WO2012025409A1 - Capacitive mems hf demodulator for ultra-low power applications - Google Patents

Capacitive mems hf demodulator for ultra-low power applications Download PDF

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WO2012025409A1
WO2012025409A1 PCT/EP2011/063953 EP2011063953W WO2012025409A1 WO 2012025409 A1 WO2012025409 A1 WO 2012025409A1 EP 2011063953 W EP2011063953 W EP 2011063953W WO 2012025409 A1 WO2012025409 A1 WO 2012025409A1
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signal
frequency
capacitance
demodulator
demodulated
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PCT/EP2011/063953
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Inventor
Alexander Frey
Ingo KÜHNE
Meinrad Schienle
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D1/00—Demodulation of amplitude-modulated oscillations
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/0072—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks of microelectro-mechanical resonators or networks
    • H03H3/0073—Integration with other electronic structures

Definitions

  • Capacitive MEMS RF demodulator for ultra-low-power use
  • Miniaturized systems based on MEMS (Microelectromechanical System) and ASIC (Application-specific Integrated Circuit) technology are of particular interest for many applications.
  • System ⁇ conditioned such systems have to make do with small amounts of energy.
  • the use of miniaturized, energy-autonomous systems is the area of sensor technology.
  • the information obtained is wirelessly transmitted wirelessly. This radio transmission is the most powerful part. As a rule, as long as energy is collected until information about ⁇ transmission is possible for a short time.
  • MEMS-based energy-autonomous systems are now therefore be primarily unidirectional Betrie ⁇ ben, which means it will only send data.
  • the subject matter of the present application is a receiver which effectively uses less energy compared to conventional methods, so that bidirectional operation becomes possible.
  • the invention relates in particular to the case of signal transmission by means of amplitude modulation.
  • the modulation method used in this area is the so-called ASK (Amplitude Shift Keying) method.
  • FIG. 1 shows a direct converter.
  • the signal is filtered on the high frequency side, amplified and then directly demodulated. This was in the early days of Radioemp- fangs, because this method manages the preferred route with a ⁇ Zigen amplifier.
  • FIG. 1b shows the heterodyne method customary today. According to this method, after a high-frequency amplification, the signal is mixed to a fixed intermediate frequency.
  • Such intermediate frequency amplifier can be designed very narrow and is responsible ⁇ Lich in Wesentli ⁇ chen for a high selectivity of this system.
  • this intermediate frequency amplifier also requires the most energy for use, since all components, namely HF and IF amplifiers and the tunable oscillator, contribute to energy consumption. For applications in the energy-self-sufficient area, therefore, the direct receiver is used again. But this approach is not rea ⁇ accordingly in energy in practice as well for the following reasons:
  • the non-linear element for demodulation, the diode erfor ⁇ changed to the effective operation of a pre-amplification of the RF signal. Without pre-amplification, the sensitivity of Emp ⁇ catcher is small.
  • MEMS miniaturized Microsystems
  • a signal transmission should, for example, by means of amplitude modulation, for example An ASK (amplitude shift keying) modulation method can be performed.
  • a receiver according to the invention has in particular a demodulator according to the invention.
  • the object is achieved by a demodulator according to the main claim and a method for demodulation according to the independent claim.
  • a demodulator for demodulating an amplitude-modulated high frequency electromagnetic (RF) voltage signal having a carrier frequency.
  • the demodulator is characterized by a two electrode plates having MEMS capacitor whose capacity depends on the voltage applied to the two electrode plates RF electrical voltage signal such that the time profile of the capacitance represents the demodulated RF voltage signal, the time profile of the capacitance a measuring device is detected.
  • a method of demodulating an amplitude modulated electromagnetic radio frequency (RF) voltage signal having a carrier frequency is characterized by a microelectromechanical system (MEMS) capacitor having two electrode plates, the capacitance of which depends on the electrical RF voltage signal applied to the two electrode plates in such a way that the time characteristic of the capacitance is the demodulated RF voltage signal represents, wherein the temporal course of the capacity is detected by means of a measuring device.
  • MEMS microelectromechanical system
  • the idea of the invention is based on avoiding amplification in the HF range and providing a demodulator which can directly use an antenna signal.
  • An effective amplitude demodulator is an element with a non-linear characteristic.
  • the Amplitude Demodulator suppresses the negative part of a sine wave or equals this negative part of a sine wave.
  • the average of the oscillation then corresponds to the envelope of the RF signal and thus to the demodulated low frequency (NF) signal.
  • the RF signal has a frequency at 850 MHz
  • the demodulated signal has a frequency at approximately 150 kHz.
  • the present invention allows a konce ⁇ tional savings in power consumption to a pre-amplification on the RF side before demodulation.
  • Another advantage is a possible use for bidirectional communication for MEMS-based, energy self-sufficient microsystems.
  • At least one of the electrode plates can be coupled by means of an elastic element so as to be capable of being moved in a mechanically oscillatable manner to a carrier, and a resonance circuit frequency ⁇ can be set.
  • the resonant circuit frequency ⁇ thereby depends on a spring constant of the respective elastic element and the masses of the oscillatingly movably mounted electrode plates.
  • an electrode plate having a mass m may be fastened to a carrier by means of a spring having a spring constant k, the system having a resonant circuit frequency can have.
  • the second electrode plate is fixedly arranged according to this embodiment.
  • a spring constant k and a mass m may be determined such that the resonant circuit frequency ⁇ is greater than the demodulated RF signal.
  • the resonant circuit frequency can in turn be very small compared to the carrier frequency of the RF signal.
  • the resonant circuit frequency ⁇ can be designed to be well below the carrier frequency of the RF signal.
  • the measuring device may be a differential bridge arrangement for the resolution of capacitance changes.
  • the capacitance changes may be in particular in the sub-femto-farad region.
  • an antenna can provide the RF signal by means of an electrical parallel ⁇ resonant circuit for the demodulator.
  • An electrical parallel resonant circuit can advantageously be tuned.
  • the demodulated HF signal which is a so-called low-frequency LF signal, can be amplified after detection by means of the measuring device by means of a low-frequency amplifier.
  • Figure la shows a first embodiment of a herkömm ⁇ union receiver
  • Figure lb shows a second embodiment of a forth ⁇ conventional receiver
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a demodulator according to the invention
  • FIG. 2 a shows a profile of an HF signal
  • FIG. 2b shows a capacitor according to the invention
  • FIG. 2 c shows the course of the capacitor capacitance against ⁇ over time
  • Figure 3 shows a conventional measuring device for resolu ⁇ solution of capacitance changes in the sub-femto-Farad- area;
  • Figure 4 shows a further inventive execution ⁇ example of a demodulator according to the invention.
  • Figure 1 shows two conventional embodiments of her ⁇ conventional receivers.
  • Figure la shows a direct converter.
  • the signal is also filtered on the high-frequency side, by means of a tunable electrical parallel resonant circuit. This is followed by an RF amplification followed by direct demodulation by means of a diode. This was the preferred embodiment in the early days of radio receivers because it uses a single amplifier.
  • Figure 1 b shows the today more common heterodyne method.
  • An antenna 1 receives an RF signal.
  • the RF signal is pre-selected by means of a tunable parallel resonant circuit 3 and amplified by means of an RF amplifier.
  • the signal is mixed to a fixed intermediate frequency means of a tunable oscillator 5 in a mixer 7. This is followed by a Filte ⁇ tion by means of an intermediate frequency filter 9. With an IF amplifier 11, the signal is additionally amplified.
  • This intermediate frequency amplifier can be designed very narrow band and is essentially responsible for a high selectivity of this system. Unfortunately, he needs the most energy for the job.
  • the high-frequency amplifier 3, the intermediate-frequency amplifier 11 and the tunable oscillator 5 contribute to the energy consumption.
  • the intermediate amplified signal which is provided at the output of the intermediate amplifier 11 is demodulated by means of a demodulator ⁇ 13.
  • the information provided by the demodulator 13 Asked LF signal is ver ⁇ strengthened by means of a low-frequency amplifier 15 and fed to a loudspeaker 17 for playback.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a demodulator according to the invention.
  • Figure 2 shows the principle based on a MEMS capacity, which is designed as a spring-mass system.
  • An electrode plate is firmly anchored, while a second capacitor plate is movably suspended by a spring.
  • a Reso ⁇ nanznikfrequenz ⁇ such an arrangement is by the formula given.
  • m is the mass of the electrode plate and k is the spring ⁇ constant of the spring element.
  • the resonance frequency is designed so that it is effectively un ⁇ terrenz the carrier frequency of the RF signal. If the RF signal is coupled as shown in FIG 2a, for example, on the movable Plat ⁇ te according to Figure 2b, acts during a phase with information content is "1" an effective electrostatic force that moved the two capacitor plates to each other.
  • the rationale for such behavior is as follows: Although the electrical quantity associated with the RF signal, E-field, current, voltage, changes sign, this does not apply to the electric force F e acting between the plates. The cause is the unlike charges on the
  • FIG. 2 shows the basic idea of the present invention for demodulation of an RF signal by means of a MEMS capacitance.
  • FIG. 2 a shows the RF signal with impressed, amplitude-modulated information.
  • FIG. 2b shows a voltage-dependent MEMS capacitance, which is realized as a spring-mass system.
  • 2c shows the time course of Ka ⁇ capacity as representative of the demodulated signal information.
  • An implementation of this basic idea is achieved for example by means of an embodiment by the combination of the following features.
  • the following features of the invention are proposed to solve the problem.
  • a designed as a spring-mass system MEMS capacity In this case, the system is provided such that the resonant frequency is effectively below the HF.
  • the system is designed such that the resonant frequency is above the NF, that is the demodulated HF.
  • a measurement of the temporal capacity curve takes place.
  • a particularly advantageous embodiment of a measuring device for measuring the temporal capacity curve is a differential arrangement.
  • FIG. 3 shows a differential arrangement, as a Brü ⁇ ckenan extract, for determining the small capacitance change.
  • Circuit concepts are known which have a capacity in the sub-femto-farad region, that is, smaller lO -1 - 3 , can dissolve.
  • FIG. 3 shown here and a corresponding test structure. It consists of a pair of NMOS and PMOS transistors connected together in a dummy inverter configuration. That is, each of the transistors has its own data input. This pseudoinverter structure on the left side is used as a reference to achieve the highest resolution.
  • This left test structure is identical to the right one in all respects except for the feature that it does not have the target capacity to be detected. According to FIG. 3, the left-hand structure does not have the metal 1 to metal 2 overlap capacity to be measured.
  • the VI and V2 signals of Figure 3 have two non-overlapping signals. These signals can be either off-chip or on-chip
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a demodulator according to the invention.
  • This embodiment is based on a standard CMOS technology. Downstream end-of-tail processes are executed to realize a variable capacity arrangement.
  • CMOS Complementary Metal-Oxide-Semiconductor
  • SOI wafer 30 is arranged in four modified CMOS (Complimentary Metal-Oxide-Semiconductor) layers 10 is an SOI wafer 30 is arranged.
  • CMOS interconnects 50 and CMOS metal are integrated in region 70.
  • a small area 90 for coupling in the RF signal 110 and a movable mechanically oscillatable electrode plate of a MEMS capacitor 130 are generated.
  • gold (Au) layers are applied by means of vapor deposition, sputtering and / or electroplating.
  • FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram for the inventive MEMS arrangement on the right side of Figure 4.

Abstract

The invention relates to a demodulator for an energy self-sufficient miniaturized microsystem, effectively consuming less energy in comparison to conventional solutions for demodulating an amplitude-modulated HF signal. To this end, an MEMS capacitor comprising two electrode plates is provided, the capacitance of which depends on the electrical HF voltage signal present at the two electrode plates, such that the time curve of the capacitance represents the demodulated HF signal, wherein the time curve of the capacitance is detected by means of a measuring device. Such a measurement can be carried out, for example, by means of a differential bridge arrangement.

Description

Beschreibung description
Kapazitiver MEMS-HF-Demodulator für Ultra-Low-Power-Einsatz Capacitive MEMS RF demodulator for ultra-low-power use
Systeme, die ihre Betriebsenergie aus der Umgebung beziehen, werden als energieautark bezeichnet. Für viele Anwendungen sind miniaturisierte Systeme besonders interessant, die auf MEMS (Mikroelektromechanisches System) - und ASIC (Applicati- on-specific Integrated Circuit ) -Technologie beruhen. System¬ bedingt müssen derartige Systeme mit kleinen Energiemengen auskommen. Eine Verwendung miniaturisierter, energieautarker Systeme ist der Bereich der Sensorik. Die gewonnenen Informationen werden drahtlos per Funk übertragen. Diese Funkübertragung ist der leistungsintensivste Anteil. In der Regel wird so lange Energie gesammelt, bis eine Informationsüber¬ tragung für kurze Zeit möglich ist. Systems that draw their operating energy from the environment are called energy self-sufficient. Miniaturized systems based on MEMS (Microelectromechanical System) and ASIC (Application-specific Integrated Circuit) technology are of particular interest for many applications. System ¬ conditioned such systems have to make do with small amounts of energy. The use of miniaturized, energy-autonomous systems is the area of sensor technology. The information obtained is wirelessly transmitted wirelessly. This radio transmission is the most powerful part. As a rule, as long as energy is collected until information about ¬ transmission is possible for a short time.
Für verschiedene Anwendungen ist es notwendig, nicht ledig¬ lich Informationen zu senden, sondern auch Informationen zu empfangen. Dafür muss das System aber ständig auf Empfang sein, um zu erkennen, wann Informationen anstehen. Es besteht das Problem, dass dieser energieintensive Vorgang zeitlich nicht zu begrenzen ist. MEMS-basierte energieautarke Systeme werden heutzutage deshalb vorwiegend unidirektional betrie¬ ben, das heißt, es werden lediglich Daten gesendet. For various applications, it is necessary not only to send information, but also to receive information. But the system must be constantly on receipt to recognize when information is pending. There is the problem that this energy-intensive process is not limited in time. MEMS-based energy-autonomous systems are now therefore be primarily unidirectional Betrie ¬ ben, which means it will only send data.
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Empfänger, der im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren mit wirksam weniger Energie auskommt, so dass ein bidirektionaler Betrieb möglich wird. Die Erfindung betrifft dabei insbesondere den Fall der Signalübertragung mittels Amplitudenmodulation. Das in diesem Bereich verwendete Modulationsverfahren ist das so genannte ASK- (Amplitude Shift Keying) Verfahren. The subject matter of the present application is a receiver which effectively uses less energy compared to conventional methods, so that bidirectional operation becomes possible. The invention relates in particular to the case of signal transmission by means of amplitude modulation. The modulation method used in this area is the so-called ASK (Amplitude Shift Keying) method.
Im Prinzip kommen zwei Empfangs-Schemata gemäß Figur 1 in Be¬ tracht. Figur la zeigt einen Direktwandler. Das Signal wird auf der Hochfrequenz-Seite gefiltert, verstärkt und danach direkt demoduliert. Dies war in der Anfangszeit des Radioemp- fangs der bevorzugte Weg, da dieses Verfahren mit einem ein¬ zigen Verstärker auskommt. Figur lb zeigt das heute übliche Heterodyn-Verfahren . Gemäß diesem Verfahren wird nach einer Hochfrequenz-Verstärkung das Signal auf eine feste Zwischenfrequenz gemischt. Ein derartiger Zwischenfrequenz-Verstärker kann sehr schmalbandig ausgelegt werden und ist im Wesentli¬ chen für eine hohe Trennschärfe dieses Systems verantwort¬ lich. Nachteiligerweise benötigt dieser Zwischenfrequenz- Verstärker für den Einsatz ebenso die meiste Energie, da alle Komponenten, und zwar HF- und ZF-Verstärker sowie der abstimmbare Oszillator, zum Energieverbrauch beitragen. Für Anwendungen im energieautarken Bereich wird deshalb doch wieder auf den Direktempfänger zurückgegriffen. Aber dieser Ansatz ist in der Praxis ebenso aus folgenden Gründen nicht hinrei¬ chend energiearm: In principle, two reception schemes are shown in FIG 1 in Be ¬ costume. Figure la shows a direct converter. The signal is filtered on the high frequency side, amplified and then directly demodulated. This was in the early days of Radioemp- fangs, because this method manages the preferred route with a ¬ Zigen amplifier. FIG. 1b shows the heterodyne method customary today. According to this method, after a high-frequency amplification, the signal is mixed to a fixed intermediate frequency. Such intermediate frequency amplifier can be designed very narrow and is responsible ¬ Lich in Wesentli ¬ chen for a high selectivity of this system. Disadvantageously, this intermediate frequency amplifier also requires the most energy for use, since all components, namely HF and IF amplifiers and the tunable oscillator, contribute to energy consumption. For applications in the energy-self-sufficient area, therefore, the direct receiver is used again. But this approach is not rea ¬ accordingly in energy in practice as well for the following reasons:
Das nicht-lineare Element zur Demodulation, die Diode, erfor¬ dert zum effektiven Betrieb eine Vorverstärkung des HF- Signals. Ohne Vorverstärkung ist die Empfindlichkeit des Emp¬ fängers klein. The non-linear element for demodulation, the diode erfor ¬ changed to the effective operation of a pre-amplification of the RF signal. Without pre-amplification, the sensitivity of Emp ¬ catcher is small.
Da die Verstärkung im HF-Bereich, typischerweise liegen die Frequenzbereiche bei 850 MHz, stattfindet, ist sie sehr ener- gieaufwändig . Typische Stromverbräuche liegen bei 10 mA. Her¬ kömmliche Systeme kommen mit 3 mA aus. Es werden Entwicklungen vorhergesagt, die den Stromverbrauch auf 1 mA senken. Since the amplification takes place in the RF range, typically the frequency ranges at 850 MHz, it is very energy-consuming. Typical power consumption is 10 mA. Her ¬ tional systems come from 3 mA. Developments are predicted to reduce power consumption to 1 mA.
Für einen Betrieb von MEMS-basierten Systemen sind Stromverbräuche im Bereich von ca. 10 μΑ akzeptabel. Der Leis¬ tungsbedarf von herkömmlichen Schaltungen ist damit um zwei Größenordnungen zu hoch. Current consumption in the range of approx. 10 μΑ is acceptable for operation of MEMS-based systems. The Leis ¬ capacity requirements of conventional circuits is now too high to two orders of magnitude.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung für energieautarke miniaturisierte Mikrosysteme (MEMS) einen Empfänger bereitzu¬ stellen, der im Vergleich zu herkömmlichen Empfängern wirksam weniger Energie verbraucht, so dass für die Mikrosysteme ein sogenannter bidirektionaler Betrieb möglich ist, bei dem gesendet und empfangen werden kann. Eine Signalübertragung soll insbesondere mittels Amplitudenmodulation beispielsweise ei- nem ASK- (Amplitude shift keying) Modulationsverfahren ausgeführt werden. Ein erfindungsgemäßer Empfänger weist insbesondere einen erfindungsgemäßen Demodulator auf. It is an object of the present invention for self-powered miniaturized Microsystems (MEMS) bereitzu ¬ provide a receiver which consumes effectively less energy compared to conventional receivers, so that a so-called bi-directional operation is also possible for micro-systems, can be in the transmitted and received. A signal transmission should, for example, by means of amplitude modulation, for example An ASK (amplitude shift keying) modulation method can be performed. A receiver according to the invention has in particular a demodulator according to the invention.
Die Aufgabe wird durch einen Demodulator gemäß dem Hauptanspruch und ein Verfahren zur Demodulation gemäß dem Nebenanspruch gelöst. The object is achieved by a demodulator according to the main claim and a method for demodulation according to the independent claim.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Demodulator zur Demodulation eines eine Trägerfrequenz aufweisenden amplitudenmodulierten elektromagnetischen Hochfrequenz- (HF) Spannungssignals bereitgestellt. Der Demodulator zeichnet sich durch einen zwei Elektrodenplatten aufweisenden MEMS-Kondensator aus, dessen Kapazität von den an den beiden Elektrodenplatten anliegenden elektrischen HF-Spannungssignal derart abhängt, dass der zeitliche Verlauf der Kapazität das demodulierte HF- Spannungssignal darstellt, wobei der zeitliche Verlauf der Kapazität mittels einer Messeinrichtung erfasst wird. According to a first aspect, there is provided a demodulator for demodulating an amplitude-modulated high frequency electromagnetic (RF) voltage signal having a carrier frequency. The demodulator is characterized by a two electrode plates having MEMS capacitor whose capacity depends on the voltage applied to the two electrode plates RF electrical voltage signal such that the time profile of the capacitance represents the demodulated RF voltage signal, the time profile of the capacitance a measuring device is detected.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Demodulation eines eine Trägerfrequenz aufweisenden, amplitudenmodulierten elektromagnetischen Hochfrequenz (HF-) Spannungssignals bereitgestellt. Das Verfahren zeichnet sich durch einen zwei Elektrodenplatten aufweisenden Mikro-elektro- mechanischen-System (MEMS-) Kondensator aus, dessen Kapazität von dem an den beiden Elektrodenplatten anliegenden elektrischen HF-Spannungssignal derart abhängt, dass der zeitliche Verlauf der Kapazität das demodulierte HF-Spannungssignal darstellt, wobei der zeitliche Verlauf der Kapazität mittels einer Messeinrichtung erfasst wird. According to a second aspect, there is provided a method of demodulating an amplitude modulated electromagnetic radio frequency (RF) voltage signal having a carrier frequency. The method is characterized by a microelectromechanical system (MEMS) capacitor having two electrode plates, the capacitance of which depends on the electrical RF voltage signal applied to the two electrode plates in such a way that the time characteristic of the capacitance is the demodulated RF voltage signal represents, wherein the temporal course of the capacity is detected by means of a measuring device.
Die Idee der Erfindung beruht darauf, eine Verstärkung im HF- Bereich zu umgehen und einen Demodulator bereitzustellen, der direkt ein Antennensignal verwenden kann. The idea of the invention is based on avoiding amplification in the HF range and providing a demodulator which can directly use an antenna signal.
Ein wirksam arbeitender Amplituden-Demodulator ist ein Element mit einer nicht-linearen Kennlinie. Der Amplituden- Demodulator unterdrückt den negativen Teil einer Sinusschwin- gung oder richtet diesen negativen Teil einer Sinusschwingung gleich. Nach einer Filterung entspricht dann der Mittelwert der Schwingung, der Hüllkurve des HF-Signals und somit dem demodulierten Niederfrequenz- (NF) Signal. Beispielsweise hat das HF-Signal eine Frequenz bei 850 MHz, das demodulierte Signal eine Frequenz bei ca. 150 kHz. An effective amplitude demodulator is an element with a non-linear characteristic. The Amplitude Demodulator suppresses the negative part of a sine wave or equals this negative part of a sine wave. After filtering, the average of the oscillation then corresponds to the envelope of the RF signal and thus to the demodulated low frequency (NF) signal. For example, the RF signal has a frequency at 850 MHz, the demodulated signal has a frequency at approximately 150 kHz.
Vorteilhaft ermöglicht die vorliegende Erfindung eine konzep¬ tionelle Einsparung eines Leistungsaufwands zu einer Vorver- Stärkung auf der HF-Seite vor einer Demodulation . Ein weiterer Vorteil ist ein möglicher Einsatz zur bidirektionalen Kommunikation für MEMS-basierte, energieautarke Mikrosysteme . Advantageously, the present invention allows a konce ¬ tional savings in power consumption to a pre-amplification on the RF side before demodulation. Another advantage is a possible use for bidirectional communication for MEMS-based, energy self-sufficient microsystems.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht. Further advantageous embodiments are claimed in conjunction with the subclaims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann mindestens eine der Elektrodenplatten mittels eines elastischen Elements mechanisch schwingfähig beweglich an einen Träger gekoppelt sein und eine Resonanzkreisfrequenz ω eingestellt werden.According to an advantageous embodiment, at least one of the electrode plates can be coupled by means of an elastic element so as to be capable of being moved in a mechanically oscillatable manner to a carrier, and a resonance circuit frequency ω can be set.
Die Resonanzkreisfrequenz ω hängt dabei von einer Federkonstante des jeweiligen elastischen Elementes und den Massen der schwingfähig beweglich gelagerten Elektrodenplatten ab. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine eine Masse m aufweisende Elektrodenplatte mittels einer Feder mit einer Federkonstante k an einem Träger befestigt sein, wobei das System eine Resonanzkreisfrequenz
Figure imgf000006_0001
aufweisen kann. The resonant circuit frequency ω thereby depends on a spring constant of the respective elastic element and the masses of the oscillatingly movably mounted electrode plates. According to a further advantageous embodiment, an electrode plate having a mass m may be fastened to a carrier by means of a spring having a spring constant k, the system having a resonant circuit frequency
Figure imgf000006_0001
can have.
Die zweite Elektrodenplatte ist gemäß dieser Ausgestaltung fest angeordnet. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Federkonstante k und eine Masse m derart bestimmt sein, dass die Resonanzkreisfrequenz ω größer als das demodulierte HF- Signal ist. Die Resonanzkreisfrequenz kann wiederum sehr klein gegenüber der Trägerfrequenz des HF-Signals sein. Die Resonanzkreisfrequenz ω kann so ausgelegt werden, dass sie deutlich unter der Trägerfrequenz des HF-Signals liegt. The second electrode plate is fixedly arranged according to this embodiment. According to a further advantageous embodiment, a spring constant k and a mass m may be determined such that the resonant circuit frequency ω is greater than the demodulated RF signal. The resonant circuit frequency can in turn be very small compared to the carrier frequency of the RF signal. The resonant circuit frequency ω can be designed to be well below the carrier frequency of the RF signal.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Messeinrichtung eine differenzielle Brückenanordnung zur Auflösung von Kapazitätsänderungen sein. Die Kapazitätsänderungen können insbesondere im sub-femto-Farad-Bereich sein. According to a further advantageous embodiment, the measuring device may be a differential bridge arrangement for the resolution of capacitance changes. The capacitance changes may be in particular in the sub-femto-farad region.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Antenne das HF-Signal mittels eines elektrischen Parallel¬ schwingkreises für den Demodulator bereitstellen. Ein elektrischer Parallelschwingkreis kann vorteilhaft abstimmbar sein . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das demodulierte HF-Signal, das ein so genanntes niederfrequentes NF-Signal ist, nach Erfassung mittels der Messeinrichtung mittels eines Niederfrequenzverstärkers verstärkt werden. Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen: According to a further advantageous embodiment, an antenna can provide the RF signal by means of an electrical parallel ¬ resonant circuit for the demodulator. An electrical parallel resonant circuit can advantageously be tuned. According to a further advantageous refinement, the demodulated HF signal, which is a so-called low-frequency LF signal, can be amplified after detection by means of the measuring device by means of a low-frequency amplifier. The invention will be described in more detail by means of exemplary embodiments in conjunction with the figures. Show it:
Figur la zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines herkömm¬ lichen Empfängers; Figure la shows a first embodiment of a herkömm ¬ union receiver;
Figur lb zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines her¬ kömmlichen Empfängers; Figure lb shows a second embodiment of a forth ¬ conventional receiver;
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä- ßen Demodulators ; FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a demodulator according to the invention;
Figur 2a zeigt einen Verlauf eines HF-Signals; Figur 2b zeigt einen erfindungsgemäßen Kondensator; FIG. 2 a shows a profile of an HF signal; FIG. 2b shows a capacitor according to the invention;
Figur 2c zeigt den Verlauf der Kondensatorkapazität gegen¬ über der Zeit; FIG. 2 c shows the course of the capacitor capacitance against ¬ over time;
Figur 3 zeigt eine herkömmliche Messeinrichtung zur Auflö¬ sung von Kapazitätsänderungen im sub-femto-Farad- Bereich; Figur 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungs¬ beispiel eines erfindungsgemäßen Demodulators . Figure 3 shows a conventional measuring device for resolu ¬ solution of capacitance changes in the sub-femto-Farad- area; Figure 4 shows a further inventive execution ¬ example of a demodulator according to the invention.
Figur 1 zeigt zwei herkömmliche Ausführungsbeispiele von her¬ kömmlichen Empfängern. Figur la zeigt einen Direktwandler. Das Signal wird auch der Hochfrequenzseite gefiltert, und zwar mittels eines abstimmbaren, elektrischen Parallelschwingkreises. Danach erfolgt eine HF-Verstärkung, dem sich eine direkte Demodulation mittels einer Diode anschließt. Dies war in der Anfangszeit von Radioempfängern die bevorzug- te Ausführungsform, da sie mit einem einzigen Verstärker auskommt. Figur 1 b zeigt das heute üblichere Heterodyn- Verfahren. Eine Antenne 1 empfängt ein HF-Signal. Das HF- Signal wird mittels eines abstimmbaren Parallelschwingkreises 3 vorselektiert und mittels eines HF-Verstärkers verstärkt. Nach dieser Hochfrequenzverstärkung wird das Signal auf eine feste Zwischenfrequenz mittel eines abstimmbaren Oszillators 5 in einem Mischer 7 gemischt. Dem schließt sich eine Filte¬ rung mittels eines Zwischenfrequenz-Filters 9 an. Mit einem ZF-Verstärker 11 wird das Signal zusätzlich verstärkt. Dieser Zwischenfrequenz-Verstärker kann sehr schmalbandig ausgelegt werden und ist im Wesentlichen für eine hohe Trennschärfe dieses Systems verantwortlich. Leider benötigt er für den Einsatz auch die meiste Energie. Zum Energieverbrauch tragen insbesondere der Hochfrequenz-Verstärker 3, der Zwischenfre- quenz-Verstärker 11 und der abstimmbare Oszillator 5 bei. Das zwischenverstärkte Signal, das am Ausgang des Zwischen- Verstärkers 11 bereitgestellt wird, wird mittels eines Demo¬ dulators 13 demoduliert. Das durch den Demodulator 13 bereit- gestellte NF-Signal wird mittels eines NF-Verstärkers 15 ver¬ stärkt und zur Wiedergabe an einen Lautsprecher 17 zugeführt. 1 shows two conventional embodiments of her ¬ conventional receivers. Figure la shows a direct converter. The signal is also filtered on the high-frequency side, by means of a tunable electrical parallel resonant circuit. This is followed by an RF amplification followed by direct demodulation by means of a diode. This was the preferred embodiment in the early days of radio receivers because it uses a single amplifier. Figure 1 b shows the today more common heterodyne method. An antenna 1 receives an RF signal. The RF signal is pre-selected by means of a tunable parallel resonant circuit 3 and amplified by means of an RF amplifier. After this high-frequency amplification, the signal is mixed to a fixed intermediate frequency means of a tunable oscillator 5 in a mixer 7. This is followed by a Filte ¬ tion by means of an intermediate frequency filter 9. With an IF amplifier 11, the signal is additionally amplified. This intermediate frequency amplifier can be designed very narrow band and is essentially responsible for a high selectivity of this system. Unfortunately, he needs the most energy for the job. In particular, the high-frequency amplifier 3, the intermediate-frequency amplifier 11 and the tunable oscillator 5 contribute to the energy consumption. The intermediate amplified signal which is provided at the output of the intermediate amplifier 11 is demodulated by means of a demodulator ¬ 13. The information provided by the demodulator 13 Asked LF signal is ver ¬ strengthened by means of a low-frequency amplifier 15 and fed to a loudspeaker 17 for playback.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Demodulators . FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a demodulator according to the invention.
Figur 2 zeigt das Prinzip beruhend auf einer MEMS-Kapazität , die als Feder-Masse-System ausgelegt ist. Eine Elektrodenplatte ist fest verankert, während eine zweite Kondensator- platte über eine Feder beweglich aufgehängt ist. Eine Reso¬ nanzkreisfrequenz ω einer derartigen Anordnung ist durch folgende Formel
Figure imgf000009_0001
gegeben . Figure 2 shows the principle based on a MEMS capacity, which is designed as a spring-mass system. An electrode plate is firmly anchored, while a second capacitor plate is movably suspended by a spring. A Reso ¬ nanzkreisfrequenz ω such an arrangement is by the formula
Figure imgf000009_0001
given.
Dabei ist m die Masse der Elektrodenplatte und k die Feder¬ konstante des Federelementes. Here, m is the mass of the electrode plate and k is the spring ¬ constant of the spring element.
Die Resonanzfrequenz wird so ausgelegt, dass sie wirksam un¬ terhalb der Trägerfrequenz des HF-Signals liegt. Wird das HF- Signal gemäß Figur 2a beispielsweise auf die bewegliche Plat¬ te gemäß Figur 2b eingekoppelt, wirkt während einer Phase mit Informationsgehalt "1" eine effektive elektrostatische Kraft, die die beiden Kondensatorplatten aufeinander zubewegt. Die Begründung für ein derartiges Verhalten ist folgende: Obwohl die mit dem HF-Signal verknüpfte elektrische Größe, und zwar E-Feld, Strom, Spannung) das Vorzeichen wechselt, gilt dies nicht für die zwischen den Platten wirksame elektrische Kraft Fe . Die Ursache sind die ungleichnamigen Ladungen auf denThe resonance frequency is designed so that it is effectively un ¬ terhalb the carrier frequency of the RF signal. If the RF signal is coupled as shown in FIG 2a, for example, on the movable Plat ¬ te according to Figure 2b, acts during a phase with information content is "1" an effective electrostatic force that moved the two capacitor plates to each other. The rationale for such behavior is as follows: Although the electrical quantity associated with the RF signal, E-field, current, voltage, changes sign, this does not apply to the electric force F e acting between the plates. The cause is the unlike charges on the
Kondensatorplatten, diese ziehen sich also immer an. Eine derartige Anordnung weist die gewünschte nichtlineare Charak¬ teristik auf. Capacitor plates, so they always attract. Such an arrangement has the desired non-linear Charak ¬ teristik.
Es existiert eine zweite Anforderung an die Resonanzkreisfre¬ quenz des Systems. Diese Größe sollte so eingestellt werden, dass die Auslenkung der beweglichen Kondensatorplatte dem de¬ modulierten Signal folgen kann. Beispielsweise wurde für eine typische Dauer einer Signalphase von 10 \is - diese entspricht einer Frequenz von 100 kHz - eine Resonanzkreisfrequenz in der Größenordnung von 1 MHz geeignet sein. Es ergibt sich dann ein zeitlicher Verlauf der MEMS-Kapazität , wie es in Fi¬ gur 2c dargestellt ist. Das demodulierte Signal ergibt sich damit direkt aus dem Kapazitätsverlauf. Der Kapazitätsverlauf kann nun auf der demodulierten Niederfrequenzseite weiter verstärkt werden. Dies ist wegen der geringen Frequenz nicht mehr so energieaufwändig wie dies die HF-Verstärkung ist. There is a second requirement for the Resonanzkreisfre ¬ frequency of the system. This size should be set that the deflection of the movable capacitor plate can follow the de ¬ modulated signal. For example, for a typical signal phase duration of 10 μs, which corresponds to a frequency of 100 KHz, a resonant circuit frequency on the order of 1 MHz would be appropriate. This then results in a temporal course of the MEMS capacitance, as shown in Fi gur ¬ 2c. The demodulated signal thus results directly from the capacitance curve. The capacitance curve can now be further amplified on the demodulated low-frequency side. Due to the low frequency, this is not as energy intensive as the RF gain.
Figur 2 zeigt die Grundidee der vorliegenden Erfindung zur Demodulation eines HF-Signals, und zwar mittels einer MEMS- Kapazität. Figur 2a zeigt das HF-Signal mit aufgeprägter, amplitudenmodulierter Information. Figur 2b zeigt eine spannungsabhängige MEMS-Kapazität, die als ein Feder-Masse-System realisiert ist. Figur 2c zeigt den zeitlichen Verlauf der Ka¬ pazität als Repräsentant der demodulierten Signalinformation. Eine Umsetzung dieser Grundidee wird beispielsweise mittels einer Ausführung durch die Kombination folgender Merkmale gelöst. Die folgenden erfindungsgemäßen Merkmale werden zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen. Es wird eine als Feder-Masse- System ausgelegte MEMS-Kapazität bereitgestellt. Dabei wird das System derart bereitgestellt, dass die Resonanzfrequenz wirksam unterhalb der HF ist. Des Weiteren wird das System derart ausgelegt, dass die Resonanzfrequenz oberhalb der NF, das heißt der demodulierten HF, liegt. Es erfolgt zusätzlich eine Messung des zeitlichen Kapazitätsverlaufs. Eine beson- ders vorteilhafte Aus führungs form einer Messeinrichtung zur Messung des zeitlichen Kapazitätsverlaufs ist eine differen- tielle Anordnung. Figure 2 shows the basic idea of the present invention for demodulation of an RF signal by means of a MEMS capacitance. FIG. 2 a shows the RF signal with impressed, amplitude-modulated information. FIG. 2b shows a voltage-dependent MEMS capacitance, which is realized as a spring-mass system. 2c shows the time course of Ka ¬ capacity as representative of the demodulated signal information. An implementation of this basic idea is achieved for example by means of an embodiment by the combination of the following features. The following features of the invention are proposed to solve the problem. There is provided a designed as a spring-mass system MEMS capacity. In this case, the system is provided such that the resonant frequency is effectively below the HF. Furthermore, the system is designed such that the resonant frequency is above the NF, that is the demodulated HF. In addition, a measurement of the temporal capacity curve takes place. A particularly advantageous embodiment of a measuring device for measuring the temporal capacity curve is a differential arrangement.
Eine derartige differentielle Anordnung ist in Verbindung mit Figur 3 dargestellt. Dies ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung als differentielle Anordnung, und zwar als Brü¬ ckenanordnung, zur Bestimmung der kleinen Kapazitätsänderung. Es sind Schaltungskonzepte bekannt, die eine Kapazität im sub-femto-Farad-Bereich, das heißt kleiner lO-1-3, auflösen können. Beispielsweise offenbart [1] die hier dargestellte Figur 3 und eine entsprechende Teststruktur. Diese besteht aus einem Paar von NMOS- und PMOS-Transistoren, die in einer Pseudoinverterkonfiguration miteinander verbunden sind. Das heißt jeder der Transistoren weist einen eigenen Dataeingang auf. Diese Pseudoinverterstruktur auf der linken Seite wird als eine Referenz zum Erreichen der höchsten Auflösung verwendet. Diese linke Teststruktur ist identisch mit der rech- ten in jeder Hinsicht bis auf das Merkmal, dass es nicht die Zielkapazität, die zu erfassen ist, aufweist. Gemäß der Figur 3 weist die linke Struktur nicht die zu messende Metall 1 zu Metall 2 Überlappungskapazität auf. Die VI- und V2-Signale der Figur 3 weisen zwei nicht überlappende Signale auf. Diese Signale können entweder abseits eines Chips oder auf einemSuch a differential arrangement is shown in connection with FIG. This is an advantageous embodiment of the invention as a differential arrangement, as a Brü ¬ ckenanordnung, for determining the small capacitance change. Circuit concepts are known which have a capacity in the sub-femto-farad region, that is, smaller lO -1 - 3 , can dissolve. For example, [1] discloses FIG. 3 shown here and a corresponding test structure. It consists of a pair of NMOS and PMOS transistors connected together in a dummy inverter configuration. That is, each of the transistors has its own data input. This pseudoinverter structure on the left side is used as a reference to achieve the highest resolution. This left test structure is identical to the right one in all respects except for the feature that it does not have the target capacity to be detected. According to FIG. 3, the left-hand structure does not have the metal 1 to metal 2 overlap capacity to be measured. The VI and V2 signals of Figure 3 have two non-overlapping signals. These signals can be either off-chip or on-chip
Chip erzeugt sein. Der Zweck dieser sich nicht überlappenden Wellenformen ist die Sicherstellung, dass lediglich einer der beiden Transistoren in der grundsätzlichen Teststruktur zu jeder gegebenen Zeit Strom leitet. Somit wird ein Kurz- schlussstrom von Vdd zu Masse beseitigt. Schaltet sich derChip generated. The purpose of these non-overlapping waveforms is to ensure that only one of the two transistors in the basic test structure conducts current at any given time. This eliminates a short-circuit current from Vdd to ground. Turns off the
PMOS-Transistor ein, wird dieser Ladung von Vdd zur Aufladung der Zielzwischenverbindungskapazität ziehen. Diese Ladungs¬ menge wird dann nachfolgend über den NMOS-Transistor nach Masse entladen. Ein Amperemeter kann an der Quelle des PMOS- FET angeordnet sein, um diesen Ladungsstrom zu messen. Die tatsächliche Wellenform dieses Ladungsstroms ist nicht von Bedeutung, lediglich dessen DC- oder Durchschnittsstromwert braucht gemessen werden. DC-Strom kann einfach aus jedem herkömmlichen Strommessgerät gemessen werden. Die Differenz zwi- sehen den beiden DC-Stromwerten in Figur 3 wird zur Gewinnung der Zielzwischenverbindungskapazität verwendet. PMOS transistor will pull this charge of Vdd to charge the target interconnect capacity. This charge ¬ amount is then discharged below via the NMOS transistor to ground. An ammeter may be located at the source of the PMOSFET to measure this charge current. The actual waveform of this charge current is not significant, only its DC or average current value needs to be measured. DC power can easily be measured from any conventional power meter. The difference between the two DC current values in Figure 3 is used to obtain the target interconnect capacity.
Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Demodulators . Dieses Ausführungsbeispiel beruht auf einer Standard-CMOS-Technologie . Nachgelagerte Ba- ckend-Prozesse werden zur Realisierung einer variablen Kapazitätsanordnung ausgeführt. In vier modifizierten CMOS- (Complimentary-Metall-Oxide-Semiconductor ) Schichten 10 ist ein SOI-Wafer 30 angeordnet. In den modifizierten Schichten 10 sind CMOS-Zwischenverbindungen 50 und CMOS-Metall im Bereich 70 integriert. Im Bereich des SOI-Wafers 30 sind eine kleine Fläche 90 zur Einkopplung des HF-Signals 110 sowie ei- ne bewegliche mechanisch schwingfähige Elektrodenplatte eines MEMS-Kondensators 130 erzeugt. Dazu werden Gold- (Au) Schichten mittels Aufdampfen, Sputtern und/oder Elektroplattieren aufgebracht. Auf der linken Seite der Figur 4 zeigt sich ein Ersatzschaltbild für die erfindungsgemäße MEMS-Anordnung auf der rechten Seite der Figur 4. FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a demodulator according to the invention. This embodiment is based on a standard CMOS technology. Downstream end-of-tail processes are executed to realize a variable capacity arrangement. In four modified CMOS (Complimentary Metal-Oxide-Semiconductor) layers 10 is an SOI wafer 30 is arranged. In the modified layers 10, CMOS interconnects 50 and CMOS metal are integrated in region 70. In the region of the SOI wafer 30, a small area 90 for coupling in the RF signal 110 and a movable mechanically oscillatable electrode plate of a MEMS capacitor 130 are generated. For this purpose, gold (Au) layers are applied by means of vapor deposition, sputtering and / or electroplating. On the left side of Figure 4 shows an equivalent circuit diagram for the inventive MEMS arrangement on the right side of Figure 4.
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Claims

Patentansprüche claims
1. Demodulator zur Demodulation eines eine Trägerfrequenz aufweisenden, amplitudenmodulierten elektromagnetischen Hochfrequenz- (HF- ) Spannungssignals , gekennzeichnet durch A demodulator for demodulating a carrier frequency having an amplitude modulated electromagnetic high frequency (RF) voltage signal, characterized by
einen zwei Elektrodenplatten aufweisenden MEMS-Kondensator, dessen Kapazität von dem an den beiden Elektrodenplatten anliegenden elektrischen HF-Spannungssignal derart abhängt, dass der zeitliche Verlauf der Kapazität das demodulierte HF- Spannungssignal darstellt, wobei der zeitliche Verlauf der Kapazität mittels einer Messeinrichtung erfasst wird. a two-electrode plates having MEMS capacitor, the capacitance of which depends on the voltage applied to the two electrode plates electrical RF voltage signal such that the time profile of the capacitance represents the demodulated RF voltage signal, wherein the time profile of the capacitance is detected by a measuring device.
2. Demodulator nach Anspruch 1, 2. Demodulator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
mindestens eine der Elektrodenplatten mittels eines elasti¬ schen Elementes mechanisch schwingfähig beweglich an einen Träger gekoppelt ist und eine Resonanzkreisfrequenz ω eingestellt ist. at least one of the electrode plates is mechanically vibratable movably coupled to a carrier by means of an elasti ¬ rule element and a resonance angular frequency ω is adjusted.
3. Demodulator nach Anspruch 1 oder 2, 3. Demodulator according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine eine Masse m aufweisende Elektrodenplatte mittels einer Feder mit einer Federkonstante k an einen Träger igt ist, wobei das System eine Resonanzkreisfrequenz auf-
Figure imgf000014_0001
an electrode plate having a mass m is fastened to a carrier by means of a spring having a spring constant k, the system having a resonant circuit frequency
Figure imgf000014_0001
weist. has.
4. Demodulator nach Anspruch 2 oder 3, 4. demodulator according to claim 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Federkonstante k und eine Masse m derart bestimmt sind, dass: Frequenz des demodulierten HF-Signals < ω < < Trägerfrequenz des HF-Signals gilt. a spring constant k and a mass m are determined such that: frequency of the demodulated RF signal <ω <<carrier frequency of the RF signal applies.
5. Demodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 5. Demodulator according to one of the preceding claims, characterized in that
die Messeinrichtung eine differentielle Brückenanordnung zur Auflösung von Kapazitätsänderungen, insbesondere im sub- femto-Farad Bereich, ist. the measuring device is a differential bridge arrangement for the resolution of capacitance changes, in particular in the sub-femto-farad region.
6. Demodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 6. Demodulator according to one of the preceding claims, characterized in that
eine Antenne das HF-Signal mittels eines, insbesondere ab¬ stimmbaren, elektrischen Parallelschwingkreises für den Demodulator bereitstellt. an antenna provides the RF signal by means of a, in particular from ¬ tunable, electrical parallel resonant circuit for the demodulator.
7. Demodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 7. Demodulator according to one of the preceding claims, characterized in that
das demodulierte HF-Signal nach Erfassung mittels der Mess¬ einrichtung mittels eines Niederfrequenzverstärkers verstärkt wird . the demodulated RF signal is amplified after detection by means of the measuring device by means of a low-frequency amplifier.
8. Verfahren zur Demodulation eines eine Trägerfrequenz aufweisenden, amplitudenmodulierten elektromagnetischen Hochfrequenz- (HF- ) Spannungssignals , gekennzeichnet durch 8. A method for demodulating a carrier frequency having, amplitude modulated electromagnetic high frequency (RF) voltage signal, characterized by
einen zwei Elektrodenplatten aufweisenden MEMS-Kondensator, dessen Kapazität von dem an den beiden Elektrodenplatten anliegenden elektrischen HF-Spannungssignal derart abhängt, dass der zeitliche Verlauf der Kapazität das demodulierte HF- Spannungssignal darstellt, wobei der zeitliche Verlauf der Kapazität mittels einer Messeinrichtung erfasst wird. a two-electrode plates having MEMS capacitor, the capacitance of which depends on the voltage applied to the two electrode plates electrical RF voltage signal such that the time profile of the capacitance represents the demodulated RF voltage signal, wherein the time profile of the capacitance is detected by a measuring device.
9. Verfahren nach Anspruch 8, 9. The method according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
mindestens eine der Elektrodenplatten mittels eines elasti¬ schen Elementes mechanisch schwingfähig beweglich an einen Träger gekoppelt ist und eine Resonanzkreisfrequenz ω eingestellt wird. at least one of the electrode plates is mechanically vibratable movably coupled to a carrier by means of an elasti ¬ rule element and a resonance angular frequency ω is adjusted.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, 10. The method according to claim 8 or 9,
dadurch gekennzeichnet, dass eine eine Masse m aufweisende Elektrodenplatte mittels einer Feder mit einer Federkonstante k an einen Träger igt ist, wobei das System eine Resonanzkreisfrequenz auf¬
Figure imgf000016_0001
characterized in that an electrode plate having a mass m is fastened to a carrier by means of a spring having a spring constant k, wherein the system has a resonant circuit frequency at ¬
Figure imgf000016_0001
weist . points.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, 11. The method according to claim 9 or 10,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Federkonstante k und eine Masse m derart bestimmt sind, dass: Frequenz des demodulierten HF-Signals < ω < < Trägerfrequenz des HF-Signals gilt. a spring constant k and a mass m are determined such that: frequency of the demodulated RF signal <ω <<carrier frequency of the RF signal applies.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 12. The method according to any one of the preceding claims
8 bis 11, 8 to 11,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Messeinrichtung eine differentielle Brückenanordnung zur Auflösung von Kapazitätsänderungen, insbesondere im sub- femto-Farad Bereich, ist. the measuring device is a differential bridge arrangement for the resolution of capacitance changes, in particular in the sub-femto-farad region.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13. The method according to any one of the preceding claims
8 bis 12, 8 to 12,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Antenne das HF-Signal mittels eines, insbesondere ab¬ stimmbaren, elektrischen Parallelschwingkreises für den Demo- dulator bereitstellt. an antenna, the RF signal by means of an, in particular from ¬ tunable electrical parallel resonant circuit for the demo dulator provides.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 14. The method according to any one of the preceding claims
8 bis 13, 8 to 13,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das demodulierte HF-Signal nach Erfassung mittels der Mess¬ einrichtung mittels eines Niederfrequenzverstärkers verstärkt wird . the demodulated RF signal is amplified after detection by means of the measuring device by means of a low-frequency amplifier.
15. Verwendung eines Demodulators nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 14 für eine bidirektionale Kommunikation MEMS-basierter, energieautarker Mikrosysteme . 15. Use of a demodulator according to one of claims 1 to 7 or a method according to one of claims 8 to 14 for bidirectional communication of MEMS-based, energy-autonomous microsystems.
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