WO2022148641A1 - Method for determining temperature-dependent deviations for a sensor system, and sensor system - Google Patents

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WO2022148641A1
WO2022148641A1 PCT/EP2021/086767 EP2021086767W WO2022148641A1 WO 2022148641 A1 WO2022148641 A1 WO 2022148641A1 EP 2021086767 W EP2021086767 W EP 2021086767W WO 2022148641 A1 WO2022148641 A1 WO 2022148641A1
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temperature
sensor
values
sensor system
sensor element
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PCT/EP2021/086767
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Joachim Kreutzer
Martin Kittel
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G01D3/036—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
    • G01D3/0365—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves the undesired influence being measured using a separate sensor, which produces an influence related signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2213/00—Temperature mapping

Definitions

  • the invention relates to a method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system.
  • the invention also relates to a method for temperature compensation of sensor values of a sensor system, a sensor system and an electronic device with a sensor system.
  • TCO Temperature Coefficient Offset
  • Pressure sensors with an integrated heating element show a heterogeneous temperature gradient within the sensor housing, since the heater represents a local, surface-shaped heat source that causes a characteristic temperature distribution according to the specific structure of the sensor and the different thermal conductivities of different materials. This differs from the more homogeneous temperature distribution when the heating element is not active, which depends on the ambient temperature that affects the sensor from the outside - of course taking other internal factors into account Heat sources such as electrical circuits. These different temperature distributions between active and deactivated heating elements cause different areas in the sensor to have different temperatures, especially the areas that lead to TCO errors.
  • the usual individual temperature sensor can be used to measure a temperature or its time profile and to draw conclusions about the temperatures of other regions that cannot be measured directly via the operating mode, but the sensor is subject to tolerances, so that its exact structure can be unknown.
  • An example is the thickness of the adhesive surface between the ASIC and the MEMS.
  • a method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system comprising: providing temperature values of a plurality of temperature sensor elements for a plurality of partial areas of a spatial area, comprising a MEMS sensor element and a processing element, of a sensor system heated by an internal heating element;
  • temperature values are provided for two different partial areas of a spatial area of a sensor system, with the sensor system being heated to different temperatures by an internal heating element of the sensor system.
  • measured values of a sensor element of the sensor system and sensor values of the sensor system based on the measured values are provided. Based on the temperature values of the two spatially separated sub-areas of the sensor system, temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable are determined.
  • reference values of the measured variable can be temperature-corrected measured values of the measured variable.
  • a more precise temperature determination within the spatial area of the sensor system can be carried out. Based on the more precise temperature determination, corresponding temperature-related effects can be taken into account for the various components arranged in the spatial area of the sensor system and, based on this, an improved one Determination of temperature-related deviations of the sensor values from the predetermined reference values of the measured variable.
  • temperature-related deviations in the sensor values are given by values of a temperature coefficient offset TCO of the sensor system.
  • the method further includes:
  • the technical advantage can be achieved that an improved temperature distribution within the spatial area can be determined.
  • the two spatially separate temperature sensor elements and the temperature values determined for the two partial areas enable a more precise determination of the temperature distribution covering the entire spatial area of the sensor system to be achieved. Based on the more precise determination of the temperature distribution within the spatial area, a more precise determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor element can be achieved by, for example, temperature-related influences on various components within the spatial area of the sensor system being more precisely taken into account.
  • determining the temperature-related deviations includes:
  • Execution of a model description of temperature influences on components of the sensor system arranged in the room area based on the temperature values of the plurality of partial areas of the room area and/or the temperature distribution.
  • the technical advantage can be achieved that an improved determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system is made possible.
  • Temperature-related influences on the functioning of the individual components can be taken into account when determining the temperature-related deviation of the sensor values of the sensor system via a model description of temperature influences on individual components of the sensor system, which are arranged within the room area and are therefore subject to the temperature distribution.
  • components of the sensor system include in particular the sensor element, the processing element, the heating element.
  • components can be provided by a housing, a filling medium, a substrate or other parts of the sensor.
  • a temperature of a sensor element is determined by temperature values of a first temperature sensor element and/or a temperature of a processing element of the sensor system is determined by temperature values of a second temperature sensor element.
  • the technical advantage can be achieved that a precise determination of temperature-related influences on the sensor element and/or on the processing element can be carried out.
  • a precise determination of temperature-related influences can be carried out and taken into account for the sensor element and/or the processing element. Since the sensor element and the processing element are the two components of the sensor system that have the greatest influence on the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system, determining the temperature-related influences on the sensor system or the processing system can further improve the determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system.
  • the method can be executed automatically and/or event-initiated and/or initiated by a host system at regular time intervals.
  • the technical advantage can be achieved that the temperature-related deviations in the sensor values can be determined at different points in time during the operation of the sensor system. This makes it possible to react to changes in the temperature influences on the individual components during operation of the sensor system. This enables a more precise determination of the temperature-related deviations.
  • determining the temperature-related deviations includes: Determination of temperature-related deviations in the measured values of the sensor element and/or the output values of the processing element.
  • the technical advantage can be achieved that an improved determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system can be provided.
  • a further specification of the determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system can be achieved, since both a temperature behavior of the sensor element and a temperature behavior of the Processing element represent significant contributions to the temperature-related deviation from the sensor values of the sensor system.
  • a method for temperature compensation of sensor values of a sensor system comprising:
  • Compensating for temperature-related deviations in the sensor values taking into account temperature values of a plurality of partial areas and/or a temperature distribution of a spatial area of the sensor system, the temperature-related deviations being determined according to the method according to the invention for determining temperature-related deviations;
  • the technical advantage can be achieved that improved compensation for the temperature-related deviations in the sensor values and more precise, temperature-compensated sensor values of the sensor system can be provided.
  • This can increase the precision of the sensor system.
  • the temperature compensation can be made more precise and the temperature-compensated sensor values associated with this can be made more precise.
  • a sensor system is provided with a MEMS sensor element for detecting a measured variable, a processing element for processing the measured values of the sensor element, a heating element for heating the sensor system and a plurality of temperature sensor elements, wherein the temperature sensor elements are set up, temperature values a plurality of partial areas of a spatial area of the sensor system comprising the MEMS sensor element and the processing element.
  • the sensor system is set up to carry out the method according to the invention for determining temperature-related deviations in the sensor values and/or the method according to the invention for temperature compensation.
  • the technical advantage can be achieved that an improved sensor system with improved determination of temperature-related deviations in the sensor values and/or improved temperature compensation can be made available.
  • the first temperature sensor element is designed as a temperature diode and integrated into the MEMS sensor element and/or the second temperature sensor element is designed as a temperature diode and integrated into the processing element.
  • the technical advantage can be achieved that the temperature of the sensor element or the temperature of the processing element can be determined as precisely as possible.
  • the sensor element is designed as a pressure sensor element, a moisture sensor element, a gas sensor element, an acceleration sensor element, a magnetic field sensor element, an inertial sensor element or a yaw rate sensor element, and/or the processing element is designed as an application-specific circuit ASIC.
  • an electronic device with a sensor system according to one of the preceding embodiments is provided.
  • an electronic device can be provided with an improved microelectromechanical sensor system with the advantages mentioned above.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a microelectromechanical
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a homogeneous temperature distribution in a sensor system according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an inhomogeneous temperature distribution in a sensor system according to an embodiment
  • FIG. 4 shows a flow chart of a method for determining temperature-related deviations according to an embodiment
  • FIG. 5 shows a flow chart of a method for temperature compensation according to an embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an electronic device with a sensor system according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a microelectromechanical sensor system 100 according to an embodiment.
  • the sensor system 100 is designed as a pressure sensor.
  • the sensor system 100 in the embodiment shown comprises a MEMS sensor element 101, a processing element 103 and a heating element 105, each of which is arranged in a spatial area 110 of the sensor system 100.
  • FIG. The spatial area 110 is formed by a housing 113 and a substrate 111 .
  • the processing element 103 is arranged on the substrate 111 via a fixing layer 121 .
  • the MEMS sensor element 101 is arranged on the processing element 103 via a connection layer 117 .
  • the sensor system 100 further comprises a first temperature sensor element 107 and a second temperature sensor element 109.
  • the first temperature sensor element 107 is arranged on the MEMS sensor element 101, while the second temperature sensor element 109 is arranged on the processing element 103.
  • the first temperature sensor element 107 is set up to record first temperature values for a first partial area 114 of the spatial area 110 of the sensor system 100 .
  • the second temperature sensor element 109 is set up to record second temperature values for a second partial area 116 of the spatial area 110 of the sensor system 100 .
  • the first portion 114 of the first temperature sensor element 107 includes the MEMS sensor element 101.
  • the second portion 116 of the second temperature sensor element 109 includes the processing element 103.
  • the heating element 105 is arranged next to the processing element 103 and fixed to the substrate 111 via the fixing layer 121 .
  • a filling medium 115 is also filled in the spatial region 110, so that the MEMS sensor element 101, the processing element 103, the heating element 105, the first temperature sensor element 107 and the second temperature sensor element 109 are covered by the filling medium 115.
  • the MEMS sensor element 101 is further connected to the processing element 103 via a bonding connection 119 .
  • the sensor system 100 in the embodiment shown also includes a data processing device 123 which is connected to the processing element 103 via a data connection 125 .
  • the sensor system 100 is set up to carry out a method 200 according to the invention for determining temperature-related deviations in the sensor values and a method 300 according to the invention for temperature compensation of sensor values of the sensor system 100 .
  • a method 200 according to the invention for determining temperature-related deviations in the sensor values and a method 300 according to the invention for temperature compensation of sensor values of the sensor system 100 .
  • the methods 200, 300 refer to the description of FIG. 4 and Figure 5 referenced.
  • the sensor system 100 can also be operated in a test mode or an operating mode.
  • test mode sensor system 100 is set up to determine a temperature-related deviation in the sensor values of sensor system 100 according to method 200 .
  • the heating element 105 is set up to heat up the sensor system 100 and in particular the components within the area 110 .
  • the first and second temperature sensor elements 107, 109 are set up here to record first temperature values for the first partial area 114 and second temperature values for the second partial area 116 during the heating.
  • the first temperature sensor element 107 is set up in particular to record a temperature of the MEMS sensor element 101 via the first temperature values.
  • the second temperature sensor element 109 is also set up to record a temperature of the processing element 103 via the second temperature values.
  • the sensor system 100 is also set up to determine temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system 100 from temperature-corrected reference values of a measured variable.
  • the measured variable is an atmospheric pressure of an environment surrounding the sensor system 100 .
  • the first and second temperature sensor elements 107, 109 can be in the form of temperature diodes.
  • the first temperature sensor element 107 can be integrated into the MEMS sensor element 101
  • the second temperature sensor element 109 can be integrated into the processing element 103 .
  • sensor element 101 can be designed as a moisture sensor element, a gas sensor element, an acceleration sensor element, a magnetic field sensor element, an inertial sensor element or a yaw rate sensor element.
  • the processing element 103 can be embodied as an application-specific circuit ASIC.
  • Sensor system 100 is set up to carry out methods 200, 300 via processing element 103 and/or via data processing device 123.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a homogeneous temperature distribution in a sensor system 100 according to an embodiment.
  • FIG. 2 the sensor system 100 from FIG. 1 is shown. For the sake of clarity, however, only individual components of the sensor system 100 are shown in FIG. 2 .
  • the sensor system 100 in FIG. 2 comprises the sensor element 101, the processing element 103, both of which are arranged on the substrate 111 and within the housing 113.
  • the sensor system 100 in FIG. 2 the sensor system 100 is heated and has a homogeneous temperature distribution. The temperature distribution is represented by hatching of different densities, with dark-colored areas having a high temperature T while a correspondingly low temperature T prevails in light-colored areas.
  • heating of the sensor system 100 can be achieved, for example, by an external heating source, not shown.
  • the external heating leads to strong heating of the housing 113 and to a homogeneous temperature distribution within the housing 113.
  • the components arranged within the housing 113, the sensor element 101 and the Processing element 103 have different temperatures in this case. However, the temperature differences are small and the individual components are heated uniformly, so that both the sensor element 101 and the processing element 103 have a uniform temperature. Temperature gradients between the individual components are therefore weak. Temperature measurements at a measuring point allow statements to be made about temperatures in other areas within the housing 113 .
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an inhomogeneous temperature distribution in a sensor system 100 according to an embodiment.
  • FIG. 3 shows the sensor system from FIG. 2. Deviating from this, the sensor system 100 in FIG. 3 has a heating element 105.
  • a temperature distribution is shown within the housing 113 of the sensor system 100 when it is heated by the heating element 105.
  • the heating via the heating element 105 results in a highly inhomogeneous temperature distribution, in which the processing element 103, in the immediate vicinity of which the heating element 105 is arranged, is heated very strongly, while areas within the housing that are further away from the heating element 105 are heated slightly and accordingly have low temperatures. This results in strong temperature differences between areas directly on the processing element 103 and areas directly on the heating element 105.
  • the processing element 103 also shows a non-constant temperature distribution in which the areas of the processing element 103 directly adjacent to the heating element 105 have a higher temperature than from the heating element 105 areas that are further away, for example at the edges of the processing element 103. This creates strong temperature gradients for the area inside the housing 113. The strong temperature gradients do not allow temperatures in other areas to be determined by just measuring the temperature at one measuring point inside the housing 113 to close within the housing 113.
  • FIG. 4 shows a flow diagram of a method 200 for determining temperature-related deviations according to an embodiment.
  • the method 200 according to the invention for determining temperature-related deviations from sensor values of a sensor system 100 can be applied to a sensor system according to FIGS.
  • the method 100 for determining temperature-related deviations in sensor values can be carried out in a test mode of the sensor system 100 .
  • the sensor system 100 is first heated to different temperatures via the heating element 105 .
  • the heating can take place, for example, over a predetermined period of time or be carried out until a predetermined temperature is reached.
  • a plurality of temperature values of the first and second temperature elements 107, 109 for a plurality of partial regions 114, 116 of the spatial region 110 of the heated sensor system 100 comprising the MEMS sensor element 101 and the processing element 103 are provided for different temperatures .
  • corresponding temperature measurements are carried out by the first and second temperature sensor elements 107 , 109 .
  • a temperature of the first partial area 114 of the spatial area 110 of the sensor system 100 can be determined via the temperature measurement of the first temperature sensor element 107 .
  • a temperature of the second partial area 116 of the spatial area 110 can be determined via the temperature measurement of the second temperature sensor element 109 .
  • step 203 measured values of the measured variable of the sensor element 101 are provided.
  • the measured values were recorded by the sensor element 101 during the heating.
  • a method step 205 sensor values of the sensor system 100 are provided.
  • the sensor values are based on processing of the measured values of sensor element 101 by processing element 103.
  • a temperature distribution within the spatial region 110 is determined based on the first and second temperature values.
  • a method step 207 temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable are determined based on the first and second temperature values and/or based on the temperature distribution within the spatial area 110 .
  • method step 207 includes a method step 211 in which a model description of temperature influences on components 112 of sensor system 100 arranged in spatial region 110 is determined in order to determine the temperature-related deviations in the sensor values.
  • the components 112 can be the MEMS sensor element 101, the processing element 103, the heating element 105, the first and second temperature sensor elements 107, 109, the substrate 111, the housing 113, the filling medium 115, the connection layer 117, the bonding connection 119 and include the fixing layer 121 of the sensor system 100 according to the exemplary embodiment shown in FIG. 1 .
  • Temperature influences of all components of sensor system 100 or of relevant components 112 of sensor system 100 and their influences on the temperature-related deviation of the sensor values of sensor system 100 can be taken into account via the model description.
  • a model description can be based on a corresponding mathematical function or on a corresponding algorithm. The model description can already be known and can only be executed in method step 211 .
  • a temperature of the sensor element 101 is determined by the first temperature values of the first temperature sensor element 107
  • a temperature of the processing element 103 is determined by the second temperature values of the second temperature sensor element 109 .
  • the processing element 103 is arranged.
  • the first temperature sensor element 107 can be integrated into the MEMS sensor element 101 as a temperature diode, for example, while the second temperature sensor element 109 is integrated into the processing element 103 as a temperature diode.
  • the temperature-related deviations in the measured values of sensor element 101 are determined in order to determine the temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100. Additionally or alternatively, the temperature-related deviations in the output values of the processing element 103, which are generated by processing the measured values of the sensor element 101, are determined. The determination of the temperature-related deviations in the measured values of the sensor element 101 and the output values of the processing element 103 is carried out on the basis of the first and second temperature values of the first and second temperature sensor elements 107, 109.
  • the temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100 are determined on the basis of the determined temperature-related deviations in the measured values of sensor element 101 and the output values of processing element 103 .
  • sensor system 100 By determining the temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100, which can be given by a temperature coefficient tenoffset TCO, for example, sensor system 100 can be calibrated.
  • FIG. 5 shows a flow chart of a method 300 for temperature compensation of sensor values according to an embodiment.
  • the method 200 according to the invention for temperature compensation of sensor values of a sensor system 100 can be applied to a sensor system according to FIGS. 1 to 3.
  • the method 300 can be carried out in an operating mode of the sensor system 100, for example.
  • a first method step 301 the temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100 are compensated.
  • the temperature-related deviations are determined according to the inventive method 200 for determining temperature-related deviations.
  • thermoelectric sensor values of sensor system 100 are accordingly generated.
  • first and second temperature sensor elements 107, 109 can be arranged at any desired locations within the spatial area 110 of the sensor system 100 and designed to record temperature values for any partial areas of the spatial area 110.
  • the sensor system 100 can have any number of different temperature sensor elements, via which the temperature values of different partial areas of the spatial area 110 can be recorded.
  • a detailed temperature distribution within the spatial region 110 can be determined via the plurality of temperature sensor elements.
  • the temperatures of the individual components 112 of the sensor system 100 can be determined via the temperature distribution described in detail, which occurs for example via a corresponding model description. Based on this, temperature-related deviations in the output values of the individual components 112 or temperature-related influences of the components 112 on the sensor values of the sensor system 100 can be determined in detail.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an electronic device 400 with a sensor system 100 according to an embodiment.
  • the electronic device 400 includes a control unit 401 in addition to the microelectromechanical sensor system 100 .
  • the control unit 301 can include the data processing device 123 .
  • the electronic device 400 can be a consumer electronic device, for example a smartphone or a smartwatch. However, the invention should not be limited to the examples given.

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Abstract

The invention relates to a method for determining temperature-dependent deviations of sensor values of a sensor system (100), comprising: providing (201) temperature values of a plurality of temperature sensor elements (107, 109) for a plurality of sections (114, 116) of a spatial region (110), comprising a MEMS sensor element (101) and a processing element (103), of a sensor system (100) heated by an integrated heating element (105); providing (203) measured values of a measurand of the sensor element (101); providing (205) sensor values, wherein the sensor values are generated by processing the measured values via the processing element (103); and, on the basis of the temperature values of the temperature sensor elements (107, 109), determining (207) temperature-dependent deviations of the sensor values from reference values of the measurand. The invention also relates to a method for temperature compensation (300), a sensor system (100) and an electronic device (400) having a sensor system (100).

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen für ein Sen- sorsystem und Sensorsystem Process for determining temperature-related deviations for a sensor system and sensor system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Temperaturkompensation von Sensorwerten eines Sen sorsystems, ein Sensorsystem und eine elektronische Vorrichtung mit einem Sensorsystem. The invention relates to a method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system. The invention also relates to a method for temperature compensation of sensor values of a sensor system, a sensor system and an electronic device with a sensor system.
Stand der Technik State of the art
Sensorsysteme, vor allem in der Konsumerelektronik, weisen einen temperatur abhängigen Fehler des Ausgangssignals auf, der als Temperature Coefficient Offset (TCO) bezeichnet wird. Aus der Druckschrift US 2019/0086284 A1 ist be kannt, zur Kompensation des TCO mittels eines Temperatursensors innerhalb des Sensorsystems eine Temperaturverteilung zu bestimmen, um basierend auf der Temperaturverteilung eine Temperaturkorrektur der Sensorwerte des Sen sorsystems durchzuführen. Sensor systems, especially in consumer electronics, show a temperature-dependent error in the output signal, which is referred to as Temperature Coefficient Offset (TCO). It is known from publication US 2019/0086284 A1 to use a temperature sensor to determine a temperature distribution within the sensor system in order to compensate for the TCO, in order to carry out a temperature correction of the sensor values of the sensor system based on the temperature distribution.
Drucksensoren mit integriertem Heizelement zeigen einen heterogenen Tempe raturgradienten innerhalb des Sensorgehäuses, da der Heizer eine lokale, flä chenförmige Wärmequelle darstellt, die eine charakteristische Temperaturvertei lung entsprechend dem konkreten Aufbau des Sensors und der unterschiedli chen Wärmeleitfähigkeiten verschiedener Materialien verursacht. Dies unter scheidet sich von der homogeneren Temperaturverteilung bei nicht aktivem Heiz element, die von der Umgebungstemperatur abhängt, die von außen auf den Sensor einwirkt - selbstverständlich unter Berücksichtigung weiterer interner Wärmequellen wie elektrischen Schaltkreisen. Diese unterschiedlichen Tempera turverteilungen zwischen aktivem und deaktiviertem Heizelement bewirken, dass unterschiedliche Bereiche im Sensor unterschiedliche Temperaturen haben, ins besondere die Bereiche, die zu TCO-Fehlern führen. Prinzipiell kann der übliche einzelne Temperatursensor dazu verwendet werden, eine Temperatur oder de ren zeitlichen Verlauf zu messen und über den Betriebsmodus Rückschlüsse auf die nicht direkt messbaren Temperaturen anderer Regionen zu ziehen, jedoch unterliegt der Sensor Toleranzen, sodass sein genauer Aufbau unbekannt sein kann. Als Beispiel sei hierbei die Dicke der Klebstofffläche zwischen ASIC und MEMS genannt. Als Konsequenz herrschen bei aktivem Heizer im ASIC und MEMS unterschiedliche Temperaturgradienten und es ist nicht möglich, basie rend auf einer einzelnen Temperaturmessung auf einer dieser Komponenten die Temperaturdifferenz zum Temperaturgradienten auf der anderen Komponente zu bestimmen. Da sowohl ASIC als auch MEMS Strukturen beinhalten, die tempera turabhängig das Druckausgangssignal beeinflussen, kann ein Restfehler nicht unterschritten werden. Daraus ergibt sich das Problem, wie sich die Temperatu ren mehrerer relevanter Bereiche, insbesondere MEMS und ASIC, innerhalb des Drucksensors bei unbekannten Temperaturgradienten genau bestimmen lassen. Pressure sensors with an integrated heating element show a heterogeneous temperature gradient within the sensor housing, since the heater represents a local, surface-shaped heat source that causes a characteristic temperature distribution according to the specific structure of the sensor and the different thermal conductivities of different materials. This differs from the more homogeneous temperature distribution when the heating element is not active, which depends on the ambient temperature that affects the sensor from the outside - of course taking other internal factors into account Heat sources such as electrical circuits. These different temperature distributions between active and deactivated heating elements cause different areas in the sensor to have different temperatures, especially the areas that lead to TCO errors. In principle, the usual individual temperature sensor can be used to measure a temperature or its time profile and to draw conclusions about the temperatures of other regions that cannot be measured directly via the operating mode, but the sensor is subject to tolerances, so that its exact structure can be unknown. An example is the thickness of the adhesive surface between the ASIC and the MEMS. As a consequence, when the heater is active, different temperature gradients prevail in the ASIC and MEMS and it is not possible to determine the temperature difference to the temperature gradient on the other component based on a single temperature measurement on one of these components. Since both ASIC and MEMS contain structures that influence the pressure output signal as a function of temperature, a residual error cannot be undershot. This gives rise to the problem of how to precisely determine the temperatures of several relevant areas, in particular MEMS and ASIC, within the pressure sensor when the temperature gradients are unknown.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bestim mung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensor systems, ein verbessertes Verfahren zur Temperaturkompensation von Sensor werten eines Sensorsystems, ein verbessertes Sensorsystem und eine elektroni sche Vorrichtung mit einem verbesserten Sensorsystem bereitzustellen. It is therefore an object of the invention to provide an improved method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system, an improved method for temperature compensation of sensor values in a sensor system, an improved sensor system and an electronic device with an improved sensor system.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren, das Sensorsystem und die elektroni sche Vorrichtung der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen sind Gegenstand der untergeordneten Ansprüche. This object is achieved by the method, the sensor system and the electronic device cal of the independent claims. Advantageous Ausgestaltun gene are the subject of the subordinate claims.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung von tem peraturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems bereit gestellt, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen von Temperaturwerten einer Mehrzahl von Temperatursensorelementen für eine Mehrzahl von Teilbereichen eines ein MEMS-Sensorelement und ein Verarbei tungselement umfassenden Raumbereichs eines durch ein internes Heizelement ge heizten Sensorsystems; According to one aspect of the invention, a method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system is provided, the method comprising: providing temperature values of a plurality of temperature sensor elements for a plurality of partial areas of a spatial area, comprising a MEMS sensor element and a processing element, of a sensor system heated by an internal heating element;
Bereitstellen von Messwerten einer Messgröße des Sensorelements; providing measured values of a measured variable of the sensor element;
Bereitstellen von Sensorwerten, wobei die Sensorwerte durch Verarbeiten der Mess werte durch das Verarbeitungselement generiert sind; und providing sensor values, the sensor values being generated by processing the measurement values by the processing element; and
Basierend auf den Temperaturwerten der Temperatursensorelemente Ermitteln von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte von Referenzwerten der Mess größe. Based on the temperature values of the temperature sensor elements, determination of temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfah ren zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems bereitgestellt werden kann, das eine präzisere Ermittlung von tempera turbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems von Referenzwerten der Messgröße ermöglicht. Hierzu werden für zwei verschiedene Teilbereiche eines Raumbereichs eines Sensorsystems Temperaturwerte bereitgestellt, wobei das Sen sorsystem durch ein internes Heizelement des Sensorsystems auf verschiedene Tem peraturen aufgeheizt ist. Darüber hinaus werden Messwerte eines Sensorelements des Sensorsystems und auf den Messwrten basierende Sensorwerte des Sensorsystems bereitgestellt. Basierend auf den Temperaturwerten der zwei räumlich getrennten Teil bereiche des Sensorsystems werden temperaturbedingte Abweichungen der Sensor werte von Referenzwerten der Messgröße bestimmt. Referenzwerte der Messgröße können hierbei temperaturkorrigierte Messwerte der Messgröße sein. Durch die Tem peraturbestimmung für die beiden Teilbereiche des Sensorsystems kann eine präzi sere Temperaturbestimmung innerhalb des Raumbereichs des Sensorsystems erfol gen. Basierend auf der präziseren Temperaturbestimmung können für die verschiede nen im Raumbereich des Sensorsystems angeordneten Komponenten entsprechende temperaturbedingte Effekte berücksichtigt werden und darauf basierend eine verbes serte Ermittlung von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte von den vorbestimmten Referenzwerten der Messgröße erfolgen. This can achieve the technical advantage that an improved method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system can be provided, which enables temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system from reference values of the measured variable to be determined more precisely. To this end, temperature values are provided for two different partial areas of a spatial area of a sensor system, with the sensor system being heated to different temperatures by an internal heating element of the sensor system. In addition, measured values of a sensor element of the sensor system and sensor values of the sensor system based on the measured values are provided. Based on the temperature values of the two spatially separated sub-areas of the sensor system, temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable are determined. In this case, reference values of the measured variable can be temperature-corrected measured values of the measured variable. By determining the temperature for the two sub-areas of the sensor system, a more precise temperature determination within the spatial area of the sensor system can be carried out. Based on the more precise temperature determination, corresponding temperature-related effects can be taken into account for the various components arranged in the spatial area of the sensor system and, based on this, an improved one Determination of temperature-related deviations of the sensor values from the predetermined reference values of the measured variable.
Im Sinne der Anmeldung sind temperaturbedingte Abweichungen der Sensorwerte durch Werte eines Temperaturkoeffizientenoffsets TCO des Sensorsystems gegeben. Nach einer Ausführung umfasst das Verfahren ferner: Within the meaning of the application, temperature-related deviations in the sensor values are given by values of a temperature coefficient offset TCO of the sensor system. According to one embodiment, the method further includes:
Bestimmen einer Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs basierend auf den Temperaturwerten der Mehrzahl von Teilbereichen des Raumbereichs und Berücksich tigen der Temperaturverteilung in der Ermittlung der temperaturbedingten Abweichun gen. Determining a temperature distribution within the spatial area based on the temperature values of the plurality of sub-areas of the spatial area and taking into account the temperature distribution when determining the temperature-related deviations.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte Tempe raturverteilung innerhalb des Raumbereichs ermittelt werden kann. Durch die zwei räumlich getrennten Temperatursensorelemente und die für die zwei Teilbereiche be stimmten Temperaturwerte kann eine präzisere Bestimmung der den gesamten Raum bereich des Sensorsystems umfassenden Temperaturverteilung erzielt werden. Basie rend auf der präziseren Ermittlung der Temperaturverteilung innerhalb des Raumbe reichs kann eine präzisere Bestimmung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorelements erzielt werden, indem beispielsweise temperaturbe dingte Einflüsse auf verschiedene Komponenten innerhalb des Raumbereichs des Sensorsystems präziser berücksichtigt werden können. In this way, the technical advantage can be achieved that an improved temperature distribution within the spatial area can be determined. The two spatially separate temperature sensor elements and the temperature values determined for the two partial areas enable a more precise determination of the temperature distribution covering the entire spatial area of the sensor system to be achieved. Based on the more precise determination of the temperature distribution within the spatial area, a more precise determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor element can be achieved by, for example, temperature-related influences on various components within the spatial area of the sensor system being more precisely taken into account.
Nach einer Ausführung umfasst das Ermitteln der temperaturbedingten Abwei chungen: According to one embodiment, determining the temperature-related deviations includes:
Ausführen einer Modellbeschreibung von Temperatureinflüssen auf im Raumbe reich angeordnete Komponenten des Sensorsystems basierend auf den Tempe raturwerten der Mehrzahl von Teilbereichen des Raumbereichs und/oder der Temperaturverteilung. Execution of a model description of temperature influences on components of the sensor system arranged in the room area based on the temperature values of the plurality of partial areas of the room area and/or the temperature distribution.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte Be stimmung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensor systems ermöglicht ist. Über eine Modellbeschreibung von Temperatureinflüssen auf einzelne Komponenten des Sensorsystems, die innerhalb des Raumbereichs angeordnet sind und somit der Temperaturverteilung unterworfen sind, können temperaturbedingte Einflüsse auf die Funktionsweise der einzelnen Komponen ten in die Ermittlung der temperaturbedingten Abweichung der Sensorwerte des Sensorsystems berücksichtigt werden. As a result, the technical advantage can be achieved that an improved determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system is made possible. Temperature-related influences on the functioning of the individual components can be taken into account when determining the temperature-related deviation of the sensor values of the sensor system via a model description of temperature influences on individual components of the sensor system, which are arranged within the room area and are therefore subject to the temperature distribution.
Im Sinne der Anmeldung umfassen Komponenten des Sensorsystems insbeson dere das Sensorelement, das Verarbeitungselement, das Heizelement. Darüber hinaus können Komponenten durch ein Gehäuse, ein Füllmedium, ein Substrat oder weitere Bestandteile des Sensors gegeben sein. Within the meaning of the application, components of the sensor system include in particular the sensor element, the processing element, the heating element. About that In addition, components can be provided by a housing, a filling medium, a substrate or other parts of the sensor.
Nach einer Ausführungsform sind durch Temperaturwerte eines ersten Tempera tursensorelements eine Temperatur eines Sensorelements und/oder durch Tem peraturwerte eines zweiten Temperatursensorelements eine Temperatur eines Verarbeitungselements des Sensorsystems bestimmt. According to one embodiment, a temperature of a sensor element is determined by temperature values of a first temperature sensor element and/or a temperature of a processing element of the sensor system is determined by temperature values of a second temperature sensor element.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Bestim mung von temperaturbedingten Einflüssen auf das Sensorelement und/oder auf das Verarbeitungselement durchgeführt werden können. Durch die exakte Be stimmung der Temperatur des Sensorelements und/oder der Temperatur des Verarbeitungselements kann für das Sensorelement und/oder das Verarbeitungs element eine präzisere Bestimmung der temperaturbedingten Einflüsse durchge führt und berücksichtigt werden. Da das Sensorelement und das Verarbeitungs element die zwei Komponenten des Sensorsystems sind, die den größten Ein fluss auf die temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensor systems haben, kann über die Bestimmung der temperaturbedingten Einflüsse auf das Sensorsystem bzw. das Verarbeitungssystem eine weitere Verbesserung des Ermittelns der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems erreicht werden. In this way, the technical advantage can be achieved that a precise determination of temperature-related influences on the sensor element and/or on the processing element can be carried out. By precisely determining the temperature of the sensor element and/or the temperature of the processing element, a more precise determination of the temperature-related influences can be carried out and taken into account for the sensor element and/or the processing element. Since the sensor element and the processing element are the two components of the sensor system that have the greatest influence on the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system, determining the temperature-related influences on the sensor system or the processing system can further improve the determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system.
Nach einer Ausführungsform ist das Verfahren in regelmäßigen Zeitabständen automatisch und/oder ereignis-initiiert und/oder von einem Host-System initiiert ausführbar. According to one embodiment, the method can be executed automatically and/or event-initiated and/or initiated by a host system at regular time intervals.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass zu verschiedenen Zeitpunkten während des Betriebs des Sensorsystems eine Bestimmung der temperaturbedingten Abweichungen de Sensorwerte durchgeführt werden kann. Hierdurch kann auf Veränderungen der Temperatureinflüsse auf die einzelnen Komponenten während des Betriebs des Sensorsystems reagiert werden. Dies ermöglicht eine präzisere Bestimmung der temperaturbedingten Abweichungen. In this way, the technical advantage can be achieved that the temperature-related deviations in the sensor values can be determined at different points in time during the operation of the sensor system. This makes it possible to react to changes in the temperature influences on the individual components during operation of the sensor system. This enables a more precise determination of the temperature-related deviations.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln der temperaturbedingten Ab weichungen: Ermitteln von temperaturbedingten Abweichungen der Messwerte des Sensorele ments und/oder der Ausgabewerte des Verarbeitungselements. According to one embodiment, determining the temperature-related deviations includes: Determination of temperature-related deviations in the measured values of the sensor element and/or the output values of the processing element.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte Er mittlung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensor systems bereitgestellt werden kann. Durch Berücksichtigen der temperaturbe dingten Abweichungen der Messwerte des Sensorelements und/oder der tempe ratu rbedingten Abweichungen der Ausgabewerte des Verarbeitungselements kann eine weitere Präzisierung der Ermittlung der temperaturbedingten Abwei chungen der Sensorwerte des Sensorsystems erreicht werden, da sowohl ein Temperaturverhalten des Sensorelements als auch ein Temperaturverhalten des Verarbeitungselements maßgebliche Beiträge zu der temperaturbedingten Ab weichung der Sensorwerte des Sensorsystems darstellen. As a result, the technical advantage can be achieved that an improved determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system can be provided. By taking into account the temperature-related deviations in the measured values of the sensor element and/or the temperature-related deviations in the output values of the processing element, a further specification of the determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system can be achieved, since both a temperature behavior of the sensor element and a temperature behavior of the Processing element represent significant contributions to the temperature-related deviation from the sensor values of the sensor system.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Temperatur kompensation von Sensorwerten eines Sensorsystems bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: According to a second aspect of the invention, a method for temperature compensation of sensor values of a sensor system is provided, the method comprising:
Kompensieren von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte unter Berücksichtigung von Temperaturwerten einer Mehrzahl von Teilbereichen und/oder einer Temperaturverteilung eines Raumbereichs des Sensorsystem, wobei die temperaturbedingten Abweichung nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren zur Bestimmung von Temperaturbedingten Abweichungen bestimmt sind; und Compensating for temperature-related deviations in the sensor values, taking into account temperature values of a plurality of partial areas and/or a temperature distribution of a spatial area of the sensor system, the temperature-related deviations being determined according to the method according to the invention for determining temperature-related deviations; and
Generieren von temperaturkompensierten Sensorwerten des Sensorsystems. Generation of temperature-compensated sensor values of the sensor system.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte Kompensation der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte und präzisere temperaturkompensierte Sensorwerte des Sensorsystems bereitge stellt werden können. Hierdurch kann die Präzisierung des Sensorsystems er höhtwerden. Durch die Berücksichtigung der verschiedenen Temperaturwerte der verschiedenen Teilbereiche und/oder der ermittelten Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs kann eine Präzisierung der Temperaturkompensa tion und damit verbunden eine Präzisierung der temperaturkompensierten Sen sorwerte erreicht werden. Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Sensorsystem mit einem MEMS-Sensorelement zur Erfassung einer Messgröße, einem Verarbeitungsele ment zum Verarbeiten der Messwerte des Sensorelements, einem Heizelement zum Heizen des Sensorsystems und einer Mehrzahl von Temperatursensorele menten bereitgestellt, wobei die Temperatursensorelemente eingerichtet sind, Temperaturwerte einer Mehrzahl von Teilbereichen eines das MEMS- Sensorelement und das Verarbeitungselement umfassenden Raumbereichs des Sensorsystems zu bestimmen. As a result, the technical advantage can be achieved that improved compensation for the temperature-related deviations in the sensor values and more precise, temperature-compensated sensor values of the sensor system can be provided. This can increase the precision of the sensor system. By taking into account the different temperature values of the different sub-areas and/or the determined temperature distribution within the spatial area, the temperature compensation can be made more precise and the temperature-compensated sensor values associated with this can be made more precise. According to a third aspect of the invention, a sensor system is provided with a MEMS sensor element for detecting a measured variable, a processing element for processing the measured values of the sensor element, a heating element for heating the sensor system and a plurality of temperature sensor elements, wherein the temperature sensor elements are set up, temperature values a plurality of partial areas of a spatial area of the sensor system comprising the MEMS sensor element and the processing element.
Nach einer Ausführungsform ist das Sensorsystem eingerichtet, das erfindungs gemäße Verfahren zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturkompen sation auszuführen. According to one embodiment, the sensor system is set up to carry out the method according to the invention for determining temperature-related deviations in the sensor values and/or the method according to the invention for temperature compensation.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Sensorsystem mit verbesserter Bestimmung von temperaturbedingten Abwei chungen der Sensorwerte und/oder verbesserter Temperaturkompensation be reitgestellt werden kann. As a result, the technical advantage can be achieved that an improved sensor system with improved determination of temperature-related deviations in the sensor values and/or improved temperature compensation can be made available.
Nach einer Ausführungsform ist das erste Temperatursensorelement als Tempe raturdiode ausgebildet und in das MEMS-Sensorelement integriert und/oder das zweite Temperatursensorelement als eine Temperaturdiode ausgebildet und in das Verarbeitungselement integriert. According to one embodiment, the first temperature sensor element is designed as a temperature diode and integrated into the MEMS sensor element and/or the second temperature sensor element is designed as a temperature diode and integrated into the processing element.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine möglichst prä zise Temperaturbestimmung der Temperatur des Sensorelements bzw. der Tem peratur des Verarbeitungselements erreicht werden kann. In this way, the technical advantage can be achieved that the temperature of the sensor element or the temperature of the processing element can be determined as precisely as possible.
Nach einer Ausführungsform ist das Sensorelement als ein Drucksensorelement, ein Feuchtigkeitssensorelement, ein Gassensorelement, ein Beschleunigungs sensorelement, ein Magnetfeldsensorelement, ein Inertialsensorelement oder ein Drehratensensorelement ausgebildet, und/oder wobei das Verarbeitungselement als eine anwendungsspezifische Schaltung ASIC ausgebildet ist. Hierdurch kann der technische Vorteil eines möglichst breiten Anwendungsbe reichs des Sensorsystems bereitgestellt werden. According to one embodiment, the sensor element is designed as a pressure sensor element, a moisture sensor element, a gas sensor element, an acceleration sensor element, a magnetic field sensor element, an inertial sensor element or a yaw rate sensor element, and/or the processing element is designed as an application-specific circuit ASIC. As a result, the technical advantage of the widest possible range of applications for the sensor system can be provided.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung mit einem Sensorsystem nach einer der voranstehenden Ausführungsformen bereit gestellt. According to a fourth aspect of the invention, an electronic device with a sensor system according to one of the preceding embodiments is provided.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine elektronische Vorrichtung mit einem verbesserten mikroelektromechanischen Sensorsystem mit den oben genannten Vorteilen bereitgestellt werden kann. As a result, the technical advantage can be achieved that an electronic device can be provided with an improved microelectromechanical sensor system with the advantages mentioned above.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den schematischen Zeichnungen zeigen: Exemplary embodiments of the invention are explained with reference to the following drawings. In the schematic drawings show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mikroelektromechanischenFig. 1 is a schematic representation of a microelectromechanical
Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform; sensor system according to one embodiment;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer homogenen Temperaturver teilung in einem Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform; FIG. 2 shows a schematic representation of a homogeneous temperature distribution in a sensor system according to an embodiment; FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer inhomogenen Temperatur verteilung in einem Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform; 3 shows a schematic representation of an inhomogeneous temperature distribution in a sensor system according to an embodiment;
Fig. 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung von tempe ratu rbedingten Abweichungen gemäß einer Ausführungsform; und FIG. 4 shows a flow chart of a method for determining temperature-related deviations according to an embodiment; FIG. and
Fig. 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Temperaturkompensa tion gemäß einer Ausführungsform; und 5 shows a flow chart of a method for temperature compensation according to an embodiment; and
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer elektronischen Vorrichtung mit einem Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform. 6 shows a schematic representation of an electronic device with a sensor system according to an embodiment.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines mikroelektromechanischen Sen sorsystems 100 gemäß einer Ausführungsform. In der gezeigten Ausführungsform ist das Sensorsystem 100 als ein Drucksensor ausgebildet. Das Sensorsystem 100 in der gezeigten Ausführungsform umfasst ein MEMS-Sensorelement 101, ein Verarbeitungselement 103 und ein Heizele ment 105, die jeweils in einem Raumbereich 110 des Sensorsystems 100 ange ordnet sind. Der Raumbereich 110 ist durch ein Gehäuse 113 und ein Substrat 111 gebildet. Das Verarbeitungselement 103 ist über eine Fixierungsschicht 121 am Substrat 111 angeordnet. Das MEMS-Sensorelement 101 ist über eine Ver bindungsschicht 117 auf dem Verarbeitungselement 103 angeordnet. 1 shows a schematic representation of a microelectromechanical sensor system 100 according to an embodiment. In the embodiment shown, the sensor system 100 is designed as a pressure sensor. The sensor system 100 in the embodiment shown comprises a MEMS sensor element 101, a processing element 103 and a heating element 105, each of which is arranged in a spatial area 110 of the sensor system 100. FIG. The spatial area 110 is formed by a housing 113 and a substrate 111 . The processing element 103 is arranged on the substrate 111 via a fixing layer 121 . The MEMS sensor element 101 is arranged on the processing element 103 via a connection layer 117 .
Das Sensorsystem 100 umfasst ferner ein erstes Temperatursensorelement 107 und ein zweites Temperatursensorelement 109. In der gezeigten Ausführungs form ist das erste Temperatursensorelement 107 am MEMS-Sensorelement 101 angeordnet, während das zweite Temperatursensorelement 109 am Verarbei tungselement 103 angeordnet ist. The sensor system 100 further comprises a first temperature sensor element 107 and a second temperature sensor element 109. In the embodiment shown, the first temperature sensor element 107 is arranged on the MEMS sensor element 101, while the second temperature sensor element 109 is arranged on the processing element 103.
Das erste Temperatursensorelement 107 ist eingerichtet, erste Temperaturwerte für einen ersten Teilbereich 114 des Raumbereichs 110 des Sensorsystems 100 aufzunehmen. Das zweite Temperatursensorelement 109 ist eingerichtet, zweite Temperaturwerte für einen zweiten Teilbereich 116 des Raumbereichs 110 des Sensorsystems 100 aufzunehmen. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der erste Teilbereich 114 des ersten Temperatursensorelements 107 das MEMS- Sensorelement 101. Der zweite Teilbereich 116 des zweiten Temperatursenso relements 109 umfasst das Verarbeitungselement 103. The first temperature sensor element 107 is set up to record first temperature values for a first partial area 114 of the spatial area 110 of the sensor system 100 . The second temperature sensor element 109 is set up to record second temperature values for a second partial area 116 of the spatial area 110 of the sensor system 100 . In the embodiment shown, the first portion 114 of the first temperature sensor element 107 includes the MEMS sensor element 101. The second portion 116 of the second temperature sensor element 109 includes the processing element 103.
Das Heizelement 105 ist ferner neben dem Verarbeitungselement 103 angeord net und über die Fixierungsschicht 121 am Substrat 111 fixiert. Furthermore, the heating element 105 is arranged next to the processing element 103 and fixed to the substrate 111 via the fixing layer 121 .
In der gezeigten Ausführungsform ist ferner ein Füllmedium 115 in dem Raumbe reich 110 eingefüllt, sodass das MEMS-Sensorelement 101, das Verarbeitungs element 103, das Heizelement 105, das erste Temperatursensorelement 107 und das zweite Temperatursensorelement 109 vom Füllmedium 115 bedeckt sind. In the embodiment shown, a filling medium 115 is also filled in the spatial region 110, so that the MEMS sensor element 101, the processing element 103, the heating element 105, the first temperature sensor element 107 and the second temperature sensor element 109 are covered by the filling medium 115.
In der gezeigten Ausführungsform ist das MEMS-Sensorelement 101 ferner über eine Bonding-Verbindung 119 mit dem Verarbeitungselement 103 verbunden. Darüber hinaus umfasst das Sensorsystem 100 in der gezeigten Ausführungs form ferner eine Datenverarbeitungseinrichtung 123, die über eine Datenverbin dung 125 mit dem Verarbeitungselement 103 verbunden ist. In the embodiment shown, the MEMS sensor element 101 is further connected to the processing element 103 via a bonding connection 119 . In addition, the sensor system 100 in the embodiment shown also includes a data processing device 123 which is connected to the processing element 103 via a data connection 125 .
In der gezeigten Ausführungsform ist das Sensorsystem 100 eingerichtet, ein er findungsgemäßes Verfahren 200 zur Bestimmung von temperaruebedingten Ab weichung der Sensorwerte und ein erfindungsgemäßes Verfahren 300 zur Tem peraturkompensation von Sensorwerten des Sensorsystems 100 durchzuführen. Für eine nähere Erläuterung der Verfahren 200, 300 wird auf die Beschreibung zu Figur. 4 und Figur 5 verwiesen. In the embodiment shown, the sensor system 100 is set up to carry out a method 200 according to the invention for determining temperature-related deviations in the sensor values and a method 300 according to the invention for temperature compensation of sensor values of the sensor system 100 . For a more detailed explanation of the methods 200, 300, refer to the description of FIG. 4 and Figure 5 referenced.
Das Sensorsystem 100 ist ferner in einem Testmodus oder einem Betriebsmodus betreibbar. Im Testmodus ist das Sensorsystem 100 eingerichtet, gemäß dem Verfahren 200 eine temperaturbedingte Abweichung der Sensorwerte des Sen sorsystems 100 zu ermitteln. Hierzu ist das Heizelement 105 eingerichtet, das Sensorsystem 100 und insbesondere die Komponenten innerhalb des Raumbe reichs 110 aufzuheizen. Die ersten und zweiten Temperatursensorelemente 107, 109 sind hierbei eingerichtet, während des Heizens erste Temperaturwerte für den ersten Teilbereich 114 und zweite Temperaturwerte für den zweiten Teilbe reich 116 aufzunehmen. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Tempe ratursensorelement 107 insbesondere eingerichtet, über die ersten Temperatur werte eine Temperatur des MEMS-Sensorelements 101 aufzunehmen. Das zweite Temperatursensorelement 109 ist ferner eingerichtet, über die zweiten Temperaturwerte eine Temperatur des Verarbeitungselements 103 aufzuneh men. The sensor system 100 can also be operated in a test mode or an operating mode. In test mode, sensor system 100 is set up to determine a temperature-related deviation in the sensor values of sensor system 100 according to method 200 . For this purpose, the heating element 105 is set up to heat up the sensor system 100 and in particular the components within the area 110 . The first and second temperature sensor elements 107, 109 are set up here to record first temperature values for the first partial area 114 and second temperature values for the second partial area 116 during the heating. In the embodiment shown, the first temperature sensor element 107 is set up in particular to record a temperature of the MEMS sensor element 101 via the first temperature values. The second temperature sensor element 109 is also set up to record a temperature of the processing element 103 via the second temperature values.
Basierend auf den ersten und zweiten Temperaturwerten ist das Sensorsystem 100 ferner eingerichtet, temperaturbedingte Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100 von temperaturkorrigierten Referenzwerten einer Messgröße zu ermitteln. Die Messgröße ist in der gezeigten Ausführungsform ein Atmosphä rendruck einer das Sensorsystem 100 umgebenden Umgebung. Für eine nähere Beschreibung der Ermittlung der temperaturbedingten Abweichung der Sensor werte des Sensorsystems 100 wird auf die Beschreibung des erfindungsgemä ßen Verfahrens 200 verwiesen. Gemäß einer Ausführungsform können die ersten und zweiten Temperatursenso relemente 107, 109 als Temperaturdioden ausgebildet sein. Insbesondere kann das erste Temperatursensorelement 107 in das MEMS-Sensorelement 101 inte griert sein, während das zweite Temperatursensorelement 109 in das Verarbei tungselement 103 integriert sein kann. Based on the first and second temperature values, the sensor system 100 is also set up to determine temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system 100 from temperature-corrected reference values of a measured variable. In the embodiment shown, the measured variable is an atmospheric pressure of an environment surrounding the sensor system 100 . For a more detailed description of the determination of the temperature-related deviation of the sensor values of the sensor system 100, reference is made to the description of the method 200 according to the invention. According to one embodiment, the first and second temperature sensor elements 107, 109 can be in the form of temperature diodes. In particular, the first temperature sensor element 107 can be integrated into the MEMS sensor element 101 , while the second temperature sensor element 109 can be integrated into the processing element 103 .
Gemäß einer Ausführungsform und abweichend zu der in Fig. 1 gezeigten Aus führungsform kann das Sensorelement 101 als ein Feuchtigkeitssensorelement, ein Gassensorelement, ein Beschleunigungssensorelement, ein Magnetfeld sensorelement, ein Inertialsensorelement oder ein Drehratensensorelement aus gebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann das Verarbeitungselement 103 als eine anwendungsspezifische Schaltung ASIC ausgebildet sein. According to one specific embodiment and deviating from the embodiment shown in FIG. 1, sensor element 101 can be designed as a moisture sensor element, a gas sensor element, an acceleration sensor element, a magnetic field sensor element, an inertial sensor element or a yaw rate sensor element. According to one embodiment, the processing element 103 can be embodied as an application-specific circuit ASIC.
Das Sensorsystem 100 ist eingerichtet die Verfahren 200, 300 über das Verar beitungselement 103 und/oder über die Datenverarbeitungseinrichtung 123 aus zuführen. Sensor system 100 is set up to carry out methods 200, 300 via processing element 103 and/or via data processing device 123.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer homogenen Temperaturvertei lung in einem Sensorsystem 100 gemäß einer Ausführungsform. FIG. 2 shows a schematic representation of a homogeneous temperature distribution in a sensor system 100 according to an embodiment.
In Fig. 2 ist das Sensorsystem 100 aus Fig. 1 dargestellt. In Fig. 2 sind aus Grün den der Übersichtlichkeit jedoch lediglich einzelne Komponenten des Sensorsys tems 100 dargestellt. Das Sensorsystem 100 in Fig. 2 umfasst das Sensorele ment 101, das Verarbeitungselement 103, die beide auf dem Substrat 111 und innerhalb des Gehäuses 113 angeordnet sind. In Fig. 2 ist das Sensorsystem 100 aufgeheizt und weist eine homogenen Temperaturverteilung auf. Die Tempe raturverteilung ist anhand der verschieden dichten Schraffierungen dargestellt, wobei dunkel gefärbte Bereiche eine hohe Temperatur T aufweisen während in hell gefärbten Bereichen eine entsprechend niedrige Temperatur T herrscht. Das Heizen des Sensorsystems 100 kann in der gezeigten Ausführungsform bei spielsweise durch eine externe Heizquelle, nicht dargestellt, erreicht werden. Das externe Heizen führt zu einer starken Erwärmung des Gehäuses 113 und zu ei ner homogenen Temperaturverteilung innerhalb des Gehäuses 113. Die inner halb des Gehäuses 113 angeordneten Bauteile, das Sensorelement 101 und das Verarbeitungselement 103 weisen hierbei zwar unterschiedliche Temperaturen auf. Die Temperaturunterschiede sind jedoch gering und die einzelnen Bauteile gleichförmig geheizt, sodass sowohl das Sensorelement 101 als auch das Verar beitungselement 103 eine einheitliche Temperatur aufweisen. Temperaturgradi enten zwischen den einzelnen Bauteilen sind somit schwach ausgeprägt. Dies ermöglicht durch Temperaturmessungen an einem Messpunkt, Aussagen über Temperaturen in anderen Bereichen innerhalb des Gehäuses 113 zu treffen. In FIG. 2 the sensor system 100 from FIG. 1 is shown. For the sake of clarity, however, only individual components of the sensor system 100 are shown in FIG. 2 . The sensor system 100 in FIG. 2 comprises the sensor element 101, the processing element 103, both of which are arranged on the substrate 111 and within the housing 113. The sensor system 100 in FIG. In FIG. 2 the sensor system 100 is heated and has a homogeneous temperature distribution. The temperature distribution is represented by hatching of different densities, with dark-colored areas having a high temperature T while a correspondingly low temperature T prevails in light-colored areas. In the embodiment shown, heating of the sensor system 100 can be achieved, for example, by an external heating source, not shown. The external heating leads to strong heating of the housing 113 and to a homogeneous temperature distribution within the housing 113. The components arranged within the housing 113, the sensor element 101 and the Processing element 103 have different temperatures in this case. However, the temperature differences are small and the individual components are heated uniformly, so that both the sensor element 101 and the processing element 103 have a uniform temperature. Temperature gradients between the individual components are therefore weak. Temperature measurements at a measuring point allow statements to be made about temperatures in other areas within the housing 113 .
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer inhomogenen Temperaturvertei lung in einem Sensorsystem 100 gemäß einer Ausführungsform. FIG. 3 shows a schematic representation of an inhomogeneous temperature distribution in a sensor system 100 according to an embodiment.
Figur 3 zeigt das Sensorsystem aus Fig. 2. Abweichend weist das Sensorsystem 100 in Fig. 3 ein Heizelement 105 auf. In Fig. 3 ist eine Temperaturverteilung in nerhalb des Gehäuses 113 des Sensorsystems 100 gezeigt, wenn dieses über das Heizelement 105 geheizt wird. Durch das Heizen über das Heizelement 105 entsteht eine stark inhomogene Temperaturverteilung, bei der das Verarbei tungselement 103, in dessen unmittelbarere Nähe das Heizelement 105 ange ordnet ist, sehr stark geheizt wird, während weiter vom Heizelement 105 ent fernte Bereiche innerhalb des Gehäuses schwach geheizt werden und entspre chend geringe Temperaturen aufweisen. Hierdurch entstehen starke Temperatur unterschiede zwischen Bereichen direkt am Verarbeitungselement 103 und Be reichen direkt am Heizelement 105. Auch zeigt das Verarbeitungselement 103 eine nicht konstante Temperaturverteilung auf, bei der Bereiche des Verarbei tungselements 103 direkt benachbart zum Heizelement 105 eine höhere Tempe ratur aufweisen als vom Heizelement 105 weiter entfernte Bereiche, beispiels weise an den Rändern des Verarbeitungselements 103. Hierdurch entstehen starke Temperaturgradienten für den Bereich innerhalb des Gehäuses 113. Die starken Temperaturgradienten erlauben es nicht, durch lediglich eine Tempera turmessung an einem Messpunkt innerhalb des Gehäuses 113 auf Temperaturen in anderen Bereichen innerhalb des Gehäuses 113 zu schließen. FIG. 3 shows the sensor system from FIG. 2. Deviating from this, the sensor system 100 in FIG. 3 has a heating element 105. In Fig. 3, a temperature distribution is shown within the housing 113 of the sensor system 100 when it is heated by the heating element 105. The heating via the heating element 105 results in a highly inhomogeneous temperature distribution, in which the processing element 103, in the immediate vicinity of which the heating element 105 is arranged, is heated very strongly, while areas within the housing that are further away from the heating element 105 are heated slightly and accordingly have low temperatures. This results in strong temperature differences between areas directly on the processing element 103 and areas directly on the heating element 105. The processing element 103 also shows a non-constant temperature distribution in which the areas of the processing element 103 directly adjacent to the heating element 105 have a higher temperature than from the heating element 105 areas that are further away, for example at the edges of the processing element 103. This creates strong temperature gradients for the area inside the housing 113. The strong temperature gradients do not allow temperatures in other areas to be determined by just measuring the temperature at one measuring point inside the housing 113 to close within the housing 113.
Figuren 2 und 3 zeigen leidgliche beispielhafte Temperaturverteilungen und die nen nicht dazu, reelle Temperaturverteilungen in Sensorsystemen zu illustrieren. Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zur Bestimmung von tem peraturbedingten Abweichungen gemäß einer Ausführungsform. Figures 2 and 3 show merely exemplary temperature distributions and are not intended to illustrate real temperature distributions in sensor systems. FIG. 4 shows a flow diagram of a method 200 for determining temperature-related deviations according to an embodiment.
Das erfindungsgemäße Verfahren 200 zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems 100 kann auf ein Sen sorsystem gemäß den Figuren 1 bis 3 angewendet werden. The method 200 according to the invention for determining temperature-related deviations from sensor values of a sensor system 100 can be applied to a sensor system according to FIGS.
Das Verfahren 100 zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten kann in einem Testmodus des Sensorsystems 100 ausgeführt werden. Hierzu wird das Sensorsystem 100 zunächst über das Heizelement 105 auf verschiedenen Temperaturen aufgeheizt. Das Aufheizen kann beispielsweise über einen vorbestimmten Zeitraum erfolgen bzw. bis zum Erreichen einer vorbe stimmten Temperatur durchgeführt werden. The method 100 for determining temperature-related deviations in sensor values can be carried out in a test mode of the sensor system 100 . For this purpose, the sensor system 100 is first heated to different temperatures via the heating element 105 . The heating can take place, for example, over a predetermined period of time or be carried out until a predetermined temperature is reached.
Für verschiedene Temperaturen wird in einem ersten Verfahrensschritt 201 eine Mehrzahl von Temperaturwerten des ersten und des zweiten Temperaturele ments 107, 109 für eine Mehrzahl von Teilbereichen 114, 116 des das MEMS- Sensorelement 101 und das Verarbeitungselement 103 umfassenden Raumbe reichs 110 des geheizten Sensorsystems 100 bereitgestellt. Hierzu werden durch die ersten und zweiten Temperatursensorelemente 107, 109 entsprechende Temperaturmessungen durchgeführt. Über die Temperaturmessung des ersten Temperatursensorelements 107 kann eine Temperatur des ersten Teilbereichs 114 des Raumbereichs 110 des Sensorsystems 100 ermittelt werden. Über die Temperaturmessung des zweiten Temperatursensorelements 109 kann eine Temperatur des zweiten Teilbereichs 116 des Raumbereichs 110 ermittelt wer den. In a first method step 201, a plurality of temperature values of the first and second temperature elements 107, 109 for a plurality of partial regions 114, 116 of the spatial region 110 of the heated sensor system 100 comprising the MEMS sensor element 101 and the processing element 103 are provided for different temperatures . For this purpose, corresponding temperature measurements are carried out by the first and second temperature sensor elements 107 , 109 . A temperature of the first partial area 114 of the spatial area 110 of the sensor system 100 can be determined via the temperature measurement of the first temperature sensor element 107 . A temperature of the second partial area 116 of the spatial area 110 can be determined via the temperature measurement of the second temperature sensor element 109 .
In einem weiteren Verfahrensschritt 203 werden Messwerte der Messgröße des Sensorelements 101 bereitgestellt. Die Messwerte wurden durch das Sensorele ment 101 hierzu während des Heizens aufgenommen. In a further method step 203, measured values of the measured variable of the sensor element 101 are provided. For this purpose, the measured values were recorded by the sensor element 101 during the heating.
In einem Verfahrensschritt 205 werden Sensorwerte des Sensorsystems 100 be reitgestellt. Die Sensorwerte basieren hierbei auf einer Verarbeitung der Mess werte des Sensorelements 101 durch das Verarbeitungselement 103. In einem weiteren Verfahrensschritt 209 wird basierend auf den ersten und zwei ten Temperaturwerten eine Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs 110 bestimmt. In a method step 205, sensor values of the sensor system 100 are provided. In this case, the sensor values are based on processing of the measured values of sensor element 101 by processing element 103. In a further method step 209, a temperature distribution within the spatial region 110 is determined based on the first and second temperature values.
In einem Verfahrensschritt 207 werden basierend auf den ersten und zweiten Temperaturwerten und/oder basierend auf der Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs 110 temperaturbedingte Abweichungen der Sensorwerte von Referenzwerten der Messgröße ermittelt. In a method step 207, temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable are determined based on the first and second temperature values and/or based on the temperature distribution within the spatial area 110 .
In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt 207 einen Ver fahrensschritt 211, in dem zur Ermittlung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte eine Modellbeschreibung von Temperatureinflüssen auf im Raumbereich 110 angeordnete Komponenten 112 des Sensorsystems 100 be stimmtwerden. Die Komponenten 112 können hierbei das MEMS- Sensorelement 101, das Verarbeitungselement 103, das Heizelement 105, die ersten und zweiten Temperatursensorelemente 107, 109, das Substrat 111, das Gehäuse 113, das Füllmedium 115, die Verbindungsschicht 117, die Bonding- Verbindung 119 und die Fixierungsschicht 121 des Sensorsystems 100 gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen. Über die Modellbeschrei bung können Temperatureinflüsse aller Komponenten des Sensorsystems 100 bzw. der relevanten Komponenten 112 des Sensorsystems 100 und deren Ein flüsse auf die temperaturbedingte Abweichung der Sensorwerte des Sensorsys tems 100 berücksichtigt werden. Eine Modellbeschreibung kann hierbei auf einer entsprechenden mathematischen Funktion bzw. auf einem entsprechenden Algo rithmus basieren. Die Modellbeschreibung kann bereits vorbekannt sein und im Verfahrensschritt 211 lediglich ausgeführt werden. In the embodiment shown, method step 207 includes a method step 211 in which a model description of temperature influences on components 112 of sensor system 100 arranged in spatial region 110 is determined in order to determine the temperature-related deviations in the sensor values. The components 112 can be the MEMS sensor element 101, the processing element 103, the heating element 105, the first and second temperature sensor elements 107, 109, the substrate 111, the housing 113, the filling medium 115, the connection layer 117, the bonding connection 119 and include the fixing layer 121 of the sensor system 100 according to the exemplary embodiment shown in FIG. 1 . Temperature influences of all components of sensor system 100 or of relevant components 112 of sensor system 100 and their influences on the temperature-related deviation of the sensor values of sensor system 100 can be taken into account via the model description. A model description can be based on a corresponding mathematical function or on a corresponding algorithm. The model description can already be known and can only be executed in method step 211 .
In der beschriebenen Ausführungsform wird durch die ersten Temperaturwerte des ersten Temperatursensorelements 107 eine Temperatur des Sensorele ments 101 bestimmt, während durch die zweiten Temperaturwerte des zweiten Temperatursensorelements 109 eine Temperatur des Verarbeitungselements 103 bestimmt wird. Hierzu kann gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 das erste Temperatursensorelement 107 beispielsweise auf dem MEMS-Sensorelement 101 angeordnet sein, während das zweite Temperatursensorelement 109 auf dem Verarbeitungselement 103 angeordnet ist. Alternativ kann das erste Tempe ratursensorelement 107 beispielsweise in das MEMS-Sensorelement 101 als eine Temperaturdiode integriert sein, während das zweite Temperatursensorele ment 109 in das Verarbeitungselement 103 als eine Temperaturdiode integriert ist. In the specific embodiment described, a temperature of the sensor element 101 is determined by the first temperature values of the first temperature sensor element 107 , while a temperature of the processing element 103 is determined by the second temperature values of the second temperature sensor element 109 . For this purpose, according to the embodiment in FIG the processing element 103 is arranged. Alternatively, the first temperature sensor element 107 can be integrated into the MEMS sensor element 101 as a temperature diode, for example, while the second temperature sensor element 109 is integrated into the processing element 103 as a temperature diode.
In einem Verfahrensschritt 213 werden zum Ermitteln der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100 die temperaturbeding ten Abweichungen der Messwerte des Sensorelements 101 ermittelt. Zusätzlich oder alternativ werden die temperaturbedingten Abweichungen der Ausgabe werte des Verarbeitungselements 103 ermittelt, die durch die Verarbeitung der Messwerte des Sensorelements 101 generiert sind. Die Ermittlung der tempera turbedingten Abweichungen der Messwerte des Sensorelements 101 bzw. der Ausgabewerte des Verarbeitungselements 103 wird basierend auf den ersten und zweiten Temperaturwerten der ersten und zweiten Temperatursensorele mente 107, 109 durchgeführt. In a method step 213, the temperature-related deviations in the measured values of sensor element 101 are determined in order to determine the temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100. Additionally or alternatively, the temperature-related deviations in the output values of the processing element 103, which are generated by processing the measured values of the sensor element 101, are determined. The determination of the temperature-related deviations in the measured values of the sensor element 101 and the output values of the processing element 103 is carried out on the basis of the first and second temperature values of the first and second temperature sensor elements 107, 109.
Basierend auf den ermittelten temperaturbedingten Abweichungen der Mess werte des Sensorelements 101 und der Ausgabewerte des Verarbeitungsele ments 103 werden die temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100 bestimmt. The temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100 are determined on the basis of the determined temperature-related deviations in the measured values of sensor element 101 and the output values of processing element 103 .
Durch die Bestimmung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100, die beispielsweise durch einen Temperaturkoeffizien tenoffset TCO gegeben sein können, kann eine Kalibrierung des Sensorsystems 100 durchgeführt werden. By determining the temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100, which can be given by a temperature coefficient tenoffset TCO, for example, sensor system 100 can be calibrated.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zur Temperaturkompensa tion von Sensorwerten gemäß einer Ausführungsform. FIG. 5 shows a flow chart of a method 300 for temperature compensation of sensor values according to an embodiment.
Das erfindungsgemäße Verfahren 200 zur Temperaturkompensation von Sensor werten eines Sensorsystems 100 kann auf ein Sensorsystem gemäß den Figu ren 1 bis 3 angewendet werden. Das Verfahren 300 kann beispielsweise in einem Betriebsmodus des Sensorsys tems 100 ausgeführt werden. The method 200 according to the invention for temperature compensation of sensor values of a sensor system 100 can be applied to a sensor system according to FIGS. 1 to 3. The method 300 can be carried out in an operating mode of the sensor system 100, for example.
In einem ersten Verfahrensschritt 301 wird eine Kompensation der temperaturbe dingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100 durchgeführt. Die temperaturbedingten Abweichungen sind hierbei gemäß dem erfindungsge mäßen Verfahren 200 zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen bestimmt. In a first method step 301, the temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100 are compensated. The temperature-related deviations are determined according to the inventive method 200 for determining temperature-related deviations.
In einem Verfahrensschritt 303 werden dementsprechend temperaturkompen sierte Sensorwerte des Sensorsystems 100 generiert. In a method step 303, temperature-compensated sensor values of sensor system 100 are accordingly generated.
In einer alternativen Ausführungsform können die ersten und zweiten Tempera tursensorelemente 107, 109 an beliebigen Stellen innerhalb des Raumbereichs 110 des Sensorsystems 100 angeordnet und ausgebildet sein, Temperaturwerte für beliebige Teilbereiche des Raumbereichs 110 aufzunehmen. In an alternative embodiment, the first and second temperature sensor elements 107, 109 can be arranged at any desired locations within the spatial area 110 of the sensor system 100 and designed to record temperature values for any partial areas of the spatial area 110.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Sensorsystem 100 eine beliebige Anzahl verschiedener Temperatursensorelemente aufweisen, über die Tempera turwerte verschiedener Teilbereiche des Raumbereichs 110 aufgenommen wer den können. Über die Mehrzahl von Temperatursensorelementen kann eine de taillierte Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs 110 ermittelt werden. In an alternative embodiment, the sensor system 100 can have any number of different temperature sensor elements, via which the temperature values of different partial areas of the spatial area 110 can be recorded. A detailed temperature distribution within the spatial region 110 can be determined via the plurality of temperature sensor elements.
Über die detailliert beschriebene Temperaturverteilung, die beispielsweise über eine entsprechende Modellbeschreibung erfolgt, können die Temperaturen der einzelnen Komponenten 112 des Sensorsystems 100 bestimmt werden. Hierauf basierend können temperaturbedingte Abweichungen der Ausgabewerte der ein zelnen Komponenten 112 bzw. temperaturbedingte Einflüsse der Komponenten 112 auf die Sensorwerte des Sensorsystems 100 detailliert bestimmt werden. The temperatures of the individual components 112 of the sensor system 100 can be determined via the temperature distribution described in detail, which occurs for example via a corresponding model description. Based on this, temperature-related deviations in the output values of the individual components 112 or temperature-related influences of the components 112 on the sensor values of the sensor system 100 can be determined in detail.
Das Verfahren 200 zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100 und/oder das Verfahren 300 zur Tempera turkompensation der Sensorwerte des Sensorsystems 100 können durch das Verarbeitungselement 103 oder die externen Datenverarbeitungseinrichtung 123 des Sensorsystems 100 ausgeführt werden. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Vorrichtung 400 mit einem Sensorsystem 100 gemäß einer Ausführungsform. In der gezeigten Ausführungsform umfasst die elektronische Vorrichtung 400 ne ben dem mikroelektromechanischen Sensorsystem 100 eine Steuereinheit 401. Die Steuereinheit 401 ist datentechnisch mit dem Sensorsystem 100 verbunden und eingerichtet, die Sensorwerte des Sensorsystems 100 zu verarbeiten. Die Steuereinheit 301 kann die Datenverarbeitungseinrichtung 123 umfassen. The method 200 for determining temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system 100 and/or the method 300 for temperature compensation of the sensor values of the sensor system 100 can be carried out by the processing element 103 or the external data processing device 123 of the sensor system 100. FIG. 6 shows a schematic representation of an electronic device 400 with a sensor system 100 according to an embodiment. In the embodiment shown, the electronic device 400 includes a control unit 401 in addition to the microelectromechanical sensor system 100 . The control unit 301 can include the data processing device 123 .
Die elektronische Vorrichtung 400 kann eine Vorrichtung aus der Konsumerelekt- ronik, beispielsweise ein Smartphone oder eine Smartwatch sein. Die Erfindung soll auf die angeführten Beispiele jedoch nicht beschränkt sein. The electronic device 400 can be a consumer electronic device, for example a smartphone or a smartwatch. However, the invention should not be limited to the examples given.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren (200) zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems (100), umfassend: 1. Method (200) for determining temperature-related deviations from sensor values of a sensor system (100), comprising:
Bereitstellen (201) von Temperaturwerten einer Mehrzahl von Temperatursenso relementen (107, 109) für eine Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) eines ein MEMS-Sensorelement (101) und ein Verarbeitungselement (103) umfassenden Raumbereichs (110) eines durch ein integriertes Heizelement (105) geheizten Sensorsystems (100); Providing (201) temperature values of a plurality of temperature sensor elements (107, 109) for a plurality of partial areas (114, 116) of a spatial area (110) comprising a MEMS sensor element (101) and a processing element (103) of an integrated heating element (105) heated sensor system (100);
Bereitstellen (203) von Messwerten einer Messgröße des Sensorelements (101); Bereitstellen (205) von Sensorwerten, wobei die Sensorwerte durch Verarbeiten der Messwerte durch das Verarbeitungselement (103) generiert sind; und basierend auf den Temperaturwerten der Temperatursensorelemente (107, 109) Ermitteln (207) von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte von Referenzwerten der Messgröße. providing (203) measured values of a measured variable of the sensor element (101); providing (205) sensor values, the sensor values being generated by processing the measured values by the processing element (103); and based on the temperature values of the temperature sensor elements (107, 109), determining (207) temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable.
2. Verfahren (200) nach Anspruch 1, ferner umfassend: The method (200) of claim 1, further comprising:
Bestimmen (209) einer Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs (110) basierend auf den Temperaturwerten für die Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) des Raumbereichs (110) und Berücksichtigen der Temperaturverteilung in der Ermittlung (207) der temperaturbedingten Abweichungen. Determining (209) a temperature distribution within the spatial area (110) based on the temperature values for the plurality of partial areas (114, 116) of the spatial area (110) and taking into account the temperature distribution in the determination (207) of the temperature-related deviations.
3. Verfahren (200) nach Anspruch 2, wobei das Ermitteln (207) der tempera turbedingten Abweichungen umfasst: 3. The method (200) according to claim 2, wherein the determination (207) of the temperature-related deviations comprises:
Ausführen (211) einer Modellbeschreibung von Temperatureinflüssen auf im Raumbereich (110) angeordnete Komponenten (112) des Sensorsys tems (100), wobei die Modellbeschreibung auf den Temperaturwerten der Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) des Raumbereichs (110) und/oder der Temperaturverteilung basiert. Executing (211) a model description of temperature influences on components (112) of the sensor system (100) arranged in the spatial area (110), the model description being based on the temperature values of the plurality of partial areas (114, 116) of the spatial area (110) and/or the Temperature distribution based.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei durch Tem peraturwerte eines ersten Temperatursensorelements (107) eine Tempera tur des Sensorelements (101) und/oder durch Temperaturwerte eines zwei ten Temperatursensorelements (109) eine Temperatur des Verarbeitungs elements (103) bestimmt sind. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein a temperature of the sensor element (101) is determined by temperature values of a first temperature sensor element (107) and/or a temperature of the processing element (103) is determined by temperature values of a second temperature sensor element (109).
5. Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (200) in regelmäßigen Zeitabständen automatisch und/oder er- eignis-initiiert und/oder von einem Host-System initiiert durchgeführt wird. 5. The method (200) according to any one of the preceding claims, wherein the method (200) is carried out automatically and/or event-initiated and/or initiated by a host system at regular time intervals.
6. Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Er mitteln (207) der temperaturbedingten Abweichungen umfasst: 6. The method (200) according to any one of the preceding claims, wherein the determination (207) of the temperature-related deviations comprises:
Ermitteln (213) von temperaturbedingten Abweichungen der Messwerte des Sensorelements (101) und/oder der Ausgabewerte des Verarbeitungs elements (103). Determination (213) of temperature-related deviations in the measured values of the sensor element (101) and/or the output values of the processing element (103).
7. Verfahren (300) zur Temperaturkompensation von Sensorwerten eines Sensorsystems (100), umfassend: 7. Method (300) for temperature compensation of sensor values of a sensor system (100), comprising:
Kompensieren (301) von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte unter Berücksichtigung einer Mehrzahl von Temperaturwerten einer Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) und/oder einer Temperaturverteilung eines Raum bereichs (110) des Sensorsystems (100), wobei die temperaturbedingten Abwei chungen gemäß einem Verfahren (200) zur Bestimmung von temperaturbeding ten Abweichungen nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6 bestimmt sind; und Compensating (301) for temperature-related deviations in the sensor values, taking into account a plurality of temperature values of a plurality of sub-areas (114, 116) and/or a temperature distribution of a spatial area (110) of the sensor system (100), the temperature-related deviations being compensated according to a method ( 200) are intended for determining temperature-related deviations according to one of the preceding claims 1 to 6; and
Generieren (303) von temperaturkompensierten Sensorwerten des Sensorsys tems (100). Generating (303) temperature-compensated sensor values of the sensor system (100).
8. Sensorsystem (100), mit einem MEMS-Sensorelement (101) zur Erfassung einer Messgröße, einem Verarbeitungselement (103) zum Verarbeiten der Messwerte des Sensorelements (101), einem Heizelement (105) zum Hei zen des Sensorsystems (100), einer Mehrzahl von Temperatursensorele menten (107, 109), wobei die Temperatursensorelemente (107, 109) einge richtet sind, Temperaturwerte einer Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) eines das MEMS-Sensorelement (101) und das Verarbeitungselement (103) umfassenden Raumbereichs (110) des Sensorsystems (100) zu be stimmen. 8. Sensor system (100), with a MEMS sensor element (101) for detecting a measured variable, a processing element (103) for processing the measured values of the sensor element (101), a heating element (105) for heating the sensor system (100), one A plurality of temperature sensor elements (107, 109), wherein the temperature sensor elements (107, 109) are set up, temperature values of a plurality of partial areas (114, 116) of the MEMS sensor element (101) and the processing element (103) comprehensive spatial area (110) of the sensor system (100) to be agreed.
9. Sensorsystem (100) nach Anspruch 8, wobei das Sensorsystem (100) ein gerichtet ist, ein Verfahren (200) zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6 und/o der ein Verfahren (300) zur Temperaturkompensation nach Anspruch 7 auszuführen. 9. Sensor system (100) according to claim 8, wherein the sensor system (100) is directed to a method (200) for determining temperature-related deviations according to one of the preceding claims 1 to 6 and/or a method (300) for temperature compensation Claim 7 to execute.
10. Sensorsystem (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das erste Temperatur sensorelement (107) als Temperaturdiode ausgebildet und in das MEMS- Sensorelement (101) integriert ist, und/oder wobei das zweite Temperatur sensorelement (109) als eine Temperaturdiode ausgebildet und in das Ver arbeitungselement (103) integriert ist. 10. Sensor system (100) according to claim 8 or 9, wherein the first temperature sensor element (107) is designed as a temperature diode and integrated into the MEMS sensor element (101), and/or wherein the second temperature sensor element (109) is designed as a temperature diode and is integrated into the processing element (103).
11. Sensorsystem (100) nach Anspruch einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 10, wobei das Sensorelement (101) als ein Drucksensorelement, ein Feuchtigkeitssensorelement, ein Gassensorelement, ein Beschleunigungs sensorelement, ein Magnetfeldsensorelement, ein Inertialsensorelement oder ein Drehratensensorelement ausgebildet ist, und/oder wobei das Ver arbeitungselement (103) als eine anwendungsspezifische Schaltung ASIC ausgebildet ist. 11. Sensor system (100) according to claim one of the preceding claims 8 to 10, wherein the sensor element (101) is designed as a pressure sensor element, a moisture sensor element, a gas sensor element, an acceleration sensor element, a magnetic field sensor element, an inertial sensor element or a yaw rate sensor element, and/or wherein the processing element (103) is designed as an application-specific circuit ASIC.
12. Elektronische Vorrichtung (300) mit einem Sensorsystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 11. 12. Electronic device (300) with a sensor system (100) according to one of the preceding claims 8 to 11.
PCT/EP2021/086767 2021-01-11 2021-12-20 Method for determining temperature-dependent deviations for a sensor system, and sensor system WO2022148641A1 (en)

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