WO2022037993A1 - Verfahren zur korrektur eines offsets und/oder einer empfindlichkeit eines zweiten sensors mithilfe eines ersten sensors, sensorsystem - Google Patents

Verfahren zur korrektur eines offsets und/oder einer empfindlichkeit eines zweiten sensors mithilfe eines ersten sensors, sensorsystem Download PDF

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WO2022037993A1
WO2022037993A1 PCT/EP2021/072216 EP2021072216W WO2022037993A1 WO 2022037993 A1 WO2022037993 A1 WO 2022037993A1 EP 2021072216 W EP2021072216 W EP 2021072216W WO 2022037993 A1 WO2022037993 A1 WO 2022037993A1
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sensor
signal
sensors
offset
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Johannes Classen
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown

Definitions

  • the invention is based on a method for correcting an offset and/or a sensitivity of a second sensor according to the preamble of claim 1.
  • Sensors in particular micromechanical sensors, are used for various applications, for example in the automotive and consumer sectors.
  • micromechanical sensors examples include acceleration sensors, yaw rate sensors and pressure sensors.
  • acceleration sensors yaw rate sensors
  • pressure sensors yaw rate sensors
  • sensor types are also known which can be produced with or without micromechanical process techniques.
  • a tension in almost every sensor specification results from the goal of the highest possible accuracy of the sensor on the one hand and the largest possible measuring range on the other.
  • the measuring range of a sensor is generally limited.
  • the accuracy suffers, with typically the noise and the offset of the sensor being increased, among other things.
  • acceleration sensors In automobiles, the acceleration sensors must have a very high measuring range of several 100 g.
  • driving dynamics functions such as ESP (electronic stability program or vehicle dynamic control, VDC) or Hill Start Assist (HSA, prevention of rolling back when starting on a hill)
  • ESP electronic stability program or vehicle dynamic control, VDC
  • HSA Hill Start Assist
  • high-precision sensors with excellent offset stability and low noise, but a low measuring range are required. Since it would be technically extremely complex or even impossible to serve both applications with a sensor that can be mass-produced, the cost-effective solution is to use separate acceleration sensors for crash detection and driving dynamics in the automobile.
  • non-linear raw sensor signals often involve a great deal of effort to determine the actual input signals.
  • the stop points differ at least slightly from component to component in mass production due to process fluctuations. If not every component is to be tested and adjusted over the full measuring range, these process fluctuations result in considerable fluctuations Error in estimating the input signal based on the non-linear characteristic.
  • non-linear characteristic curves also mean that when a low-frequency useful signal is superimposed on a high-frequency interference signal (e.g.
  • the method according to the invention according to the main claim has the advantage over the prior art that an advantageous correction of an offset and/or a sensitivity of a second sensor is made possible with the aid of a first sensor.
  • the first sensor has a lower offset error and/or a lower sensitivity error than the second sensor and thus has a higher accuracy than the second sensor.
  • an offset and/or a sensitivity of a second sensor can be compensated for or corrected.
  • the offset and/or the sensitivity of the first sensor can be read out by a processor circuit, and for the determined values to be used to carry out a mathematical correction of the offset and/or the sensitivity of the second sensor. This results in a cost-efficient method that can also be used advantageously in the mass production of sensors.
  • the first sensor the lower offset and/or has sensitivity errors to compensate for offset and/or sensitivity errors of the second sensor. It is thus possible, for example, to keep the offset and/or sensitivity errors of a second sensor with a comparatively large measuring range low.
  • the first and second sensors can also be understood as first and second sensor modules, first and second sensor chips, or first and second sensor cores.
  • the first sensor for the first physical and/or chemical variable has a smaller measuring range than the second sensor, it is advantageously possible to correct/compensate for a second sensor that has a larger measuring range but a lower accuracy, in particular a larger offset and / or sensitivity error than the first sensor. It is thus possible in an advantageous manner to keep the offset and/or sensitivity errors of the second sensor low despite its comparatively large measuring range.
  • the comparison of the first signal and the second signal is carried out in the comparison step using a difference formation of the first signal and the second signal, it is possible to carry out an advantageous signal comparison, depending on which a correction of the second sensor can be done.
  • an offset difference between the offset of the second sensor and an offset of the first sensor is determined, and/or a sensitivity difference between the sensitivity of the second sensor and a sensitivity of the first sensor is determined in the comparison step using the first and second signals, it is possible that the deviations in terms of offset and/or sensitivity of the second sensor can be determined by the more precise first sensor and can be taken into account when correcting the second sensor.
  • the correction of the offset and/or the sensitivity of the second sensor is carried out in the correction step depending on the comparison of the first and second signals in such a way that the correction of the offset and/or the sensitivity of the second sensor using the offset difference and/or sensitivity difference determined in the comparison step.
  • the correction step is only carried out if the comparison of the first and second signal in the comparison step shows that a difference between the first and second signal is above a definable threshold, and/or
  • the correction step is only carried out if the comparison of the first and second signal in the comparison step shows that the offset difference is above a definable threshold value and/or that the sensitivity difference is above a further definable threshold value, it is possible to Correction of the second sensor advantageously only carried out when a definable signal deviation is exceeded in comparison to the first sensor. This can prevent an unnecessary correction being carried out in the case of small deviations or errors, as a result of which energy can be saved in particular.
  • a state determination for the first sensor is carried out, wherein the Correction step is only carried out if the state determination shows that the first sensor is in a functioning state, in particular in a non-dipped state, it is particularly advantageously possible that a compensation / correction of the second sensor is only made if the first sensor delivers a plausible signal or is functional. For example, it is possible to prevent a correction from being made when the first sensor is in a dipped state (since, for example, input signals that were (before) too high have occurred and have exceeded the measuring range of the first sensor).
  • the first signal is a first measurement signal of the first sensor, which is detected in particular during a measurement operation of the first sensor, and/or
  • the second signal is a second measurement signal of the second sensor, which is detected in particular during a measurement operation of the second sensor, it is possible to carry out an in-use correction of the second sensor during a measurement operation of the sensor system, in particular in an application of the sensor system . It is thus possible to carry out the method in-use, ie for example while using a consumer electronic device, for example a smartphone. Thus, for example, an advantageous correction can also be made over the lifetime of the sensors.
  • the first signal is a first test signal of the first sensor, which is detected in particular outside a measuring operation of the first sensor during a test phase and/or testing phase of the first sensor, and/or
  • the second signal is a second test signal of the second sensor, which is detected in particular outside of a measuring operation of the second sensor during a test phase and/or verification phase of the second sensor, it is possible to correct the second sensor in a test or verification phase of the sensor system to do. It is conceivable to perform the method once at the end of the line, for example in an automobile or in a consumer electronics device (such as a smartphone). It is alternatively conceivable to carry out the method regularly, for example every time a consumer electronics device is switched on (power-on) or when an automobile is started, or at regular or irregular intervals.
  • Another object of the present invention is a sensor system comprising a first sensor, a second sensor and a processor circuit, the first sensor for measuring a first physical and / or chemical variable and for outputting a first signal relating to the first physical and / or chemical Size is set up, the second sensor being set up for measuring the first physical and/or chemical variable and for outputting a second signal relating to the first physical and/or chemical variable, characterized in that the first sensor relating to the first physical and/or chemical quantity has a lower offset error and/or a lower sensitivity error than the second sensor, the sensor system being configured such that:
  • the processor circuit is used to correct the offset and/or the sensitivity of the second sensor as a function of the comparison of the first and second signals.
  • the first and second sensors it is possible for the first and second sensors to be integrated in a common chip. According to one embodiment of the present invention, it is possible for the first and second sensors to be integrated in a common housing and/or component.
  • the first and second sensors are preferably designed as a common component with the aid of the common housing. It is preferably possible for the common housing or common component to be mountable or is mounted on a printed circuit board.
  • the first and second sensors it is possible for the first and second sensors to be arranged next to one another or one above the other on an application printed circuit board.
  • the first and second sensors and the processor circuit in particular a microcontroller of the processor circuit, to be integrated in a common housing and/or component.
  • the first and second sensors can thus be installed together with a microcontroller as a common component.
  • the first and second sensors are each acceleration sensors, yaw rate sensors, pressure sensors, magnetic sensors, temperature sensors, gas sensors, humidity sensors, brightness sensors and/or microphones, it is possible to install different sensor types in a sensor system according to the invention.
  • the first and the second sensor are set up to record the same measured variable (first physical and/or chemical variable).
  • the present invention relates to various sensor types that are produced, for example, using micromechanical means.
  • the present invention also relates to various sensor types that are not necessarily manufactured using micromechanical means, such as integrated temperature sensors, which are manufactured using CMOS manufacturing techniques without dedicated micromechanical processes. It is possible, for example, that the first sensor and the second sensor are each acceleration sensors and that the first physical quantity is an acceleration. It is conceivable, for example, that the first and second sensors are each yaw rate sensors and that the first physical variable is a yaw rate.
  • the processor circuit comprises a microcontroller or is designed as a microcontroller, it is possible to use a compact processor circuit.
  • the microcontroller can be installed together with the first and/or second sensor (as a common component, for example in a common housing) or can be designed as a separate component.
  • Figure la shows a schematic representation of an offset of a first sensor and a second sensor
  • FIG. 1b shows a schematic representation of a noise of a first sensor and a second sensor
  • FIG. 1c shows a schematic representation of a measuring range of a first sensor and a second sensor
  • FIG. 2 shows a first signal from a first sensor and a second signal from a second sensor as a function of an input signal
  • Figures 3a, 3b and 3c show schematic representations of a first and second sensor according to different embodiments of the present invention
  • FIG. 4 shows schematically a method according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 5a and 5b show schematic representations of a sensor system according to different embodiments of the present invention.
  • FIGS. 1a, 1b and 1c A tension in almost every sensor specification results from the goal of the highest possible accuracy on the one hand and the largest possible measuring range on the other. If the accuracy is very high, the measuring range of the sensor is generally limited. Conversely, if the measuring range is to be very large, the accuracy suffers. This is shown in FIGS. 1a, 1b and 1c by a comparison of a first sensor 10 and a second sensor 20, which detect the same measured variable.
  • FIG. 10 A schematic representation of a first offset 10' of a first sensor 10 and a second offset 20' of a second sensor 20 is shown in FIG.
  • the y-axis indicates the respective offset of the (output) signal of the sensors.
  • the first sensor 10 has a lower offset than the second sensor 20.
  • the first sensor 10 is accordingly more accurate.
  • FIG. 1b A schematic representation of a first noise 10" of the first sensor 10 and a second noise 20" of the second sensor 20 is shown in FIG. 1b.
  • the y-axis indicates the respective noise of the (output) signal of the sensors.
  • the first sensor 10 has less noise than the second sensor 20.
  • FIG. 1c shows a schematic representation of a first measuring range 10′′ of the first sensor 10 and a second measuring range 20′′ of the second sensor 20.
  • the y-axis indicates the respective measuring range of the sensors.
  • the first sensor 10 has a smaller measuring range than the second sensor 20, but it also has low offset errors and low noise.
  • the second sensor 20 has a significantly higher measuring range, but shows larger offset errors and a greatly increased noise.
  • FIG. 2 shows a first signal from a first sensor 10 and a second signal from a second sensor 20 as a function of an input signal or a measured variable.
  • the input signal is plotted on the x-axis and the output signal on the y-axis.
  • Figure 2 thus shows the first characteristic curve 11 of the first sensor 10 and the second characteristic curve 21 of the second sensor 20.
  • FIG. 2 shows an enlargement of the small-signal range.
  • the second sensor 20 has a larger offset (that is, an output signal that differs from zero with a vanishing input signal).
  • the second characteristic 21 of the second sensor 20 is more noisy than the first characteristic 11 of the first sensor 10.
  • the second sensor 20 has a different sensitivity than the first sensor 10 and in particular a higher sensitivity error than that first sensor 10.
  • 3a, 3b and 3c show schematic representations of arrangements of a first and second sensor 10, 20 according to different embodiments of the present invention.
  • the first and second sensors 10, 20 are arranged as separate sensor modules, in particular as a first sensor module 301 and second sensor module 302, on an application circuit board 300 (printed circuit board—PCB).
  • the sensor modules 301, 302 are connected to the application circuit board 300 via soldering contacts 303 and are mounted next to one another on the application circuit board, for example.
  • FIG. 3b shows a sensor module 310 which contains a first sensor chip 311, having the first sensor 10, and a second sensor chip 312, having the second sensor 20.
  • the sensor chips 311, 312 can, for example, be electrically connected at their bonding pads 313 by means of bonding wires (not shown) to an underlying evaluation ASIC 314 (application-specific integrated circuit).
  • the first and second sensors 10, 20 are thus installed as separate chips in a common housing, for example a molded housing or a ceramic housing.
  • a sensor chip 320 includes a first sensor core 321 (of the first sensor 10) and a second sensor core 322 (of the second sensor 20).
  • the sensor chip 320 can be connected to an evaluation ASIC via bond pads 323 .
  • the first and second sensors 10, 20 are thus arranged on the same sensor chip 320.
  • the first and second sensors 10, 20 can also be a first and second sensor module 301, 302, a first and second sensor chip 311, 312 or a first and second sensor core 321, 322. It is thus conceivable, for example, for the first and the second sensor 10, 20 to be arranged in one and the same sensor module, ie in a common housing or even in a common chip.
  • FIG. 4 shows a method according to an embodiment of the present invention in a flowchart. In a readout step 401, the processor circuit 40 reads out the first signal from the first sensor 10, which has a limited measuring range but high accuracy.
  • a further readout step 402 the same processor circuit 40 reads out a second signal from the second sensor 20, which has a significantly higher measuring range but less accuracy.
  • the readout step 401 and the further readout step 402 can be carried out one after the other (in any order) or partially or completely simultaneously. If the first sensor 10 delivers a valid signal, i.e. is in a clipping-free state, the first and second signals read out are compared with one another in a comparison step 403, in particular by forming the difference between the first and the second signal in the processor circuit 40.
  • a correction step 404 if necessary, in particular if the signals of the first sensor 10 and the second sensor 20 deviate so significantly from one another that their difference is above a definable threshold, a preferably digital correction of the offset and/or the sensitivity of the second sensor 20 made.
  • a correction of the offset and/or the offset if necessary, in particular if the signals of the first sensor 10 and the second sensor 20 deviate so significantly from one another that their difference is above a definable threshold, a preferably digital correction of the offset and/or the sensitivity of the second sensor 20 made.
  • Sensitivity of the second sensor 20 performed as a function of the comparison of the first and second signals.
  • the processor circuit 40 is preferably designed as a microcontroller.
  • the method according to an embodiment of the present invention it is conceivable to carry out the method according to an embodiment of the present invention at different points in time and/or with different frequency. For example, it is conceivable to use the process once at the end of the line, e.g. B. in an automobile or in a consumer electronic device such as a smartphone to perform. Alternatively, it is conceivable to use the method regularly, for example every time you switch on (power-on). consumer electronic device or when starting an automobile.
  • relevant signal errors, in particular relating to the offset and/or the sensitivity, of the second sensor 20 can be kept very small despite its large measuring range.
  • the (statistical) noise of the second sensor 20 cannot be compensated for via the first sensor 10 .
  • FIGS. 5a and 5b Schematic representations of a sensor system according to different embodiments of the present invention are shown in FIGS. 5a and 5b.
  • the microcontroller ie the processor circuit 40 for data correction is located outside the sensor module 310 or outside the separate sensor modules 301, 302 and is designed as a separate component 305 on the application printed circuit board 300.
  • the separate component 305 can be the application processor of a smartphone, for example.
  • the processor circuit 40 designed as a microcontroller 315 for data correction is located together with the first and/or second sensor 10, 20 or the sensor chips 311, 312 in the same sensor module 310.
  • the microcontroller 315 can be integrated in the ASIC evaluation chip 314 be.
  • the sensor module contains, for example, three chips 311, 312, 314 (or alternatively two chips: the common sensor chip 320 and an ASIC evaluation chip 314).
  • the microcontroller it is also possible to integrate the microcontroller as a separate chip into the same sensor module, separate from the ASIC evaluation chip.
  • the Sensor module then contains four chips 311, 312, 314, 315 (or three chips 320, 314, 315).
  • the method according to the invention can be used for different sensor types and for different physical and/or chemical measured variables.
  • the following sensor types are possible for the first and second sensors 10, 20: acceleration sensors, yaw rate sensors, pressure sensors, magnetic sensors, temperature sensors, gas sensors, humidity sensors, brightness sensors, microphones.
  • first sensor 10 a combination of a high-g acceleration sensor—with a large measuring range—(second sensor 20) with a low-g acceleration sensor (first sensor 10), which are integrated together on a sensor chip 320, for example, is possible.
  • the two sensor cores 321, 322 of the first and second sensors 10, 20 can be constructed similarly, but differ in their spring stiffness.
  • a combination of a pressure sensor (second sensor 20) with a large measuring range, for example for large diving depths in a waterproof diver's watch, with a barometric pressure sensor (first sensor 10) with a limited measuring range is conceivable.
  • a technically similar design of the two sensor cores 321, 322 of the two sensors 10, 20 is possible, for example by designing the span of the pressure sensor membrane differently in order to achieve different measuring ranges.

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Korrektur eines Offsets und/oder einer Empfindlichkeit eines zweiten Sensors mithilfe eines ersten Sensors beansprucht, wobei der erste Sensor zur Messung einer ersten physikalischen und/oder chemischen Größe und zur Ausgabe eines ersten Signals betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe eingerichtet ist, wobei der zweite Sensor zur Messung der ersten physikalischen und/oder chemischen Größe und zur Ausgabe eines zweiten Signals betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe einen geringeren Offset-Fehler und/oder einen geringeren Empfindlichkeits- Fehler aufweist als der zweite Sensor, — wobei in einem Ausleseschritt mithilfe einer Prozessorschaltung das erste Signal des ersten Sensors ausgelesen wird, — wobei in einem weiteren Ausleseschritt mithilfe der Prozessorschaltung das zweite Signal des zweiten Sensors ausgelesen wird, — wobei in einem Vergleichsschritt mithilfe der Prozessorschaltung das erste und das zweite Signal verglichen werden, — wobei in einem Korrekturschritt mithilfe der Prozessorschaltung eine Korrektur des Offsets und/oder der Empfindlichkeit des zweiten Sensors in Abhängigkeit des Vergleichs des ersten und zweiten Signals durchgeführt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Korrektur eines Offsets und/oder einer Empfindlichkeit eines zweiten Sensors mithilfe eines ersten Sensors, Sensorsystem
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Korrektur eines Offsets und/oder einer Empfindlichkeit eines zweiten Sensors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Sensoren, insbesondere mikromechanische Sensoren, werden für verschiedene Applikationen, beispielsweise im Automobil- und Consumer- Bereich, eingesetzt.
Beispiele für derartige mikromechanische Sensoren sind Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren und Drucksensoren. Es sind jedoch auch viele weitere Sensortypen bekannt, die mit oder ohne Prozesstechniken der Mikromechanik hergestellt werden können.
Ein Spannungsfeld in nahezu jeder Sensorspezifikation ergibt sich aus dem Ziel einer möglichst hohen Genauigkeit des Sensors einerseits und einem möglichst großen Messbereich andererseits. Bei sehr hoher Genauigkeit ist der Messbereich eines Sensors jedoch im Allgemeinen eingeschränkt. Umgekehrt, wenn der Messbereich sehr groß sein soll, leidet die Genauigkeit, wobei typischerweise unter anderem das Rauschen und der Offset des Sensors erhöht sind.
Aufgrund des dargestellten Spannungsfelds von Messbereich und Genauigkeit müssen oftmals mehrere Sensoren eingesetzt werden, um verschiedene Messbereiche und Genauigkeitsforderungen abzudecken. Ein Beispiel dafür ist die Anwendungen von Beschleunigungssensoren in Automobilen. Für die Crash- Detektion und Airbag-Auslösung müssen die Beschleunigungssensoren über einen sehr hohen Messbereich von mehreren 100 g verfügen. Für Fahrdynamik-Funktionen wie ESP (elektronisches Stabilitäts-Programm bzw. vehicle dynamic control, VDC) oder Hill Start Assist (HSA, Verhinderung des Zurückrollens bei Anfahren am Berg) werden dagegen hochgenaue Sensoren mit exzellenter Offsetstabilität und geringem Rauschen, aber niedrigem Messbereich benötigt. Da es technisch extrem aufwändig oder sogar unmöglich wäre, beide Applikationen durch einen mit Massenfertigungsverfahren herstellbaren Sensor zu bedienen, besteht die kosteneffiziente Lösung darin, getrennte Beschleunigungssensoren für die Crash- Detektion und die Fahrdynamik im Automobil einzusetzen.
Alternativ zur Verwendung getrennter Sensoren ist es gemäß dem Stand der Technik auch denkbar, Sensoren mit stark nichtlinearen Kennlinien zu verwenden, die im Kleinsignalbereich hochempfindlich sind, bei größeren Signalen jedoch eine geringere Empfindlichkeit aufweisen. Die Kennlinie, also das Ausgangssignal als Funktion des Eingangssignals, derartiger Sensoren weist also eine Krümmung oder einen Knick auf. Beispiele für entsprechende Beschleunigungssensoren sind in der DE 10 235 370 Al und der US 2019 187 170 Al offenbart, bei denen ein Teil der Sensorstruktur (eine Feder oder eine Masse) ab einer bestimmten Beschleunigung in Kontakt mit einem mechanischen Stopper gerät und ein anderer Teil des Beschleunigungssensors sich mit reduzierter mechanischer Empfindlichkeit weiter auslenken kann. Auch im Bereich der Drucksensorik sind Anordnungen mit stark nichtlinearen Kennlinien bekannt, etwa bei sogenannten touch mode-Drucksensoren, wie beispielsweise in der US 5 528 452 A offenbart. Hier ergibt sich die Nichtlinearität aus der mechanischen Begrenzung der Membranauslenkung.
Nichtlineare Sensor-Rohsignale ziehen allerdings oftmals einen sehr hohen Aufwand zur Ermittlung der tatsächlichen Eingangssignale nach sich. Bei Beschleunigungssensoren unterscheiden sich in der Massenfertigung aufgrund von Prozessschwankungen beispielsweise die Anschlagspunkte von Bauelement zu Bauelement zumindest leicht. Soll nicht jedes Bauelement über den vollen Messbereich getestet und abgeglichen werden, ergeben sich durch diese Prozessschwankungen erhebliche Fehler bei der Schätzung des Eingangssignals auf Basis der nichtlinearen Kennlinie. Nichtlineare Kennlinien führen beispielsweise bei einem Beschleunigungssensor ferner dazu, dass sich bei Überlagerung eines niederfrequenten Nutzsignals mit einem hochfrequenten Störsignal (z. B. beim Crash eines Automobils starkes Abbremsen als niederfrequentes Nutzsignal überlagert von hochfrequenten Körperschallsignalen aufgrund von berstenden Karosserieteilen) nach einer Tiefpassfilterung eine Verschiebung des Ausgangssignals in Form eines Offsets des Sensors ergibt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Sensorsystem bereitzustellen, mit denen vorteilhafte Eigenschaften bezüglich Offsetfehlern und Empfindlichkeitsfehlern, insbesondere kosteneffizient und über einen vorteilhaften Messbereich, erzielt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine vorteilhafte Korrektur eines Offsets und/oder einer Empfindlichkeit eines zweiten Sensors mithilfe eines ersten Sensors ermöglicht wird. Der erste Sensor weist betreffend eine erste physikalische und/oder chemische Größe einen geringeren Offset- Fehler und/oder einen geringeren Empfindlichkeits- Fehler auf als der zweite Sensor und hat somit eine höhere Genauigkeit als der zweite Sensor. Erfindungsgemäß kann ein Offset- und/oder eine Empfindlichkeit eines zweiten Sensors kompensiert bzw. korrigiert werden. Es ist hierfür möglich, dass der Offset und/oder die Empfindlichkeit des ersten Sensors von einer Prozessorschaltung ausgelesen werden, und die ermittelten Werte genutzt werden, um eine rechnerische Korrektur des Offsets und/oder der Empfindlichkeit des zweiten Sensors vorzunehmen. Es ergibt sich somit eine kosteffiziente Methode, die insbesondere auch in der Massenfertigung von Sensoren vorteilhaft verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß ist es möglich, den ersten Sensor, der geringere Offset- und/oder Empfindlichkeits- Fehler aufweist, zur Kompensation von Offset- und/oder Empfindlichkeits- Fehlern des zweiten Sensors zu verwenden. Somit ist es beispielsweise möglich, die Offset- und/oder Empfindlichkeitsfehler eines zweiten Sensors mit einem vergleichsweise großen Messbereich gering zu halten.
Der erste und zweite Sensor können gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch als erstes und zweites Sensormodul, erster und zweiter Sensorchip, oder erster und zweiter Sensorkern verstanden werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der erste Sensor für die erste physikalische und/oder chemische Größe einen geringeren Messbereich aufweist als der zweite Sensor, ist es vorteilhafterweise möglich, einen zweiten Sensor zu korrigieren/kompensieren, der einen größeren Messbereich, aber eine geringere Genauigkeit, insbesondere einen größeren Offset- und/oder Empfindlichkeits- Fehler, aufweist als der erste Sensor. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Offset- und/oder Empfindlichkeitsfehler des zweiten Sensors trotz seines vergleichsweise großen Messbereichs gering zu halten.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleichsschritt der Vergleich des ersten Signals und des zweiten Signals mithilfe einer Differenzbildung des ersten Signals und des zweiten Signals durchgeführt wird, ist es möglich, einen vorteilhaften Signalvergleich durchzuführen, in dessen Abhängigkeit eine Korrektur des zweiten Sensors vorgenommen werden kann.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleichsschritt mithilfe des ersten und zweiten Signals eine Offset- Differenz zwischen dem Offset des zweiten Sensors und einem Offset des ersten Sensors ermittelt wird, und/oder im Vergleichsschritt mithilfe des ersten und zweiten Signals eine Empfindlichkeits-Differenz zwischen der Empfindlichkeit des zweiten Sensors und einer Empfindlichkeit des ersten Sensors ermittelt wird, ist es möglich, dass die Abweichungen bezüglich Offset und/oder Empfindlichkeit des zweiten Sensors vom genaueren ersten Sensor ermittelt und bei der Korrektur des zweiten Sensors berücksichtigt werden können. Bevorzugt ist es möglich, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Korrekturschritt die Korrektur des Offsets und/oder der Empfindlichkeit des zweiten Sensors in Abhängigkeit des Vergleichs des ersten und zweiten Signals derart durchgeführt wird, dass die Korrektur des Offsets und/oder der Empfindlichkeit des zweiten Sensors mithilfe der im Vergleichsschritt ermittelten Offset- Differenz und/oder Empfindlichkeits- Differenz durchgeführt wird.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
- der Korrekturschritt nur dann durchgeführt wird, wenn der Vergleich des ersten und zweiten Signals im Vergleichsschritt ergibt, dass eine Differenz des ersten und zweiten Signals oberhalb einer festlegbaren Schwelle liegt, und/oder
- der Korrekturschritt nur dann durchgeführt wird, wenn der Vergleich des ersten und zweiten Signals im Vergleichsschritt ergibt, dass die Offset- Differenz oberhalb eines festlegbaren Schwellwerts liegt und/oder dass die Empfindlichkeits-Differenz oberhalb eines festlegbaren weiteren Schwellwerts liegt, ist es möglich, die Korrektur des zweiten Sensors vorteilhafterweise nur dann durchzuführen, wenn eine festlegbare Signalabweichung im Vergleich zum ersten Sensor überschritten wird. Hierdurch kann verhindert werden, dass eine unnötige Korrektur bei geringen Abweichungen bzw. Fehlern durchgeführt wird, wodurch insbesondere Energie gespart werden kann.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleichsschritt, insbesondere zumindest mithilfe des ersten Signals, eine Zustandsermittlung für den ersten Sensor durchgeführt wird, wobei der Korrekturschritt nur dann durchgeführt wird, wenn die Zustandsermittlung ergibt, dass sich der erste Sensor in einem funktionierenden Zustand, insbesondere in einem nicht gedippten Zustand, befindet, ist es besonders vorteilhaft möglich, dass eine Kompensation/Korrektur des zweiten Sensors nur dann vorgenommen wird, wenn der erste Sensor ein plausibles Signal liefert bzw. funktionsfähig ist. So kann beispielsweise verhindert werden, dass eine Korrektur vorgenommen wird, wenn der erste Sensor in einem gedippten Zustand ist (da beispielsweise (zuvor) zu hohe Eingangssignale aufgetreten sind, die den Messbereich des ersten Sensors überschritten haben).
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung -- das erste Signal ein erstes Messsignal des ersten Sensors ist, welches insbesondere während eine Messbetriebs des ersten Sensors erfasst wird, und/oder
-- das zweite Signal ein zweites Messsignal des zweiten Sensors ist, welches insbesondere während eine Messbetriebs des zweites Sensors erfasst wird, ist es möglich, eine in-use Korrektur des zweiten Sensors während eines Messbetriebs des Sensorsystems, insbesondere in einer Applikation des Sensorsystems, vorzunehmen. Es ist somit möglich, das Verfahren in-use, also beispielsweise während der Nutzung eines Verbraucherelektronikgeräts, beispielsweise eines Smartphones, durchzuführen. Somit kann beispielsweise auch eine vorteilhafte Korrektur über die Lebenszeit der Sensoren erfolgen.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
- das erste Signal ein erstes Testsignal des ersten Sensors ist, welches insbesondere außerhalb eines Messbetriebs des ersten Sensors während einer Testphase und/oder Prüfungsphase des ersten Sensors erfasst wird, und/oder
- das zweite Signal ein zweites Testsignal des zweiten Sensors ist, welches insbesondere außerhalb eines Messbetriebs des zweiten Sensors während einer Testphase und/oder Prüfungsphase des zweiten Sensors erfasst wird, ist es möglich, die Korrektur des zweiten Sensors in einer Test- oder Prüfungsphase des Sensorsystems vorzunehmen. Es ist denkbar, das Verfahren einmalig am Bandende, beispielsweise bei einem Automobil oder bei einem Verbraucherelektronikgerät (wie einem Smartphone) durchzuführen. Es ist alternativ denkbar, das Verfahren regelmäßig, beispielsweise jedes Mal beim Einschalten (Power-on) eines Verbraucherelektronikgeräts oder beim Starten eines Automobils oder in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen durchzuführen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sensorsystem, umfassend einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor und eine Prozessorschaltung, wobei der erste Sensor zur Messung einer ersten physikalischen und/oder chemischen Größe und zur Ausgabe eines ersten Signals betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe eingerichtet ist, wobei der zweite Sensor zur Messung der ersten physikalischen und/oder chemischen Größe und zur Ausgabe eines zweiten Signals betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe einen geringeren Offset- Fehler und/oder einen geringeren Empfindlichkeits- Fehler aufweist als der zweite Sensor, wobei das Sensorsystem derart konfiguriert ist, dass:
— mithilfe der Prozessorschaltung das erste Signal des ersten Sensors ausgelesen wird,
— mithilfe der Prozessorschaltung das zweite Signal des zweiten Sensors ausgelesen wird,
— mithilfe der Prozessorschaltung das erste und das zweite Signal verglichen werden,
— mithilfe der Prozessorschaltung eine Korrektur des Offsets und/oder der Empfindlichkeit des zweiten Sensors in Abhängigkeit des Vergleichs des ersten und zweiten Signals durchgeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der erste und zweite Sensor in einem gemeinsamen Chip integriert sind. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der erste und zweite Sensor in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder Bauteil integriert sind. Mithilfe des gemeinsamen Gehäuses sind der erste und zweite Sensor vorzugsweise als gemeinsames Bauteil ausgebildet. Es ist vorzugsweise möglich, dass das gemeinsame Gehäuse bzw. gemeinsame Bauteil auf einer Leiterplatte montierbar ist oder montiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der erste und zweite Sensor nebeneinander oder übereinander auf einer Applikationsleiterplatte angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der erste und zweiten Sensor und die Prozessorschaltung, insbesondere ein Mikrocontroller der Prozessorschaltung, in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder Bauteil integriert sind. Der erste und zweite Sensor können somit gemeinsam mit einem Mikrocontroller als gemeinsames Bauteil verbaut sein.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der erste und zweite Sensor jeweils Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren, Drucksensoren, Magnetsensoren, Temperatursensoren, Gassensoren, Feuchtesensoren, Helligkeitssensoren und/oder Mikrophone sind, ist es möglich, verschiedene Sensortypen in einem erfindungsgemäßen Sensorsystem zu verbauen. Der erste und der zweite Sensor sind dabei jedoch zur Erfassung der gleichen Messgröße (erste physikalische und/oder chemische Größe) eingerichtet. Die vorliegende Erfindung betrifft dabei verschiedene Sensortypen, die beispielsweise mit Mitteln der Mikromechanik hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft aber auch verschiedene Sensortypen, die nicht notwendigerweise mit Mitteln der Mikromechanik hergestellt werden, wie beispielsweise integrierte Temperatursensoren, die mit CMOS- Fertigungstechniken ohne dedizierte Mikromechanik-Prozesse hergestellt werden. Es ist beispielsweise möglich, dass der erste Sensor und der zweite Sensor jeweils Beschleunigungssensoren sind und dass die erste physikalische Größe eine Beschleunigung ist. Es ist beispielsweise denkbar, dass der erste und zweite Sensor jeweils Drehratensensoren sind und dass die erste physikalische Größe eine Drehrate ist.
Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Prozessorschaltung einen Mikrokontroller umfasst oder als Mikrokontroller ausgebildet ist, ist es möglich, eine kompakte Prozessorschaltung zu verwenden. Der Mikrokontroller kann dabei gemeinsam mit dem ersten und/oder zweiten Sensor verbaut sein (als gemeinsames Bauteil, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse) oder als separates Bauteil ausgeführt sein.
Für das Sensorsystem können dabei die Vorteile und Ausgestaltungen Anwendung finden, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Für das Verfahren können die Vorteile und Ausgestaltungen Anwendung finden, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem oder im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems beschrieben worden sind.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur la zeigt eine schematische Darstellung eines Offsets eines ersten Sensors und eines zweiten Sensors;
Figur 1b zeigt eine schematische Darstellung eines Rauschens eines ersten Sensors und eines zweiten Sensors;
Figur 1c zeigt eine schematische Darstellung eines Messbereichs eines ersten Sensors und eines zweiten Sensors;
Figur 2 zeigt ein erstes Signal eines ersten Sensors und ein zweites Signal eines zweiten Sensors in Abhängigkeit eines Eingangssignals;
Figuren 3a, 3b und 3c zeigen schematische Darstellungen eines ersten und zweiten Sensors gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 zeigt schematisch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figuren 5a und 5b zeigen schematische Darstellungen eines Sensorsystems gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
Ein Spannungsfeld in nahezu jeder Sensorspezifikation ergibt sich aus dem Ziel einer möglichst hohen Genauigkeit einerseits und einem möglichst großen Messbereich andererseits. Bei sehr hoher Genauigkeit ist im Allgemeinen der Messbereich des Sensors eingeschränkt. Umgekehrt, wenn der Messbereich sehr groß sein soll, leidet die Genauigkeit. Dies ist in den Figuren la, 1b und 1c durch einen Vergleich eines ersten Sensors 10 und eines zweiten Sensors 20, die die gleiche Messgröße erfassen, dargestellt.
In Figur la ist eine schematische Darstellung eines ersten Offsets 10‘ eines ersten Sensors 10 und eines zweiten Offsets 20‘ eines zweiten Sensors 20 gezeigt. Die y-Achse gibt dabei den jeweiligen Offset des (Ausgangs-)Signals der Sensoren an. Der erste Sensor 10 weist einen geringeren Offset auf als der zweite Sensor 20. Der erste Sensor 10 ist dementsprechend genauer.
In Figur 1b ist eine schematische Darstellung eines ersten Rauschens 10“ des ersten Sensors 10 und eines zweiten Rauschens 20“ des zweiten Sensors 20 gezeigt. Die y-Achse gibt dabei das jeweilige Rauschen des (Ausgangs-)Signals der Sensoren an. Der erste Sensor 10 weist ein geringeres Rauschen auf als der zweite Sensor 20. In Figur 1c ist eine schematische Darstellung eines ersten Messbereichs 10‘“ des ersten Sensors 10 und eines zweiten Messbereichs 20‘“ des zweiten Sensors 20 gezeigt. Die y-Achse gibt dabei den jeweiligen Messbereich der Sensoren an. Der erste Sensor 10 hat einen geringeren Messbereich als der zweite Sensor 20, weist dafür jedoch auch geringe Offsetfehler und ein geringes Rauschen auf. Der zweite Sensor 20 hat dagegen einen deutlich höheren Messbereich, zeigt jedoch größere Offsetfehler und ein stark erhöhtes Rauschen.
In Figur 2 ist ein erstes Signal eines ersten Sensors 10 und ein zweites Signal eines zweiten Sensors 20 in Abhängigkeit eines Eingangssignals bzw. einer Messgröße dargestellt. Das Eingangssignal ist dabei auf der x- Achse aufgetragen und das Ausgangssignal auf der y-Achse. Figur 2 zeigt somit die erste Kennlinie 11 des ersten Sensors 10 und die zweite Kennlinie 21 des zweiten Sensors 20.
Im linken Teil von Figur 2 ist zunächst ein großer Messbereich dargestellt. Aufgrund seines eingeschränkten Messbereichs clippt der erste Sensor 10 ab einer gewissen Eingangsgröße. Dies bedeutet, dass der erste Sensor 10 im gedippten Zustand bei Erhöhung des Eingangssignals keine weitere Erhöhung des Ausgangssignals zeigt. Dahingegen steigt das Ausgangssignal des zweiten Sensors 20 aufgrund seines größeren Messbereichs auch bei großen Eingangssignalen weiter an. Im rechten Teil der Figur 2 ist eine Vergrößerung des Kleinsignalbereichs dargestellt. Der zweite Sensor 20 weist einen größeren Offset auf (also ein von Null verschiedenes Ausgangssignal bei einem verschwindenden Eingangssignal). Zudem ist die zweite Kennlinie 21 des zweiten Sensors 20 stärker verrauscht als die erste Kennlinie 11 des ersten Sensors 10. Ferner ist es möglich, dass der zweite Sensor 20 eine andere Empfindlichkeit aufweist als der erste Sensor 10 und insbesondere einen höheren Empfindlichkeits- Fehler als der erste Sensor 10. In den Figuren 3a, 3b und 3c sind schematische Darstellungen von Anordnungen eines ersten und zweiten Sensors 10, 20 gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt.
In Figur 3a sind der erste und zweite Sensor 10, 20 als getrennte Sensormodule, insbesondere als erstes Sensormodul 301 und zweites Sensormodul 302, auf einer Applikationsleiterplatte 300 (printed circuit board - PCB) angeordnet. Die Sensormodule 301, 302 sind über Lötkontakte 303 mit der Applikationsleiterplatte 300 verbunden und beispielsweise nebeneinander auf der Applikationsleiterplatte montiert.
In Figur 3b ist dagegen ein Sensormodul 310 dargestellt, das einen ersten Sensorchip 311, aufweisend den ersten Sensor 10, und einen zweiten Sensorchip 312, aufweisend den zweiten Sensor 20, enthält. Die Sensorchips 311, 312 können beispielsweise an ihren Bondpads 313 mittels Bonddrähten (nicht dargestellt) mit einem darunterliegenden Auswerte-ASIC 314 (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) elektrisch verbunden sein. Der erste und zweite Sensor 10, 20 sind somit als getrennte Chips in einem gemeinsamen Gehäuse, beispielsweise einem Mold-Gehäuse oder einem Keramik-Gehäuse, verbaut.
In Figur 3c ist eine weitere Alternative dargestellt. Hierbei umfasst ein Sensorchip 320 einen ersten Sensorkern 321 (des ersten Sensors 10) und einen zweiten Sensorkern 322 (des zweiten Sensors 20). Der Sensorchip 320 kann über Bondpads 323 mit einem Auswerte-ASIC verbunden werden. Der erste und zweite Sensor 10, 20 sind somit auf dem gleichen Sensorchip 320 angeordnet.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann es sich bei dem ersten und zweiten Sensor 10, 20 auch um ein erstes und zweites Sensormodul 301, 302, einen ersten und zweiten Sensorchip 311, 312 oder einen ersten und zweiten Sensorkern 321, 322 handeln. Es ist somit beispielsweise denkbar, dass der erste und der zweite Sensor 10, 20 in ein und demselben Sensormodul, also in einem gemeinsamen Gehäuse oder sogar in einem gemeinsamen Chip angeordnet werden. In Figur 4 ist schematisch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Flussdiagramm dargestellt. In einem Ausleseschritt 401 wird durch die Prozessorschaltung 40 das erste Signal des ersten Sensors 10, welcher einen begrenzten Messbereich, aber eine hohe Genauigkeit aufweist, ausgelesen.
In einem weiteren Ausleseschritt 402 wird durch die gleiche Prozessorschaltung 40 ein zweites Signal des zweiten Sensors 20, welcher einen deutlich höheren Messbereich, aber eine geringere Genauigkeit aufweist, ausgelesen. Der Ausleseschritt 401 und der weitere Ausleseschritt 402 können dabei nacheinander (in beliebiger Abfolge) oder teilweise oder vollständig gleichzeitig durchgeführt werden. Sofern der erste Sensor 10 ein gültiges Signal liefert, also in einem clipping-freien Zustand ist, werden in einem Vergleichsschritt 403 das ausgelesene erste und zweite Signal miteinander verglichen, insbesondere über eine Differenzbildung betreffend das erste und das zweite Signal in der Prozessorschaltung 40. In einem Korrekturschritt 404 wird bei Bedarf, insbesondere wenn die Signale des ersten Sensors 10 und des zweiten Sensors 20 derart signifikant voneinander abweichen, dass ihre Differenz über einer festlegbaren Schwelle liegt, mittels der Prozessorschaltung 40 eine vorzugsweise digitale Korrektur des Offsets und/oder der Empfindlichkeit des zweiten Sensors 20 vorgenommen. Somit wird im Korrekturschritt 404 eine Korrektur des Offsets und/oder der
Empfindlichkeit des zweiten Sensors 20 in Abhängigkeit des Vergleichs des ersten und zweiten Signals durchgeführt. Die Prozessorschaltung 40 ist vorzugsweise als Mikrocontroller ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist es denkbar, das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an verschiedenen Zeitpunkten und/oder unterschiedlich häufig durchzuführen. Beispielsweise ist es denkbar, das Verfahren einmalig am Bandende, z. B. bei einem Automobil oder bei einem Verbraucherelektronikgerät, wie einem Smartphone, durchzuführen. Es ist alternativ denkbar, das Verfahren regelmäßig, beispielsweise jedes Mal beim Einschalten (Power-on) eines Verbraucherelektronikgeräts oder beim Starten eines Automobils durchzuführen.
Es ist alternativ denkbar, das Verfahren in-use, also während der Nutzung beispielsweise eines Verbraucherelektronikgeräts, insbesondere eines Smartphones, durchzuführen.
Mit Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können relevante Signalfehler, insbesondere betreffend den Offset und/oder die Empfindlichkeit, des zweiten Sensors 20 trotz seines großen Messbereichs sehr klein gehalten werden. Das (statistische) Rauschen des zweiten Sensors 20 kann jedoch nicht über den ersten Sensor 10 kompensiert werden.
In den Figuren 5a und 5b sind schematische Darstellungen eines Sensorsystems gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt.
In Figur 5a befindet sich der Mikrokontroller (also die Prozessorschaltung 40) zur Datenkorrektur außerhalb des Sensormoduls 310 bzw. außerhalb der getrennten Sensormodule 301, 302 und ist als getrenntes Bauelement 305 auf der Applikationsleiterplatte 300 ausgebildet. Bei dem getrennten Bauelement 305 kann es sich beispielsweise um den Applikationsprozessor eines Smartphones handeln.
In Figur 5b befindet sich die als Mikrocontroller 315 ausgebildete Prozessorschaltung 40 zur Daten korrektur gemeinsam mit dem ersten und/oder zweiten Sensor 10, 20 bzw. den Sensorchips 311, 312 im selben Sensormodul 310. Insbesondere kann der Mikrocontroller 315 im ASIC- Auswertechip 314 integriert sein. Das Sensormodul enthält in diesem Fall beispielsweise drei Chips 311, 312, 314 (oder alternativ zwei Chips: den gemeinsamen Sensorchip 320 und einen ASIC-Auswertechip 314). Es ist alternativ auch möglich, den Mikrocontroller als eigenen Chip getrennt vom ASIC-Auswertechip in das gleiche Sensormodul zu integrieren. Das Sensormodul enthält dann vier Chips 311, 312, 314, 315 (oder aber drei Chips 320, 314, 315).
Das erfindungsgemäß Verfahren kann für verschiedene Sensortypen und für verschiedene physikalische und/oder chemische Messgrößen angewandt werden. Beispielsweise kommen die folgenden Sensortypen für den ersten und zweiten Sensor 10, 20 infrage: Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren, Drucksensoren, Magnetsensoren, Temperatursensoren, Gassensoren, Feuchtesensoren, Helligkeitssensoren, Mikrophone.
Als Beispiel ist eine Kombination eines hoch-g-Beschleunigungssensors - mit großem Messbereich - (zweiter Sensor 20) mit einem nieder-g- Beschleunigungssensor (erster Sensor 10), die beispielsweise gemeinsam auf einem Sensorchip 320 integriert sind, möglich. Die beiden Sensorkerne 321, 322 des ersten und zweiten Sensors 10, 20 können ähnlich konstruiert sein, sich aber in ihrer Federsteifigkeit unterscheiden.
Als weiteres Beispiel ist eine Kombination eines Drucksensors (zweiter Sensor 20) mit großem Messbereich, beispielsweise für große Tauchtiefen in einer wasserdichten Taucheruhr, mit einem barometrischen Drucksensor (erster Sensor 10) mit eingeschränktem Messbereich denkbar. Auch hier ist eine technisch ähnliche Konstruktionsform der beiden Sensorkerne 321, 322 der beiden Sensoren 10, 20 möglich, indem beispielsweise die Spannweite der Drucksensormembran unterschiedlich ausgeführt wird, um unterschiedliche Messbereiche zu erzielen.

Claims

Ansprüche Verfahren zur Korrektur eines Offsets und/oder einer Empfindlichkeit eines zweiten Sensors (20) mithilfe eines ersten Sensors (10), wobei der erste Sensor (10) zur Messung einer ersten physikalischen und/oder chemischen Größe und zur Ausgabe eines ersten Signals betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe eingerichtet ist, wobei der zweite Sensor (20) zur Messung der ersten physikalischen und/oder chemischen Größe und zur Ausgabe eines zweiten Signals betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (10) betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe einen geringeren Offset- Fehler und/oder einen geringeren Empfindlichkeits- Fehler aufweist als der zweite Sensor (20),
— wobei in einem Ausleseschritt (401) mithilfe einer Prozessorschaltung (40) das erste Signal des ersten Sensors (10) ausgelesen wird,
— wobei in einem weiteren Ausleseschritt (402) mithilfe der Prozessorschaltung (40) das zweite Signal des zweiten Sensors (20) ausgelesen wird,
— wobei in einem Vergleichsschritt (403) mithilfe der Prozessorschaltung (40) das erste und das zweite Signal verglichen werden,
— wobei in einem Korrekturschritt (404) mithilfe der Prozessorschaltung (40) eine Korrektur des Offsets und/oder der Empfindlichkeit des zweiten Sensors (20) in Abhängigkeit des Vergleichs des ersten und zweiten Signals durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (10) für die erste physikalische und/oder chemische Größe einen geringeren Messbereich aufweist als der zweite Sensor (20). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Vergleichsschritt (403) der Vergleich des ersten Signals und des zweiten Signals mithilfe einer Differenzbildung des ersten Signals und des zweiten Signals durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Vergleichsschritt (403) mithilfe des ersten und zweiten Signals eine Offset- Differenz zwischen dem Offset des zweiten Sensors (20) und einem Offset des ersten Sensors (10) ermittelt wird, und/oder dass im Vergleichsschritt (403) mithilfe des ersten und zweiten Signals eine Empfindlichkeits-Differenz zwischen der Empfindlichkeit des zweiten Sensors (20) und einer Empfindlichkeit des ersten Sensors (10) ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Korrekturschritt (404) die Korrektur des Offsets und/oder der Empfindlichkeit des zweiten Sensors (20) in Abhängigkeit des Vergleichs des ersten und zweiten Signals derart durchgeführt wird, dass die Korrektur des Offsets und/oder der Empfindlichkeit des zweiten Sensors (20) mithilfe der im Vergleichsschritt (403) ermittelten Offset- Differenz und/oder Empfindlichkeits-Differenz durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Korrekturschritt (404) nur dann durchgeführt wird, wenn der Vergleich des ersten und zweiten Signals im Vergleichsschritt (403) ergibt, dass eine Differenz des ersten und zweiten Signals oberhalb einer festlegbaren Schwelle liegt, und/oder
- dass der Korrekturschritt (404) nur dann durchgeführt wird, wenn der Vergleich des ersten und zweiten Signals im Vergleichsschritt (403) ergibt, dass die Offset- Differenz oberhalb eines festlegbaren Schwellwerts liegt und/oder dass die Empfindlichkeits-Differenz oberhalb eines festlegbaren weiteren Schwellwerts liegt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Vergleichsschritt (403), insbesondere zumindest - 18 - mithilfe des ersten Signals, eine Zustandsermittlung für den ersten Sensor (10) durchgeführt wird, wobei der Korrekturschritt (404) nur dann durchgeführt wird, wenn die Zustandsermittlung ergibt, dass sich der erste Sensor (10) in einem funktionierenden Zustand, insbesondere in einem nicht gedippten Zustand, befindet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
-- dass das erste Signal ein erstes Messsignal des ersten Sensors (10) ist, welches insbesondere während eine Messbetriebs des ersten Sensors (10) erfasst wird, und/oder
-- dass das zweite Signal ein zweites Messsignal des zweiten Sensors (20) ist, welches insbesondere während eines Messbetriebs des zweiten Sensors (20) erfasst wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
-- dass das erste Signal ein erstes Testsignal des ersten Sensors (10) ist, welches insbesondere außerhalb eines Messbetriebs des ersten Sensors (10) während einer Testphase und/oder Prüfungsphase des ersten Sensors (10) erfasst wird, und/oder
-- dass das zweite Signal ein zweites Testsignal des zweiten Sensors (20) ist, welches insbesondere außerhalb eines Messbetriebs des zweiten Sensors (20) während einer Testphase und/oder Prüfungsphase des zweiten Sensors (20) erfasst wird. Sensorsystem, umfassend einen ersten Sensor (10), einen zweiten Sensor (20) und eine Prozessorschaltung (40), wobei der erste Sensor (10) zur Messung einer ersten physikalischen und/oder chemischen Größe und zur Ausgabe eines ersten Signals betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe eingerichtet ist, wobei der zweite Sensor (20) zur Messung der ersten physikalischen und/oder chemischen Größe und zur Ausgabe eines zweiten Signals betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe eingerichtet - 19 - ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (10) betreffend die erste physikalische und/oder chemische Größe einen geringeren Offset- Fehler und/oder einen geringeren Empfindlichkeits- Fehler aufweist als der zweite Sensor (20), wobei das Sensorsystem derart konfiguriert ist, dass:
— mithilfe der Prozessorschaltung (40) das erste Signal des ersten Sensors (10) ausgelesen wird,
— mithilfe der Prozessorschaltung (40) das zweite Signal des zweiten Sensors (20) ausgelesen wird,
— mithilfe der Prozessorschaltung (40) das erste und das zweite Signal verglichen werden,
— mithilfe der Prozessorschaltung (40) eine Korrektur des Offsets und/oder der Empfindlichkeit des zweiten Sensors (20) in Abhängigkeit des Vergleichs des ersten und zweiten Signals durchgeführt wird. Sensorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Sensor (10, 20) in einem gemeinsamen Sensorchip (320) integriert sind. Sensorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Sensor (10, 20) in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder Bauteil integriert sind. Sensorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Sensor (10, 20) nebeneinander oder übereinander auf einer Applikationsleiterplatte (300) angeordnet sind. Sensorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Sensor (10, 20) und die Prozessorschaltung (40), insbesondere ein Mikrocontroller der Prozessorschaltung (40), in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder Bauteil integriert sind. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Sensor (10, 20) jeweils - 20 -
Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren, Drucksensoren, Magnetsensoren, Temperatursensoren, Gassensoren, Feuchtesensoren, Helligkeitssensoren und/oder Mikrophone sind. 16. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessorschaltung (40) einen Mikrokontroller umfasst oder als Mikrokontroller ausgebildet ist.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5528452A (en) 1994-11-22 1996-06-18 Case Western Reserve University Capacitive absolute pressure sensor
DE19728381A1 (de) * 1997-07-03 1999-01-07 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Schaltung zur Funktionsüberwachung einer Sensorbrücke
DE10235370A1 (de) 2002-08-02 2004-02-12 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement
DE102016101864A1 (de) * 2015-02-03 2016-08-04 Infineon Technologies Ag Sensorsystem und Verfahren
WO2018185151A1 (de) * 2017-04-07 2018-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur strommessung und strommessvorrichtung
US20190187170A1 (en) 2017-12-20 2019-06-20 Apple Inc. Multi-Stage MEMS Accelerometer for Mixed G-Level Operation
WO2020059246A1 (ja) * 2018-09-21 2020-03-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 センサ処理回路及びセンサシステム

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2762877A1 (de) 2013-01-31 2014-08-06 Sensirion AG Kalibrierung eines chemischen Sensors in einer tragbaren elektronischen Vorrichtung
WO2016133439A1 (en) 2015-02-19 2016-08-25 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Method device and computer program for calibration of a sensor
JP2017156164A (ja) 2016-02-29 2017-09-07 Ｎｅｃソリューションイノベータ株式会社 センサシステム、センサ補正装置、センサ補正方法、及びプログラム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5528452A (en) 1994-11-22 1996-06-18 Case Western Reserve University Capacitive absolute pressure sensor
DE19728381A1 (de) * 1997-07-03 1999-01-07 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Schaltung zur Funktionsüberwachung einer Sensorbrücke
DE10235370A1 (de) 2002-08-02 2004-02-12 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement
DE102016101864A1 (de) * 2015-02-03 2016-08-04 Infineon Technologies Ag Sensorsystem und Verfahren
WO2018185151A1 (de) * 2017-04-07 2018-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur strommessung und strommessvorrichtung
US20190187170A1 (en) 2017-12-20 2019-06-20 Apple Inc. Multi-Stage MEMS Accelerometer for Mixed G-Level Operation
WO2020059246A1 (ja) * 2018-09-21 2020-03-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 センサ処理回路及びセンサシステム

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