen, mit unterschiedlichen Gewichtsfunktionen gewichtet. Durch Schalten der beiden Schalter 43, 46 wird einerseits der Strom lout geschaltet und weiterhin der Kondensator 44 mit dem geschalteten Strom lout entsprechend einem Schaltmuster der Schalter 43, 46 aufgeladen. Dabei kann durch Variation der Schaltzeiten ein Integrationsverhalten des elektrischen Ladungsintegrators verändert werden. Als Ergebnis der Integration steht am Kondensator 44 eine Ausgangsspannung Vout als Abbild des Sensorsignals des Sensors 20 zur Verfügung. Der elektrische Ladungsintegrator ist mittels des zweiten Schalters 46 rücksetzbar, sodass seine Betriebseigenschaften nach jedem Rücksetzen initialisiert werden können. FIG. 2 shows, in greater detail, a simplified electrical circuit diagram of a converter stage 40 according to the invention. The converter stage 40 assumes the function of a digital / analog filter and comprises an electrical amplifier stage 41, which is galvanically connected to a bias current source. The amplifier stage 41 is preferably designed as a transconductance amplifier and is driven by the bias current source 42, whereby the amplifier stage 41 is controllable in its transmission behavior. The transconductance amplifier is a specific operational amplifier which converts a differential voltage Vin at its inputs into a proportional output current Iout. An output of the amplifier stage 41 controls with this output current lout an electrical charge integrator galvanically connected to this output. The charge integrator comprises a first switch 43, a second switch 46 and a capacitor 44, to which an output voltage Vout of the converter stage 40 can be tapped off as an image of a sensor signal of the sensor 20. An operating behavior of the bias current source 42 can be controlled by means of a control line 45, via which different control signals for the bias current source 42 are transmitted. As a result, a current flow of the bias current source 42 and, as a result, a transmission behavior of the converter stage 40 can be influenced. In other words, by means of the controllable bias current source 42, output currents lout of the amplifier stage 41, which correspond to input currents lin of the charge integrator, are weighted with different weight functions. By switching the two switches 43, 46, the current I out is switched on the one hand and furthermore the capacitor 44 is charged with the switched current I out in accordance with a switching pattern of the switches 43, 46. In this case, an integration behavior of the electrical charge integrator can be changed by varying the switching times. As a result of the integration, an output voltage V out is available on the capacitor 44 as an image of the sensor signal of the sensor 20. The electrical charge integrator is resettable by means of the second switch 46, so that its operating characteristics can be initialized after each reset.
Die steuerbare Biasstromquelle 42 ermöglicht es in der oben geschilderten Art und Weise also, die Eingangsströme lin für den Ladungsintegrator mit unterschiedlichen Gewichtsfunktionen zu gewichten. Für die Ausgangsspannung Vout der Wandlerstufe 40 ergibt sich dadurch folgender mathematischer Zusammenhang: The controllable bias current source 42 thus makes it possible in the above-described manner to weight the input currents lin for the charge integrator with different weight functions. For the output voltage Vout of the converter stage 40, this results in the following mathematical relationship:
,-ίί , -ίί
Vsmt = j ta iffi- W t  Vsmt = j ta iffi- W t
Darin bedeuten: t Zeit In it mean: t time
Vout Ausgangsspannung der Wandlerstufe 40 V out output voltage of the converter stage 40
tO, t1 Integrationsperiode to, t1 integration period
W(t) Gewichtsfunktion iout Ausgangsstrom der Verstärkerstufe 41 (Eingangsstrom des Ladungsintegrators) W (t) weight function iout output current of the amplifier stage 41 (input current of the charge integrator)
Die Ausgangsspannung Vout stellt somit ein Zeitintegral aus dem gewichteten Ausgangsstrom lout der Verstärkerstufe 41 bzw. Eingangsstrom des Ladungsintegrators dar. Durch einfache Änderung der Schaltzeiten tO, t1 der Schalter 43, 46 und damit der Integrationsdauer des Ladungsintegrators lässt sich das Übertragungsverhalten und damit das Ausgangssignal der Wandlerstufe 40 leicht variieren. The output voltage V out thus represents a time integral of the weighted output current lout of the amplifier stage 41 or input current of the charge integrator. By simply changing the switching times tO, t1 of the switches 43, 46 and thus the integration time of the charge integrator, the transmission behavior and thus the output signal can be the converter stage 40 vary slightly.
In Figur 3 ist qualitativ ein Übertragungsverhalten der Wandlerstufe 40 bei Anwendung von unterschiedlichen Gewichtsfunktionen (Fensterfunktionen) W dargestellt. Im linken Diagramm von Figur 3 sind in einem Zeitbereich drei Beispiele für unterschiedliche Steuersignale, mit der die Biasstromquelle 42 über die Steuerleitung 45 angesteuert wird, dargestellt. Dies entspricht drei unterschiedlichen Gewichtsfunktionen Rechteck, Dreieck und Hanningfunktion, die sich durch jeweils spezifische Ansteuerung der Biasstromquelle 42 mit den unterschiedlichen Steuersignalen erzeugen lassen. Anstelle der dargestellten Signalformen des Steuersignals können auch andere Signalformen verwendet werden. Im rechten Diagramm von Figur 3 ist in einem Frequenzbereich qualitativ dargestellt, in welch unterschiedlicher weise sich die drei vorgenannten Steuersignale auf ein Übertragungsverhalten der Wandlerstufe 40 auswirken. Es ist deutlich erkennbar, dass mit Gewichtsfunktionen W höherer Ordnung als die Rechtecksfunktion (wie beispielsweise Dreiecksfunktion oder Hanningfunktion) eine größere Dämpfung zu höheren Frequenzen hin erzielbar ist. Die größte Dämpfung lässt sich mit han- ningfunktionsförmigen Gewichtsfunktionen W erzielen. Dies ist gleichbedeutend mit einer verbesserten Unterdrückung von Aliasingstörspektren innerhalb des Basisbandes. FIG. 3 qualitatively shows a transmission behavior of the converter stage 40 when different weight functions (window functions) W are used. In the left-hand diagram of FIG. 3, three examples of different control signals, with which the bias current source 42 is actuated via the control line 45, are shown in a time range. This corresponds to three different weight functions rectangle, triangle and Hanningfunktion, which can be generated by each specific control of the bias current source 42 with the different control signals. Instead of the illustrated signal forms of the control signal, other signal forms can also be used. The right-hand diagram of FIG. 3 qualitatively shows, in a different frequency range, how differently the three aforementioned control signals affect a transmission behavior of the converter stage 40. It can be clearly seen that with weight functions W of higher order than the rectangular function (such as, for example, triangular function or Hanning function), greater attenuation towards higher frequencies can be achieved. The greatest damping can be achieved with the function function W in terms of weight. This is equivalent to an improved suppression of aliasing noise spectra within the baseband.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Unterteilung des Abtastintervalls in N im Wesentlichen gleichgroße Zeitintervalle vor, sodass folgender mathematischer Zusammenhang gilt: Durch die Segmentierung in N beliebige Zeitintervalle, in die das Steuersignal für die Biasstromquelle 42 unterteilt werden kann, lässt sich eine Vielzahl unterschiedlicher Filtercharakteristiken für die Wandlerstufe 40 generieren. Figur 4 zeigt zeitlich ein Prinzip einer derartigen Segmentierung des Steuersignals, die durch einfaches Ein- und Ausschalten der Biasstromquelle 42 über die Steuerleitung 45 realisiert werden kann. Mit einer derartigen Ansteuerung lassen sich unterschiedliche Schaltmuster für die Biasstromquelle 42 erzeugen. Im Beispiel der Figur 4 ist ein Schaltmuster {1 , 0 , -1} über die drei Schaltintervalle I, II und III dargestellt. Das Symbol„1 " entspricht dabei einem positiven Biasstrom lBias. das Symbol„-1 " entspricht einem negativen Biasstrom lBias. Im Zeitdiagramm der Figur 4 ist ein Zeitverlauf des Biasstromes IBias mit einer Gesamtabtastzeit TA dargestellt, die im Wesentlichen in N gleichlange Schaltintervalle Ti, die mit I, II und III bezeichnet sind, unterteilt ist. Im Schaltintervall I weist der Biasstrom lBias einen gleichbleibenden positiven Wert auf. In einem darauffolgenden Schaltinter- vall II ist der Biasstrom lBias im Wesentlichen gleich Null und in einem daran anschließenden Schaltintervall III weist der Biasstrom lBias einen gleichbleibenden negativen Wert auf. Sämtliche dieser Schaltmuster werden per Steuerleitung 45 an die Biasstromquelle 42 übertragen. Die Schaltzyklen sind beliebig wiederholbar, so dass sich derart ein Übertragungsverhalten der Wandlerstufe 40 erzielen lässt, das sich durch eine Unterdrückung von höher- und niederfrequenten Frequenzanteilen auszeichnet, was gleichbedeutend ist mit einer günstigen Rauschformung für das Sensorsystem 10. A further embodiment of the invention provides for a subdivision of the sampling interval into N substantially equal time intervals, so that the following mathematical relationship applies: By segmenting into arbitrary time intervals into which the control signal for the bias current source 42 can be divided, a multiplicity of different filter characteristics can be generated for the converter stage 40. Figure 4 shows a time principle of such a segmentation of the control signal, which can be realized by simply switching on and off of the bias current source 42 via the control line 45. With such a drive, different switching patterns for the bias current source 42 can be generated. In the example of FIG. 4, a switching pattern {1, 0, -1} is shown over the three switching intervals I, II and III. The symbol "1" corresponds to a positive bias current I B i as . The symbol "-1" corresponds to a negative bias current I bias . The timing diagram of FIG. 4 shows a time characteristic of the bias current IBias with a total sampling time TA, which is essentially subdivided into N equal switching intervals Ti denoted by I, II and III. In the switching interval I, the bias current I B i as has a constant positive value. In a subsequent switching interval II, the bias current I B i as is substantially equal to zero and in a subsequent switching interval III the bias current I B i as has a constant negative value. All of these switching patterns are transmitted to the bias current source 42 via control line 45. The switching cycles can be repeated as desired, so that such a transmission behavior of the converter stage 40 can be achieved, which is characterized by a suppression of higher and lower frequency frequency components, which is synonymous with a favorable noise shaping for the sensor system 10th
In Figur 5 sind qualitativ vier unterschiedliche Frequenzspektren der Wandlerstu- fe 40 die aus vier unterschiedlichen Schaltmustern resultieren, dargestellt. Die in der Figur 5 dargestellten Übertragungsverhalten resultieren aus einem gepulsten rechteckförmigen Steuersignal für die Biasstromquelle 42 mit folgenden von oben nach unten dargestellten vier unterschiedlichen Schaltmustern: {-1 , 0, 0, 0} FIG. 5 qualitatively shows four different frequency spectra of the transducer stages 40 which result from four different switching patterns. The transmission characteristics shown in FIG. 5 result from a pulsed rectangular control signal for the bias current source 42 with the following four different switching patterns shown from top to bottom: {-1, 0, 0, 0}
{-1 , 0, 1 , 0} {-1, 0, 1, 0}
{-1 , 1 , -1 , 0} {-1, 1, -1, 0}
{-1 , 1 , 0, 0} Die bisher erläuterten Varianten der Erfindung lassen sich zu einer weiteren Variante kombinieren, bei der zusätzlich zu gepulsten Gewichtsfunktionen noch un- terschiedliche Signalformen höherer Ordnung verwendet werden. Auf diese Weise lassen sich die Vorteile der zuvor genannten Varianten noch weiter steigern. Es können also unterschiedliche Filtercharakteristika mit einer verbesserten Unterdrückung von Störspektren erzielt werden. Beispielhafte Zeitablaufdiagramme des Steuersignals für die Biasstromquelle 42 sowie eine daraus resultierende{-1, 1, 0, 0} The variants of the invention explained so far can be combined to form a further variant in which, in addition to pulsed weight functions, still different higher-order signal forms are used. In this way, the advantages of the aforementioned variants can be further increased. Thus, different filter characteristics can be achieved with improved suppression of interference spectra. Exemplary timing diagrams of the control signal for the bias current source 42 and a resulting
Übertragungscharakteristik der Wandlerstufe 40 sind in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Figur 6 zeigt in einem oberen Zeitverlauf ein Zeitdiagramm mit einer gepulsten Dreieckfensterung des Biasstromes lBias und in einer unteren Abbildung einen hanningfunktionsförmigen Zeitverlauf des Biasstromes lBias- Alle Schalt- muster der beiden genannten Zeitverläufe setzen sich wie schon zuvor erläutert aus Schaltintervallen I, II und III zusammen. Der Vorteil bei der Verwendung derartiger Schaltmuster- bzw. zyklen mit Steuersignalen höherer Ordnung wird aus Figur 7 ersichtlich, die ein Übertragungsverhalten der Wandlerstufe 40 mit einer gepulsten Dreiecksfensterung der Biasstromquelle 42 zeigt. Im Vergleich zu der in Figur 5 dargestellten Gewichtung mit einem rechteckförmigen Steuersignalverlauf kann bei Gewichtung mit einem Dreiecksfenster eine nochmals verbesserte Unterdrückung von breitbandigen Rauschanteilen erzielt werden. Qualitativ ist diese verbesserte Unterdrückung aus einem Vergleich der Figuren 5 und 7 mit jeweils identischen Schaltmustern ersichtlich. Transmission characteristics of the converter stage 40 are shown in Figures 6 and 7. FIG. 6 shows, in an upper time curve, a time diagram with a pulsed triangular windowing of the bias current I B ias, and in a lower diagram a hanning function-time curve of the bias current I B i as - all switching patterns of the two time profiles mentioned above are based on switching intervals I , II and III together. The advantage of using such Schaltmuster- or cycles with control signals of higher order is apparent from Figure 7, which shows a transmission behavior of the converter stage 40 with a pulsed triangular windowing of the bias current source 42. Compared to the weighting shown in FIG. 5 with a rectangular control signal waveform, a further improved suppression of broadband noise components can be achieved when weighting with a triangular window. Qualitatively, this improved suppression is apparent from a comparison of Figures 5 and 7, each with identical switching patterns.
Zusammenfassend wurde eine Wandlerstufe zur Erfassung eines Sensorsignales, insbesondere eines Signals eines Drehratensensors vorgestellt, mit der es möglich ist, eine verglichen mit herkömmlichen Systemen deutlich höhere Alia- sing-Unterdrückung bzw. eine breitbandige Rauschunterdrückung innerhalb des Basisbandes bei abgetasteten und unterabgetasteten bzw. bandpassabgetaste- ten Sensorsystemen zu erzielen. Die Performancesteigerung wird durch eine spezifisch ausgebildete Verstärkerstufe 41 mit einer Biasstromquelle 42 in Kombination mit einer elektrischen Integrationsschaltung erzielt, mit denen es möglich ist, unterschiedliche Gewichtsfunktionen auf das den Sensorsignalen entspre- chende Ausgangsstromsignal lout der Verstärkerstufe 41 anzuwenden um daraus ein verbessertes Übertragungsverhalten der Wandlerstufe 40 zu generieren. Offenbart wurden drei unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung. Eine erste Variante repräsentiert eine gesteuerte Verstärkerstufe 41 zur Breitbandrauschunterdrückung. Eine weitere Variante repräsentiert eine mit Rechtecksig- nalen gepulste Verstärkerstufe 41 zur Realisierung unterschiedlicher Filtercha- rakteristika. Eine dritte Variante repräsentiert eine Kombination aus diesen beiden Varianten. In summary, a converter stage for detecting a sensor signal, in particular a signal of a yaw rate sensor has been presented, with which it is possible to achieve a significantly higher aliasing suppression compared to conventional systems or a broadband noise suppression within the baseband in the case of sampled and subsampled or bandpass-sampled signals. ten sensor systems. The performance increase is achieved by a specifically designed amplifier stage 41 with a bias current source 42 in combination with an electrical integration circuit, with which it is possible to apply different weight functions to the output signal lout of the amplifier stage 41 corresponding to the sensor signals and from this an improved transmission behavior of the converter stage 40 to generate. Disclosed were three different embodiments of the invention. A first variant represents a controlled amplifier stage 41 for broadband noise suppression. A further variant represents an amplifier stage pulsed with rectangular signals 41 for realizing different filter charac- istics. A third variant represents a combination of these two variants.
Die hier vorgestellte Erfindung kann auch bei Sensoren mit anderem als kapazitivem Wirkmechanismus, beispielsweise piezoresistiven Drehratensensoren eingesetzt werden, wobei sowohl zeitkontinuierliche als auch zeitdiskrete Realisierungen des C/U-Wandlers 30 möglich sind. The invention presented here can also be used in sensors with other than capacitive mechanism of action, for example, piezoresistive rotation rate sensors, wherein both continuous-time and time-discrete implementations of the C / U converter 30 are possible.
Die Erfindung ist selbstverständlich vorteilhaft auch auf Sensorsignale anwendbar, die aus mehrachsigen Drehratensensoren abgeleitet werden. Als Frontend- Lösungen innerhalb eines ASICs, in denen die Erfindung angewendet werden kann, kommen sowohl zeitdiskrete als auch rein analoge Variationen in Betracht. Im Lichte der obigen Erläuterungen versteht es sich von selbst, dass die Ausführung der Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Beispiele beschränkt ist, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich ist, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. Of course, the invention is also advantageously applicable to sensor signals derived from multi-axis angular rate sensors. As front-end solutions within an ASIC in which the invention can be applied, discrete-time as well as purely analog variations come into consideration. In light of the above explanations, it goes without saying that the embodiment of the invention is not limited to the examples shown in the figures, but is also possible in a variety of modifications, which are within the purview of the skilled person.

Claims

Ansprüche claims
1 . Wandlerstufe (40) zur Erfassung eines Sensorsignals, insbesondere eines Signals eines Drehratensensors, umfassend eine Verstärkerstufe (41 ) mit einer elektronischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der elektronischen Schaltung unterschiedliche Gewichtsfunktionen erzeugbar sind, mit denen eine Filtercharakteristik der Wandlerstufe (40) beeinflussbar ist. 1 . Converter stage (40) for detecting a sensor signal, in particular a signal of a rotation rate sensor, comprising an amplifier stage (41) with an electronic circuit, characterized in that different weight functions can be generated by means of the electronic circuit, with which a filter characteristic of the converter stage (40) can be influenced ,
2. Wandlerstufe (40) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung eine steuerbare Stromquelle (42) und einen elektrischen Ladungsintegrator (43, 44, 46) aufweist, wobei der elektrische Ladungsintegrator (43, 44, 46) von einem Ausgang der Verstärkerstufe (41 ) ansteuerbar ist. Second converter stage (40) according to claim 1, characterized in that the electronic circuit comprises a controllable current source (42) and an electrical charge integrator (43, 44, 46), wherein the electrical charge integrator (43, 44, 46) from an output the amplifier stage (41) is controllable.
3. Wandlerstufe (40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerstufe (41 ) als Transkonduktanzverstärker ausgebildet ist und die Stromquelle (42) als Biasstromquelle für die Verstärkerstufe (41 ) ausgebildet ist. Third converter stage (40) according to claim 2, characterized in that the amplifier stage (41) is designed as a transconductance amplifier and the current source (42) is designed as a bias current source for the amplifier stage (41).
4. Wandlerstufe (40) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (42) von einem über eine Steuerleitung (45) übertragenen, rechteckförmig ausgebildeten Steuersignal ansteuerbar ist. 4. converter stage (40) according to any one of claims 2 or 3, characterized in that the current source (42) from a via a control line (45) transmitted, rectangular shaped control signal can be controlled.
5. Wandlerstufe (40) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (42) von einem über die Steuerleitung (45) übertragenen, dreieckförmigen oder einem entsprechend einer Hanning- funktion ausgebildeten Steuersignal ansteuerbar ist. 5. converter stage (40) according to any one of claims 2 or 3, characterized in that the current source (42) of a via the control line (45) transmitted, triangular or a corresponding to a Hanning function formed control signal is controllable.
6. Wandlerstufe (40) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal periodische Schaltzyklen mit N im Wesentlichen gleichlangen Intervallen aufweist. Wandlerstufe (40) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der periodischen Schaltzyklen zu jeweils unterschiedlich ausgebildeten Schaltmustern zusammengefasst sein können. 6. converter stage (40) according to claim 5, characterized in that the control signal has periodic switching cycles with N substantially equal intervals. Transducer stage (40) according to claim 6, characterized in that several of the periodic switching cycles can be combined to form differently designed switching patterns.
Wandlerstufe (40) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (42) alternativ von einem über eine Steuerleitung (45) übertragenen rechteckförmigen, dreieckförmigen, oder einem entsprechend einer Hanningfunktion ausgebildeten Steuersignal ansteuerbar ist, wobei das Steuersignal periodische Schaltzyklen mit N im wesentlichen gleichlangen Intervallen aufweist. Converter stage (40) according to one of claims 2 or 3, characterized in that the current source (42) alternatively by a via a control line (45) transmitted rectangular, triangular, or according to a Hanning function formed control signal is controlled, wherein the control signal periodic switching cycles having N substantially equal intervals.
Wandlerstufe (40) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der periodischen Schaltzyklen zu jeweils unterschiedlich ausgebildeten Schaltmustern zusammengefasst sein können. Transducer stage (40) according to claim 8, characterized in that several of the periodic switching cycles can be combined to form differently designed switching patterns.
Wandlerstufe (40) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Integrationszeitkonstante des elektrischen Ladungsintegrators (43, 44, 46) variabel einstellbar ist. Converter stage (40) according to one of claims 2 to 9, characterized in that an integration time constant of the electrical charge integrator (43, 44, 46) is variably adjustable.
Verfahren zum Erfassen eines Sensorsignals, insbesondere eines Signals eines Drehratensensors (20), wobei das Verfahren folgende Schritte um- fasst: Method for detecting a sensor signal, in particular a signal of a rotation rate sensor (20), the method comprising the following steps:
- Erfassen einer Kapazität des Sensors (20);  - detecting a capacitance of the sensor (20);
- Erzeugen einer Spannung abhängig von der Kapazität des Sensors (20); - generating a voltage dependent on the capacitance of the sensor (20);
- Erzeugen eines Stromes abhängig von der Spannung; - generating a current depending on the voltage;
- Aufintegrieren einer elektrischen Ladung des Stromes über eine festgelegte Zeitdauer; und  - integrating an electric charge of the current over a predetermined period of time; and
- Erfassen einer Ausgangsspannung als Sensorsignal in Abhängigkeit von der Größe der aufintegrierten Ladung.  - Detecting an output voltage as a sensor signal in dependence on the size of the integrated charge.
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