WO2020152091A1 - Auslesesignalgeber und verfahren zum betreiben einer kapazitiven vorrichtung - Google Patents

Auslesesignalgeber und verfahren zum betreiben einer kapazitiven vorrichtung Download PDF

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pulsed
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Kerrin Doessel
Christoph Schelling
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Robert Bosch GmbH
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    • G01L9/12—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor
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    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up

Definitions

  • the present invention relates to a read-out signal generator for a capacitive device.
  • the invention also relates to a capacitive device.
  • the invention relates to a method for operating a capacitive device.
  • Signal transmitters for reading out a capacitive device such as the excitation signal generator described in DE 10 2016 107 299 A1 are known from the prior art.
  • 1 shows a diagram for explaining an operation of a signal transmitter for reading out a capacitive device according to the prior art.
  • the conventional signal transmitter described below operates, for example, a capacitive measuring device with (only) one measuring capacitance, in that the signal transmitter uses a pulsed to measure the capacitive measuring device
  • Voltage signal of the signal generator generates a (transient) noise on the response signal of the measuring capacitance when the measuring capacitance is read out, in that the pulsed voltage signal excites at least one adjustable electrode component of the measuring capacitance to produce mechanical vibrations.
  • the pulsed voltage signal of the conventional signal generator often unintentionally stimulates a mechanical mode of the measuring capacitance.
  • the invention provides a readout signal generator for a capacitive device with the features of claim 1, a capacitive device with the features of claim 6 and a method for operating a capacitive device with the features of claim 10.
  • the present invention provides ways of effecting (in
  • noise-free / transient noise-free pulsed operation of a capacitive device such as a capacitive sensor device or a microphone.
  • the advantages of the pulsed operation of the capacitive device such as, in particular, the low energy consumption of the capacitive device during its pulsed operation, can thus be used without a (transient) noise occurring on the respective measurement signal when the capacitive device is read out.
  • the present invention thus contributes to energy savings since potential users will more often choose capacitive devices operated in pulsed mode.
  • Voltage level height AV, Vinstall / n to be connected to the readout signal channel. Applying the voltage signal to the readout signal channel in at least two substeps with the same voltage step height and a time offset acts to excite the at least one
  • the capacitor device counteracts the capacitive device for natural oscillation with the natural oscillation period t res and therefore contributes to a lower-noise signal determination.
  • Voltage signal generating means adapted to each voltage pulse of the pulsed read signal offset in time from each other e n
  • n e is a natural number greater than or equal to 2, and wherein between two executed in succession
  • Voltage drop stages each have a time offset Ate, and for the at least one time offset Ate, between the voltage drop stages:
  • a £ e t m e * £ res + -, where m e is a natural number greater than or equal to zero.
  • the voltage signal generating device preferably comprises n stages, which can be ramped up at different times from one another in such a way that each of the n stages in each case applies one of the n voltage stages of the voltage pulses of the pulsed readout signal to the readout signal channel.
  • the voltage signal generating device described here with the n stages is comparatively inexpensive to manufacture and requires a relatively small amount of space. The embodiment of the described here
  • Voltage signal generating device can thus be easily installed in or adjacent to a capacitive device.
  • Readout signal transmitters are also ensured in a capacitive device with such a readout signal transmitter and the at least one capacitor device, which has a natural oscillation with the natural oscillation period t res , is directly or indirectly electrically connected to the readout signal channel and can be read out by means of the pulsed readout signal provided on the readout signal channel.
  • the capacitive device comprises at least two capacitor devices as its at least one
  • Capacitor device the at least two capacitor devices each have a natural oscillation with the same natural oscillation period t res .
  • the same pulsed readout signal can be used
  • Capacitor devices of the capacitive device can be used.
  • the capacitive device can be at least two
  • Capacitor devices include at least one measuring capacitor device and at least one reference capacitor device. The invention described here can therefore also be used to carry out measurements taking reference measurements into account.
  • the capacitive device is preferably a capacitive pressure sensor, a capacitive acceleration sensor, a capacitive rotation rate sensor or a microphone.
  • a capacitive pressure sensor preferably a capacitive pressure sensor, a capacitive acceleration sensor, a capacitive rotation rate sensor or a microphone.
  • the exemplary embodiments of the capacitive device described here are not to be interpreted conclusively.
  • Fig. 1 is a diagram for explaining an operation of a
  • Embodiment of the readout signal generator, or the capacitive device interacting therewith Embodiment of the readout signal generator, or the capacitive device interacting therewith.
  • FIGS. 2a to 2d show diagrams for explaining an embodiment of the method for operating a capacitive device.
  • the method described below can be used for any capacitive device which has at least one capacitor device.
  • the at least one capacitor device is to be understood as an electrical device made up of two electrode components each, at least one of the two electrode components being deformable and / or adjustable in such a way that a capacitance present between the two electrode components varies.
  • a capacitive device the at least one capacitor device of which each comprises a membrane as an actuator electrode and a stationary stator electrode.
  • At least one of its two electrode components each has a mechanical vibration that can be designated as a natural vibration with a natural vibration period t res .
  • a natural oscillation of the at least one capacitor device with the natural oscillation period t res is referred to below as a natural oscillation of the at least one capacitor device with the natural oscillation period t res .
  • the natural oscillation period t res can in particular be understood to mean the natural oscillation period of a basic mode of natural oscillation of the at least one capacitor device of the capacitive device.
  • the natural oscillation period t res can thus be an inverse of a frequency of the basic mode of a natural oscillation of the at least one
  • Capacitor device of the capacitive device of the capacitive device.
  • a pulsed read-out signal with a pulse is used to operate the capacitive device in a pulsed manner
  • Pulse frequency is provided on a readout signal channel to which the at least one capacitor device of the capacitive device is directly or indirectly electrically connected.
  • the pulse frequency of the pulsed readout signal can be a pulse frequency which is constant in time during the pulsed operation of the capacitive device or a pulse frequency which varies in time during the pulsed operation of the capacitive device.
  • the pulsed read-out signal is preferably to be understood as a voltage signal with (almost) rectangular pulse profiles.
  • a pulse duration / pulse length trou can be defined for each of the voltage pulses of the pulsed readout signal, the voltage pulses of the pulsed voltage signal during the pulsed operation of the capacitive device optionally having the same pulse duration tp uis or different pulse durations trou .
  • the at least one capacitor device of the capacitive device is read out by means of the pulsed readout signal.
  • the pulsed readout signal thus only serves to read out the at least one capacitor device of the capacitive device, since the functional principle / measurement principle of the at least one capacitor device generally does not require continuous energization.
  • Voltage levels is applied to the readout signal channel, where n is a natural number greater than or equal to 2.
  • a time offset At between two successively applied voltage levels is observed such that for the at least one time offset At between the voltage levels equation (Eq. 1) applies with: where m is a natural number greater than or equal to zero.
  • the pulse duration trou is the time between the completion of the switching on of the n voltage levels to the
  • n voltage levels each have a voltage level height AV, whereby for the sum of the voltage level heights AV, the n voltage level equation (Eq. 2) applies: where V Mr is the maximum pulse intensity of the voltage pulse that has been applied to the readout channel.
  • Readout signals on the readout signal channel are thus calculated according to equation (Eq. 3) with:
  • Voltage levels of a voltage pulse of the pulsed readout signal therefore apply to the voltage V (t) currently connected to the readout signal channel with to ⁇ t ⁇ to + t totai according to the equation (Eq. 4): where j is the largest natural number less than or equal to n, for which the following applies:
  • the n-stage connection is one
  • the voltage pulse of the pulsed readout signal is exemplarily shown as a two-stage connection, where m is zero.
  • the abscissa is in each case a time axis t, while the ordinate shows the voltage V (t) applied to the readout signal channel.
  • a first voltage level is applied to the readout channel.
  • the first voltage level triggers a first acceleration ai, which is depicted by means of the ordinate of the diagram in FIG. 2b, of the membrane of the at least one used as the actuator electrode
  • Capacitor device of the capacitive device (The abscissa of the diagram in FIG. 2b is a time axis t.) This can also be described as the fact that the first voltage level at time to
  • a second voltage level is applied to the readout channel at the time to + At.
  • the second voltage stage stimulates a second acceleration a2 of the membrane of the at least one capacitor device used as the actuator electrode, which is reproduced by means of the ordinate of the diagram in FIG. 2c. (The abscissa of the diagram in FIG. 2c is again a time axis t.)
  • the abscissa is a time axis t, while by means of the ordinate an integral
  • Capacitor device from its respective rest position from time to is reproduced. It can be seen from the diagram in FIG. 2d that the respective membrane of the at least one capacitor device remains (essentially) immobile from the time to + At.
  • the n voltage stages are preferably distributed as equidistantly as possible within the total activation time t totai of the respective voltage pulse of the pulsed readout signal.
  • the uniform distribution of the n voltage levels additionally improves the advantageous “damping” of the natural oscillation of the at least one capacitor device of the capacitive device with the natural oscillation period tres.
  • At, t totai / (nl)
  • the “damping” of the natural oscillation of the at least one capacitor device of the capacitive device with the natural oscillation period t res which can be achieved by means of the method described here, prevents noise / transient noise from occurring on an electrical response signal read by the at least one capacitor device of the capacitive device.
  • the execution of the method described here thus also facilitates an evaluation of the response signal of the capacitive device.
  • the freedom from noise / transient noise from the response signal obtained when the method described here is carried out helps to improve accuracy and / or to reduce the risk of error when determining at least one measured value on the basis of the response signal.
  • the readout signal is preferably only applied after all n voltage stages have been applied, ie after the total activation time t of the respective one
  • the subsequent retracting / Collapse of the connected to the readout signal channel voltage of the respective voltage pulse of the pulsed read signal can be carried out in n e offset from one another temporally voltage drop stages, wherein n e is a natural number greater than or equal to the second
  • a time offset Ate can be maintained between two successively executed voltage drop stages in such a way that for the at least one
  • Voltage drop stages can each have a voltage drop step height AVe, in which case the sum is greater than
  • n e voltage drop stages preferably each have the same
  • Voltage drop step height AVe, Vinstall / n on.
  • a total shutdown time te totai des respective voltage pulse of the pulsed readout signal to the
  • the n e voltage drop stages are preferably distributed as equidistantly as possible within the total switch-off time te totai of the respective voltage pulse.
  • Ate, t totai / (n e -l)
  • 3a and 3b show schematic partial and overall representations of an embodiment of the read-out signal transmitter, or of the capacitive device interacting therewith.
  • the readout signal generator 10 shown schematically in FIG. 3a can also be referred to as an excitation signal generator of the capacitive device 12.
  • the readout signal generator 10 can be part of the capacitive device 12. As well however, the read-out signal generator 10 can also be separated from it
  • cooperating capacitive device 12 may be mounted.
  • the readout signal generator 10 has at least one
  • Voltage signal generating device 14 which can be controlled by means of a clock generator 16.
  • the clock generator 16 can be a read-out signal generator-owned or a read-out signal generator-external clock generator 16.
  • Voltage signal generating device 14 can be controlled by means of the clock generator 16 in such a way that the voltage signal generating device 14 provides a pulsed readout signal with a pulse frequency t va r predetermined by the clock generator 16 to a readout signal channel 17 of the readout signal generator 10.
  • the at least one capacitor device C se nse and C re f also has one
  • Natural oscillation period tres can in particular be a
  • Natural vibration period of time are at least one capacitor means and C C se nse re f understood a fundamental mode of natural vibration of the.
  • the voltage signal generating device 14 is designed to apply each voltage pulse of the pulsed read-out signal to the read-out signal channel 17 in n voltage stages offset from one another in time, where n is a natural number greater than or equal to 2.
  • n is a natural number greater than or equal to 2.
  • Voltage signal generating device 14 is designed to maintain a time offset At between two successively connected voltage levels, the equation already cited above (Eq. 1) for the at least one time offset At between the voltage levels: where m is a natural number greater than or equal to zero.
  • the readout signal generator 10 described here thus also “dampens” the natural vibration of the at least one capacitor device Csense and C re f of the capacitive device 12 with the
  • Capacitor means C and C se nse re f read out response signal is therefore compared with the prior art clearly noise-free. Due to the use of the read-out signal transmitter 10 described here, the capacitive device 12 delivers a particularly low-noise response signal. Further measures for suppressing the transient noise of the response signal do not have to be taken when using the read-out signal transmitter 10. Since the use of the read-out signal generator 10 is low-noise
  • Signal determination enabled can be inexpensive and little for evaluating the respectively determined response signal of the capacitive device 12
  • Evaluation devices 18 to 22 requiring installation space can be used.
  • the voltage signal generating device 14 can also be designed inexpensively and with a small space requirement.
  • the voltage signal generating device 14 can comprise n stages, which can be ramped up at different times from one another such that each of the n stages connects one of the n voltage stages of the voltage pulses of the pulsed readout signal to the readout signal channel 17.
  • a maximum pulse intensity Vjust can be defined for each voltage pulse of the pulsed readout signal
  • Voltage signal generating device 14 is designed to the n
  • the procedure described here also contributes to the “damping” of the natural vibration of the at least one capacitor device Csense and C re f of the capacitive device 12 with the
  • the capacitive device 12 may comprise at least two capacitor means and C Csense re f as its at least one capacitor means C se NSE and C include re f. They preferably have at least two
  • Capacitor devices C se nse and C re f each have a natural oscillation with the same natural oscillation period t res .
  • Capacitor devices C se nse and C re f can also be in the form of
  • Wheatstone bridges 24a and 24b can be interconnected (see Fig. 3b).
  • at least two capacitor means C can se nse and C re f at least one measuring capacitor device C se nse and at least one reference capacitor means C re be f.
  • at least one measuring capacitor device C sense at least one of the two is
  • Electrode components in response to a respective means of the measurement capacitor means C sense to be determined measured variable in such a deformable and / or adjustable, that one of the measuring-capacitor means C se between the two electrode components nse adjacent capacity varies.
  • the at least one reference capacitor device C ref is a deformation or adjustment of its two electrode components as
  • the capacitive device 12 can be a capacitive pressure sensor, a capacitive acceleration sensor, a capacitive rotation rate sensor or a microphone. 3a and 3b, the capacitive device 12 is a capacitive pressure sensor with two Wheatstone bridges 24a and 24b, each of the two Wheatstone bridges 24a and 24b each having two measuring capacitor devices C sense and two reference capacitor devices C ref . (As a further development, also for each of the in Fig.
  • the measurement capacitor means C nse se each have a membrane used as an actuator electrode on which is einwölbbar due to a prevailing on their outer surface pressure in a Referenz réellekavtician and / or from the auswölbbar Referenzdruckkavtician, wherein in each Reference pressure cavity of the measuring capacitor devices C se nse
  • Counter-electrode is arranged such that a pressure-dependent capacitance between each membrane of the measuring-capacitor means C nse se and its associated counter electrode is applied.
  • the reference capacitor devices C ref are designed as "fixed capacitances" in such a way that a capacitance applied between their membrane and the assigned counter electrode is (essentially) pressure-independent.
  • the signals of the two Wheatstone bridges 24a and 24b can be summed up to form a response signal.
  • a signal amplifier 18 can amplify the response signal.
  • the amplified response signal can then be converted into a digital signal by means of an ADC converter 20.
  • a filter 22 can center the digital signal over multiple pulses.
  • the voltage signal generating device 14 can also be designed to pulse each voltage pulse
  • Readout signal to reduce in n e offset from one another temporally voltage drop stages, wherein n e is a natural number greater than or equal to 2, and wherein said voltage drop stage executed in succession between two a time offset Ate, is located and for at least a time offset Ate, between the
  • the readout signal generator 10 / its voltage signal generating device 14 can also be designed to carry out further of the method steps described above. A repeated description of these process steps is omitted here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Auslesesignalgeber (10) für eine kapazitive Vorrichtung (12) und ein Verfahren zum Betreiben einer kapazitive Vorrichtung (12) durch Bereitstellen eines gepulsten Auslesesignals mit einer Pulsfrequenz (tvar) an einem Auslesesignalkanal (17), an welchem zumindest eine Kondensatoreinrichtung (Csense und Cref ) der kapazitiven Vorrichtung (12) direkt oder indirekt elektrisch angebundenen ist,und Auslesen der zumindest einen Kondensatoreinrichtung (Csense und Cref ) der kapazitiven Vorrichtung (12), welche eine Eigenschwingung mit einer Eigenschwingperiodendauer tres besitzt, mittels des gepulsten Auslesesignals, wobei jeder Spannungspuls des gepulsten Auslesesignals in n zeitlich voneinander versetzten Spannungsstufen auf den Auslesesignalkanal (17) aufgeschaltet wird, wobei n eine natürliche Zahl größergleich 2 ist, und wobei zwischen zwei nacheinander aufgeschalteten Spannungsstufen jeweils ein Zeitversatz ∆ti so eingehalten wird, dass für den mindestens einen Zeitversatz ∆ti zwischen den Spannungsstufen gilt: formula (I), wobei m eine natürliche Zahl größer-gleich Null ist.

Description

Beschreibung
Titel
Auslesesignalgeber und Verfahren zum Betreiben einer kapazitiven Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Auslesesignalgeber für eine kapazitive Vorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung eine kapazitive Vorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer kapazitiven Vorrichtung.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Signalgeber zum Auslesen einer kapazitiven Vorrichtung, wie beispielsweise der in der DE 10 2016 107 299 Al beschriebene Anregungssignalgenerator, bekannt. Fig. 1 zeigt ein Diagramm zum Erläutern einer Funktionsweise eines Signalgebers zum Auslesen einer kapazitiven Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Der im Weiteren beschriebene herkömmliche Signalgeber betreibt beispielhaft eine kapazitive Messvorrichtung mit (nur) einer Messkapazität, indem der Signalgeber die kapazitive Messvorrichtung mittels eines gepulsten
Spannungssignals in einem gepulsten Betrieb ausliest. In dem Diagramm der Fig. 1 ist die Abszisse eine Zeitachse t, während mittels der Ordinate eine Spannungsintensität U eines (analogen) Antwortsignals der Messkapazität der in ihrem gepulsten Betrieb betriebenen kapazitiven Messvorrichtung angezeigt ist. Erkennbar ist anhand des Diagramms der Fig. 1, dass das gepulste
Spannungssignal des Signalgebers gemäß dem Stand der Technik beim Auslesen der Messkapazität ein (Einschwing-) Rauschen auf dem Antwortsignal der Messkapazität erzeugt, indem das gepulste Spannungssignal mindestens eine verstellbare Elektrodenkomponente der Messkapazität zu mechanischen Schwingungen anregt. Häufig regt das gepulste Spannungssignal des herkömmlichen Signalgebers ungewollter Weise eine mechanische Eigenmode der Messkapazität an.
Offenbarung der Erfindung Die Erfindung schafft einen Auslesesignalgeber für eine kapazitive Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine kapazitive Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Verfahren zum Betreiben einer kapazitiven Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zum Bewirken eines (im
Wesentlichen) rauschfreien/einschwingrauschfreien gepulsten Betriebs einer kapazitiven Vorrichtung, wie beispielsweise einer kapazitiven Sensorvorrichtung oder eines Mikrofons. Damit können die Vorteile des gepulsten Betriebs der kapazitiven Vorrichtung, wie insbesondere der geringe Energieverbrauch der kapazitiven Vorrichtung während ihres gepulsten Betriebs, genutzt werden, ohne dass beim Auslesen der kapazitiven Vorrichtung ein (Einschwing-) Rauschen auf dem jeweiligen Messsignal auftritt. Die vorliegende Erfindung trägt somit zu Energieeinsparungen bei, da potentielle Nutzer sich häufiger für im gepulsten Betrieb betriebene kapazitive Vorrichtungen entscheiden werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Auslesesignalgebers ist für jeden Spannungspuls des gepulsten Auslesesignals eine maximale Pulsintensität Vpuis definierbar, wobei die Spannungssignalerzeugungseinrichtung dazu ausgelegt ist, die n Spannungsstufen des Spannungspulses jeweils mit einer gleichen oder unterschiedlichen Spannungsstufenhöhe AV, derart auf den Auslesesignalkanal aufzuschalten, dass gilt: Vvuis = E”=1AFj. Insbesondere kann die
Spannungssignalerzeugungseinrichtung dazu ausgelegt sein, die n
Spannungsstufen des Spannungspulses jeweils mit der gleichen
Spannungsstufenhöhe AV, = Vpuis/n auf den Auslesesignalkanal aufzuschalten. Das Aufschalten des Spannungssignals auf den Auslesesignalkanal in mindestens zwei Teilschritten mit der gleichen Spannungsstufenhöhe und einem Zeitversatz wirkt einem Anregen der zumindest einen
Figure imgf000004_0001
Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung zur Eigenschwingung mit der Eigenschwingperiodendauer tres entgegen und trägt deshalb zu einer rauschärmeren Signalermittlung bei. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Auslesesignalgebers ist die
Spannungssignalerzeugungseinrichtung dazu ausgelegt, jeden Spannungspuls des gepulsten Auslesesignals in ne zeitlich voneinander versetzten
Spannungsabfallstufen zu reduzieren, wobei ne eine natürliche Zahl größer-gleich 2 ist, und wobei zwischen zwei nacheinander ausgeführten
Spannungsabfallstufen jeweils ein Zeitversatz Ate, liegt und für den mindestens einen Zeitversatz Ate, zwischen den Spannungsabfallstufen gilt:
A£et = me * £res +— , wobei me eine natürliche Zahl größer-gleich Null ist.
m
Mittels der hier beschriebenen Vorgehensweise kann auch beim
Zurücknehmen/Reduzieren der maximalen Pulsintensität des gepulsten
Auslesesignals eine Anregung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung zur Eigenschwingung mit der
Eigenschwingperiodendauer tres vermieden werden.
Bevorzugter Weise umfasst die Spannungssignalerzeugungseinrichtung n Stufen, welche zeitlich voneinander versetzt derart hochfahrbar sind, dass jede der n Stufen jeweils eine der n Spannungsstufen der Spannungspulse des gepulsten Auslesesignals auf den Auslesesignalkanal aufschaltet. Die hier beschriebene Spannungssignalerzeugungseinrichtung mit den n Stufen ist vergleichsweise kostengünstig herstellbar und benötigt einen relativ geringen Bauraum. Die hier beschriebene Ausführungsform der
Spannungssignalerzeugungseinrichtung ist somit leicht in oder benachbart zu einer kapazitiven Vorrichtung verbaubar.
Die Vorteile der vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen des
Auslesesignalgebers sind auch bei einer kapazitiven Vorrichtung mit einem derartigen Auslesesignalgeber und der zumindest einen Kondensatoreinrichtung, welche eine Eigenschwingung mit der Eigenschwingperiodendauer tres besitzt, direkt oder indirekt an dem Auslesesignalkanal elektrisch angebunden ist und mittels des an dem Auslesesignalkanal bereitgestellten gepulsten Auslesesignals auslesbar ist, gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die kapazitive Vorrichtung mindestens zwei Kondensatoreinrichtungen als ihre zumindest eine
Kondensatoreinrichtung, wobei die mindestens zwei Kondensatoreinrichtungen jeweils eine Eigenschwingung mit der gleichen Eigenschwingperiodendauer tres besitzen. Somit kann das gleiche gepulste Auslesesignal zum
rauschfreien/einschwingrauschfreien Auslesen der mindestens zwei
Kondensatoreinrichtungen der kapazitiven Vorrichtung genutzt werden.
Beispielsweise kann die kapazitive Vorrichtung als die mindestens zwei
Kondensatoreinrichtungen mindestens eine Mess-Kondensatoreinrichtung und mindestens eine Referenz-Kondensatoreinrichtung umfassen. Die hier beschriebene Erfindung ist somit auch zum Ausführen von Messungen unter Berücksichtigung von Referenzmessungen anwendbar.
Vorzugsweise ist die kapazitive Vorrichtung ein kapazitiver Drucksensor, ein kapazitiver Beschleunigungssensor, ein kapazitiver Drehratensensor oder ein Mikrofon. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele der kapazitiven Vorrichtung nicht abschließend zu interpretieren sind.
Des Weiteren bewirkt auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Betreiben einer kapazitiven Vorrichtung die oben bereits erläuterten Vorteile. Es wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren gemäß den oben
beschriebenen Ausführungsformen des Auslesesignalgebers und/oder der kapazitiven Vorrichtung weiterbildbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm zum Erläutern einer Funktionsweise eines
Signalgebers zum Auslesen einer kapazitiven Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2a bis 2d Diagramme zum Erläutern einer Ausführungsform des
Verfahrens zum Betreiben einer kapazitiven Vorrichtung; und Fig. 3a und 3b schematische Teil- und Gesamtdarstellungen einer
Ausführungsform des Auslesesignalgebers, bzw. der damit zusammenwirkenden kapazitiven Vorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 2a bis 2d zeigen Diagramme zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer kapazitiven Vorrichtung.
Das im Weiteren beschriebene Verfahren ist für jede kapazitive Vorrichtung, welche zumindest eine Kondensatoreinrichtung aufweist, verwendbar. Unter der zumindest einen Kondensatoreinrichtung ist eine elektrische Einrichtung aus je zwei Elektrodenkomponenten zu verstehen, wobei mindestens eine der zwei Elektrodenkomponenten derart verformbar und/oder verstellbar ist, dass eine zwischen den zwei Elektrodenkomponenten anliegende Kapazität variiert.
Lediglich beispielhaft wird das im Weiteren beschriebene Verfahren für eine kapazitive Vorrichtung ausgeführt, deren zumindest eine Kondensatoreinrichtung je eine Membran als Aktorelektrode und je eine ortsfeste Statorelektrode umfasst.
Bei der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung besitzt jeweils mindestens eine ihrer zwei Elektrodenkomponenten eine als Eigenschwingung mit einer Eigenschwingperiodendauer tres bezeichenbare mechanische Schwingung. Im Weiteren wird ein derartiger Betriebszustand der zumindest einen Kondensatoreinrichtung als eine Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung mit der Eigenschwingperiodendauer tres bezeichnet. Unter der Eigenschwingperiodendauer tres kann insbesondere die Eigenschwingperiodendauer einer Grundmode einer Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung verstanden werden. Die Eigenschwingperiodendauer tres kann somit ein Kehrwert einer Frequenz der Grundmode einer Eigenschwingung der zumindest einen
Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung sein.
Bei einem Ausführen des hier beschriebenen Verfahrens wird zum gepulsten Betreiben der kapazitiven Vorrichtung ein gepulstes Auslesesignal mit einer Pulsfrequenz an einem Auslesesignalkanal, an welchem die zumindest eine Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung direkt oder indirekt elektrisch angebunden ist, bereitgestellt. Die Pulsfrequenz des gepulsten Auslesesignals kann eine während des gepulsten Betriebs der kapazitiven Vorrichtung zeitlich konstante Pulsfrequenz oder eine während des gepulsten Betriebs der kapazitiven Vorrichtung zeitlich variierende Pulsfrequenz sein. Unter dem gepulsten Auslesesignal ist vorzugsweise ein Spannungssignal mit (nahezu) rechteckförmigen Pulsprofilen zu verstehen. Für jeden der Spannungspulse des gepulsten Auslesesignals kann eine Pulsdauer/Pulslänge tpuis definiert sein, wobei die Spannungspulse des gepulsten Spannungssignals während des gepulsten Betriebs der kapazitiven Vorrichtung wahlweise die gleiche Pulsdauer tpuis oder unterschiedliche Pulsdauern tpuis aufweisen können.
Die zumindest eine Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung wird mittels des gepulsten Auslesesignals ausgelesen. Das gepulste Auslesesignal dient somit nur zur Auslesung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung, da das Funktionsprinzip/Messprinzip der zumindest einen Kondensatoreinrichtung in der Regel keine kontinuierliche Bestromung erfordert. Allerdings wird die zumindest eine Kondensatoreinrichtung
herkömmlicherweise bei ihrer Auslesung häufig in eine Eigenschwingung mit der Eigenschwingperiodendauer tres versetzt. Einer Anregung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung zur Eigenschwingung mit der
Eigenschwingperiodendauer tres wird bei einem Ausführen des hier
beschriebenen Verfahrens jedoch entgegengewirkt, indem jeder Spannungspuls des gepulsten Auslesesignals in n zeitlich voneinander versetzten
Spannungsstufen auf den Auslesesignalkanal aufgeschaltet wird, wobei n eine natürliche Zahl größer-gleich 2 ist. Außerdem wird zwischen zwei nacheinander aufgeschalteten Spannungsstufen jeweils ein Zeitversatz At, so eingehalten, dass für den mindestens einen Zeitversatz At, zwischen den Spannungsstufen Gleichung (Gl. 1) gilt mit:
Figure imgf000008_0001
wobei m eine natürliche Zahl größer-gleich Null ist. Der mindestens eine
Zeitversatz At, liegt somit in einem Wertebereich zwischen Atmin = n bis A = Atmin+mAti, wobei m vorzugsweise so gewählt ist, dass Atmax deutlich kleiner als die jeweilige Pulsdauer tpuis ist. (Die Pulsdauer tpuis ist die Zeitspanne zwischen dem abgeschlossenen Aufschalten der n Spannungsstufen auf den
Auslesesignalkanal und einem späteren Zurücknehmen/Reduzieren der auf den Auslesesignalkanal aufgeschalteten Spannung.)
Die n Spannungsstufen weisen jeweils eine Spannungsstufenhöhe AV, auf, wobei für die Summe über die Spannungsstufenhöhen AV, der n Spannungsstufen Gleichung (Gl. 2) gilt:
Figure imgf000009_0001
wobei VPuis die maximale Pulsintensität des auf den Auslesekanal fertig aufgeschalteten Spannungspulses ist.
Eine Gesamtaufschaltzeit ttotai eines Spannungspulses des gepulsten
Auslesesignals auf den Auslesesignalkanal berechnet sich somit nach Gleichung (Gl. 3) mit:
Figure imgf000009_0002
Während eines zu einem Zeitpunkt to begonnenen Aufschaltens der n
Spannungsstufen eines Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals gilt somit für die aktuell auf den Auslesesignalkanal aufgeschaltete Spannung V(t) mit to<t< to+ ttotai nach Gleichung (Gl. 4):
Figure imgf000009_0003
wobei j die größte natürliche Zahl kleiner-gleich n ist, für welche gilt:
Figure imgf000009_0004
Vorzugsweise gilt für eine Abweichung d von Afc: |5|« tres /2n2. Das hier beschriebene Verfahren weist in diesem Fall eine besonders hohe Robustheit auf. In dem Diagramm der Fig. 2a ist das n-stufige Aufschalten eines
Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals beispielhaft als zweistufiges Aufschalten bildlich wiedergegeben, wobei m gleich Null ist. In dem Diagramm der Fig. 2a ist die Abszisse jeweils eine Zeitachse t, während mittels der Ordinate die auf den Auslesesignalkanal aufgeschaltete Spannung V(t) wiedergegeben ist.
Zu einem Zeitpunkt to wird eine erste Spannungsstufe auf den Auslesekanal aufgeschaltet. Die erste Spannungsstufe löst eine mittels der Ordinate des Diagramms der Fig. 2b bildlich wiedergegebene erste Beschleunigung ai der jeweils als Aktorelektrode eingesetzten Membran der zumindest einen
Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung aus. (Die Abszisse des Diagramms der Fig. 2b ist eine Zeitachse t.) Man kann dies auch damit umschreiben, dass die erste Spannungsstufe zum Zeitpunkt to eine
Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung mit der Eigenschwingperiodendauer tres anregt.
Nach dem Zeitversatz At, wird zum Zeitpunkt to+At, eine zweite Spannungsstufe auf den Auslesekanal aufgeschaltet. Die zweite Spannungsstufe regt eine zweite Beschleunigung a2 der jeweils als Aktorelektrode eingesetzten Membran der zumindest einen Kondensatoreinrichtung an, welche mittels der Ordinate des Diagramms der Fig. 2c bildlich wiedergegeben ist. (Die Abszisse des Diagramms der Fig. 2c ist wiederum eine Zeitachse t.)
Beispielhaft liegt zwischen den Zeiten to und to+At, ein "idealer" Zeitversatz tres/2 von einer Hälfte der Eigenschwingperiodendauer tres. Die zweite Beschleunigung a2 wirkt deshalb der ersten Beschleunigung ai gegenphasig entgegen. Die zweite Spannungsstufe bewirkt damit ab dem Zeitpunkt to+At, eine„Dämpfung“ der mittels der ersten Spannungsstufe zum Zeitpunkt to angeregten
Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung mit der Eigenschwingperiodendauer tres.
Bei dem Diagramm der Fig. 2d ist die Abszisse eine Zeitachse t, während mittels der Ordinate ein Integral |2a(t)dt über eine Beschleunigung a(t) der jeweils als Aktorelektrode eingesetzten Membran der zumindest einen
Kondensatoreinrichtung aus ihrer jeweiligen Ruhestellung ab der Zeit to wiedergegeben ist. Erkennbar ist anhand des Diagramms der Fig. 2d, dass die jeweilige Membran der zumindest einen Kondensatoreinrichtung ab der Zeit to+At, (im Wesentlichen) unbewegt bleibt.
Das in den beiden vorausgehenden Absätzen beschriebene Prinzip der „Dämpfung“ wirkt entsprechend auch bei einem drei- oder mehrstufigen
Aufschalten des jeweiligen Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals.
Auch bei einem Aufschalten des jeweiligen Spannungspulses mittels mindestens drei nacheinander aufgeschalteten Spannungsstufen verharrt z.B. die jeweils als Aktorelektrode eingesetzte Membran der zumindest einen
Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung (spätestens) ab der
Gesamtaufschaltzeit ttotai (im Wesentlichen) unbewegt. Die vorteilhafte
„Dämpfung“ liegt bereits nach einer relativ kurzen Abklingzeit, welche (nahezu) gleich der Gesamtaufschaltzeit ttotai ist, vor. Die Kürze der Abklingzeit verringert ein Rauschen der mittels des gepulsten Auslesesignals in einem gepulsten Betrieb betriebenen kapazitiven Vorrichtung.
Vorzugsweise weisen die n Spannungsstufen des jeweiligen Spannungspulses jeweils die gleiche Spannungsstufenhöhe AV, = Vpuis/n auf. Eine derartige
Vorgehensweise beim Aufschalten der n Spannungsstufen des jeweiligen
Spannungspulses bewirkt eine besonders vorteilhafte„Dämpfung“ der
Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung mit der Eigenschwingperiodendauer tres.
Bei einem drei- oder mehrstufigen Aufschalten des jeweiligen Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals sind auch die n Spannungsstufen bevorzugt möglichst äquidistant innerhalb der Gesamtaufschaltzeit ttotai des jeweiligen Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals verteilt. Die Gleichverteilung der n Spannungsstufen verbessert die vorteilhafte„Dämpfung“ der Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung mit der Eigenschwingperiodendauer tres zusätzlich. Insbesondere kann bei einem drei- oder mehrstufigen Aufschalten des jeweiligen Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals für alle der mindestens zwei Zeitversätze At, zwischen den Spannungsstufen gelten: At, = ttotai /(n-l) Die mittels des hier beschriebenen Verfahrens bewirkbare„Dämpfung“ der Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung mit der Eigenschwingperiodendauer tres verhindert ein Auftreten eines Rauschens/Einschwingrauschens an einem von der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung ausgelesenen elektrischen Antwortsignal. Das Ausführen des hier beschriebenen Verfahrens erleichtert damit auch eine Auswertung des Antwortsignals der kapazitiven Vorrichtung. Außerdem trägt die Rauschfreiheit/Einschwingrauschfreiheit des bei einem Ausführen des hier beschriebenen Verfahrens gewonnenen Antwortsignals zur Verbesserung einer Genauigkeit und/oder zur Verringerung eines Fehlerrisikos bei einem Festlegen mindestens eines Messwerts anhand des Antwortsignals bei. Vorzugsweise wird das Auslesesignal erst nach dem Anlegen aller n Spannungsstufen, d.h. nach der Gesamtaufschaltzeit ttotai des jeweiligen
Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals, erfasst.
Auch das spätere Zurücknehmen/Reduzieren der auf den Auslesesignalkanal aufgeschalteten Spannung des jeweiligen Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals kann in ne zeitlich voneinander versetzten Spannungsabfallstufen erfolgen, wobei ne eine natürliche Zahl größer-gleich 2 ist. Zusätzlich kann zwischen zwei nacheinander ausgeführten Spannungsabfallstufen jeweils ein Zeitversatz Ate, so eingehalten werden, dass für den mindestens einen
Zeitversatz Ate, zwischen den Spannungsabfallstufen Gleichung (Gl. 5) gilt mit:
Figure imgf000012_0001
wobei me eine natürliche Zahl größer-gleich Null ist. Die ne
Spannungsabfallstufen können jeweils eine Spannungsabfallstufenhöhe AVe, aufweisen, wobei in diesem Fall für die Summe über die
Spannungsabfallstufenhöhen AVe, der ne Spannungsabfallstufen Gleichung (Gl.
6) gilt:
(Gl. 6) Vpiila = Ef=1lVei
Vorzugsweise weisen die ne Spannungsabfallstufen jeweils die gleiche
Spannungsabfallstufenhöhe AVe, = Vpuis/n auf. Eine Gesamtabschaltzeit tetotai des jeweiligen Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals auf den
Auslesesignalkanal berechnet sich somit nach Gleichung (Gl. 7) mit:
Figure imgf000013_0001
Bei einem drei- oder mehrstufigen Zurücknehmen/Reduzieren der auf den Auslesesignalkanal aufgeschalteten Spannung des jeweiligen Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals sind auch die ne Spannungsabfallstufen bevorzugt möglichst äquidistant innerhalb der Gesamtabschaltzeit tetotai des jeweiligen Spannungspulses verteilt. Insbesondere kann gelten: Ate, = ttotai /(ne-l)
Sofern das Zurücknehmen/Reduzieren des jeweiligen Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals zu einem Zeitpunkt teo begonnen wird, gilt für die aktuell auf den Auslesesignalkanal aufgeschaltete Spannung V(t) mit teo<t< teo+ tetotai nach Gleichung (Gl. 8):
Figure imgf000013_0002
wobei j die größte natürliche Zahl kleiner-gleich ne ist, für welche gilt:
Figure imgf000013_0003
Auch die hier beschriebene Vorgehensweise beim Zurücknehmen/Reduzieren des jeweiligen Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals bewirkt eine besonders vorteilhafte„Dämpfung“ der Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung der kapazitiven Vorrichtung mit der
Eigenschwingperiodendauer tres.
Fig. 3a und 3b zeigen schematische Teil- und Gesamtdarstellungen einer Ausführungsform des Auslesesignalgebers, bzw. der damit zusammenwirkenden kapazitiven Vorrichtung.
Der in Fig. 3a schematisch dargestellte Auslesesignalgeber 10 kann auch als ein Anregungssignalgeber der kapazitiven Vorrichtung 12 bezeichnet werden. Der Auslesesignalgeber 10 kann Teil der kapazitiven Vorrichtung 12 sein. Ebenso kann der Auslesesignalgeber 10 jedoch auch getrennt von der damit
zusammenwirkenden kapazitiven Vorrichtung 12 montiert sein.
Der Auslesesignalgeber 10 weist zumindest eine
Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 auf, welche mittels eines Taktgebers 16 ansteuerbar ist. Der Taktgeber 16 kann ein Auslesesignalgeber-eigener oder Auslesesignalgeber-externer Taktgeber 16 sein. Die
Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 ist mittels des Taktgebers 16 derart ansteuerbar, dass die Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 ein gepulstes Auslesesignal mit einer von dem Taktgeber 16 vorgegebenen Pulsfrequenz tvar an einen Auslesesignalkanal 17 des Auslesesignalgebers 10 bereitstellt.
Zumindest eine direkt oder indirekt an dem Auslesesignalkanal 17 elektrisch angebundene Kondensatoreinrichtung Csense und Cref der kapazitiven Vorrichtung 12 ist mittels des gepulsten Auslesesignals auslesbar. Allerdings besitzt die zumindest eine Kondensatoreinrichtung Csense und Cref auch eine
Eigenschwingung mit einer Eigenschwingperiodendauer tres. Unter der
Eigenschwingperiodendauer tres kann insbesondere eine
Eigenschwingperiodendauer einer Grundmode einer Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung Csense und Cref verstanden werden.
Die Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 ist dazu ausgelegt, jeden Spannungspuls des gepulsten Auslesesignals in n zeitlich voneinander versetzten Spannungsstufen auf den Auslesesignalkanal 17 aufzuschalten, wobei n eine natürliche Zahl größer-gleich 2 ist. Zusätzlich ist die
Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 dazu ausgelegt, zwischen zwei nacheinander aufgeschalteten Spannungsstufen jeweils einen Zeitversatz At, einzuhalten, wobei für den mindestens einen Zeitversatz At, zwischen den Spannungsstufen die oben bereits zitierte Gleichung (Gl. 1) gilt mit:
Figure imgf000014_0001
wobei m eine natürliche Zahl größer-gleich Null ist.
Somit bewirkt auch der hier beschriebene Auslesesignalgeber 10 eine „Dämpfung“ der Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung Csense und Cref der kapazitiven Vorrichtung 12 mit der
Eigenschwingperiodendauer tres. Auch ein von der zumindest einen
Kondensatoreinrichtung Csense und Cref ausgelesenes Antwortsignal ist deshalb verglichen mit dem Stand der Technik deutlich rauschfreier. Aufgrund der Verwendung des hier beschriebenen Auslesesignalgebers 10 liefert die kapazitive Vorrichtung 12 ein besonders rauscharmes Antwortsignal. Weitere Maßnahmen zur Unterdrückung des Einschwingrauschens des Antwortsignals müssen bei der Verwendung des Auslesesignalgebers 10 nicht getroffen werden. Da die Verwendung des Auslesesignalgebers 10 eine rauscharme
Signalermittlung ermöglicht, können zur Auswertung des jeweils ermittelten Antwortsignals der kapazitiven Vorrichtung 12 kostengünstige und wenig
Bauraum benötigende Auswerteeinrichtungen 18 bis 22 eingesetzt werden.
Auch die Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 kann kostengünstig und mit einem geringen Bauraumbedarf ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 n Stufen umfassen, welche zeitlich voneinander versetzt derart hochfahrbar sind, dass jede der n Stufen jeweils eine der n Spannungsstufen der Spannungspulse des gepulsten Auslesesignals auf den Auslesesignalkanal 17 aufschaltet.
In der Regel ist für jeden Spannungspuls des gepulsten Auslesesignals eine maximale Pulsintensität Vpuis definierbar, wobei die
Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 dazu ausgelegt ist, die n
Spannungsstufen des Spannungspulses jeweils mit einer gleichen oder unterschiedlichen Spannungsstufenhöhe AV, derart auf den Auslesesignalkanal 17 aufzuschalten, dass die oben bereits aufgeführte Gleichung (Gl. 2) gilt mit:
Figure imgf000015_0001
Bevorzugter Weise ist die Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 dazu ausgelegt, die n Spannungsstufen des Spannungspulses jeweils mit der gleichen Spannungsstufenhöhe AV, = Vpuis/n auf den Auslesesignalkanal 17
aufzuschalten. Die hier beschriebene Vorgehensweise trägt zusätzlich zur „Dämpfung“ der Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung Csense und Cref der kapazitiven Vorrichtung 12 mit der
Eigenschwingperiodendauer tres bei.
Die kapazitive Vorrichtung 12 kann mindestens zwei Kondensatoreinrichtungen Csense und Cref als ihre zumindest eine Kondensatoreinrichtung Csense und Cref umfassen. Vorzugsweise besitzen die mindestens zwei
Kondensatoreinrichtungen Csense und Cref jeweils eine Eigenschwingung mit der gleichen Eigenschwingperiodendauer tres. Die mindestens zwei
Kondensatoreinrichtungen Csense und Cref können auch in Form von
Wheatstonebrücken 24a und 24b miteinander verschaltet sein (siehe Fig. 3b). Außerdem können die mindestens zwei Kondensatoreinrichtungen Csense und Cref mindestens eine Mess- Kondensatoreinrichtung Csense und mindestens eine Referenz- Kondensatoreinrichtung Cref sein. Bei der mindestens einen Mess- Kondensatoreinrichtung Csense ist mindestens eine ihrer zwei
Elektrodenkomponenten als Reaktion auf eine mittels der jeweiligen Mess- Kondensatoreinrichtung Csense zu bestimmende Messgröße derart verformbar und/oder verstellbar, dass eine zwischen den zwei Elektrodenkomponenten der Mess-Kondensatoreinrichtung Csense anliegende Kapazität variiert.
Demgegenüber ist bei der mindestens einen Referenz- Kondensatoreinrichtung Cref ein Verformen oder Verstellen ihrer zwei Elektrodenkomponenten als
Reaktion auf die jeweilige Messgröße (im Wesentlichen) unterbunden.
Die kapazitive Vorrichtung 12 kann ein kapazitiver Drucksensor, ein kapazitiver Beschleunigungssensor, ein kapazitiver Drehratensensor oder ein Mikrofon sein. Lediglich beispielhaft ist in der Ausführungsform der Fig. 3a und 3b die kapazitive Vorrichtung 12 ein kapazitiver Drucksensor mit zwei Wheatstonebrücken 24a und 24b, wobei jede der zwei Wheatstonebrücken 24a und 24b je zwei Mess- Kondensatoreinrichtungen Csense und je zwei Referenz-Kondensatoreinrichtungen Cref aufweist. (Als Weiterbildung kann auch für jede der in Fig. 3b dargestellten Kondensatoreinrichtungen Csense und Cref eine Vielzahl von parallel geschalteten Kondensatoreinrichtungen Csense und Cref in die zwei Wheatstonebrücken 24a und 24b eingebunden sein.) Die Mess- Kondensatoreinrichtungen Csense weisen jeweils eine als Aktorelektrode eingesetzte Membran auf, welche aufgrund eines an ihrer Außenoberfläche vorherrschenden Drucks in eine Referenzdruckkavität einwölbbar und/oder aus der Referenzdruckkavität auswölbbar ist, wobei in jeder Referenzdruckkavität der Mess-Kondensatoreinrichtungen Csense eine
Gegenelektrode derart angeordnet ist, dass eine druckabhängige Kapazität zwischen jeder Membran der Mess-Kondensatoreinrichtungen Csense und der ihr zugeordneten Gegenelektrode anliegt. Demgegenüber sind die Referenz- Kondensatoreinrichtungen Cref so als "feste Kapazitäten" ausgebildet, dass eine zwischen ihrer Membran und der zugeordneten Gegenelektrode anliegende Kapazität (im Wesentlichen) druckunabhängig ist.
Während des Auslesens der zwei Wheatstonebrücken 24a und 24b mittels des Auslesesignalgebers 10 können die Signale der zwei Wheatstonebrücken 24a und 24b zu einem Antwortsignal summiert werden. Ein Signalverstärker 18 kann das Antwortsignal verstärken. Anschließend kann das verstärkte Antwortsignal mittels eines ADC-Wandlers 20 in ein digitales Signal umgewandelt werden. Ein Filter 22 kann das digitale Signal über mehrere Pulse mittein.
Als vorteilhafte Weiterbildung kann die Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 auch dazu ausgelegt sein, jeden Spannungspuls des gepulsten
Auslesesignals in ne zeitlich voneinander versetzten Spannungsabfallstufen zu reduzieren, wobei ne eine natürliche Zahl größer-gleich 2 ist, und wobei zwischen zwei nacheinander ausgeführten Spannungsabfallstufen jeweils ein Zeitversatz Ate, liegt und für den mindestens einen Zeitversatz Ate, zwischen den
Spannungsabfallstufen jeweils die oben genannte Gleichung (Gl. 5) gilt mit:
Figure imgf000017_0001
wobei me eine natürliche Zahl größer-gleich Null ist. Die vorteilhafte„Dämpfung“ der Eigenschwingung der zumindest einen Kondensatoreinrichtung Csense und Cref der kapazitiven Vorrichtung 12 mit der Eigenschwingperiodendauer tres ist somit auch beim Zurücknehmen/Reduzieren des jeweiligen Spannungspulses des gepulsten Auslesesignals bewirkbar.
Der Auslesesignalgeber 10/seine Spannungssignalerzeugungseinrichtung 14 kann auch zum Ausführen weiterer der oben beschriebenen Verfahrensschritte ausgebildet sein. Auf eine wiederholte Beschreibung dieser Verfahrensschritte wird hier verzichtet.
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Claims

Anspruch
1. Auslesesignalgeber (10) für eine kapazitive Vorrichtung (12) mit: einer Spannungssignalerzeugungseinrichtung (14), welche mittels eines Auslesesignalgeber-eigenen oder Auslesesignalgeber-externen Taktgebers (16) derart ansteuerbar ist, dass die
Spannungssignalerzeugungseinrichtung (14) ein gepulstes Auslesesignal mit einer von dem Taktgeber vorgegebenen Pulsfrequenz (tvar) an einem Auslesesignalkanal (17) des Auslesesignalgebers (10) so bereitstellt, dass zumindest eine direkt oder indirekt an dem Auslesesignalkanal (17) elektrisch angebundene Kondensatoreinrichtung (Csense und Cref) der kapazitiven Vorrichtung (12), welche eine Eigenschwingung mit einer Eigenschwingperiodendauer tres besitzt, mittels des gepulsten
Auslesesignals auslesbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungssignalerzeugungseinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, jeden Spannungspuls des gepulsten Auslesesignals in n zeitlich voneinander versetzten Spannungsstufen auf den Auslesesignalkanal (17)
aufzuschalten, wobei n eine natürliche Zahl größer-gleich 2 ist, und wobei zwischen zwei nacheinander aufgeschalteten Spannungsstufen jeweils ein Zeitversatz At, liegt und für den mindestens einen Zeitversatz At, zwischen den Spannungsstufen gilt:
Figure imgf000019_0001
= m * trgs +— , wobei m eine natürliche Zahl größer-gleich Null ist.
2. Auslesesignalgeber (10) nach Anspruch 1, wobei für jeden Spannungspuls des gepulsten Auslesesignals eine maximale Pulsintensität Vpuis definierbar ist, und wobei die Spannungssignalerzeugungseinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, die n Spannungsstufen des Spannungspulses jeweils mit einer gleichen oder unterschiedlichen Spannungsstufenhöhe AV, derart auf den Auslesesignalkanal (17) aufzuschalten, dass gilt: Vpul3
Figure imgf000020_0001
3. Auslesesignalgeber (10) nach Anspruch 2, wobei die
Spannungssignalerzeugungseinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, die n Spannungsstufen des Spannungspulses jeweils mit der gleichen
Spannungsstufenhöhe AV, = Vpuis/n auf den Auslesesignalkanal (17) aufzuschalten.
4. Auslesesignalgeber (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannungssignalerzeugungseinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, jeden Spannungspuls des gepulsten Auslesesignals in ne zeitlich voneinander versetzten Spannungsabfallstufen zu reduzieren, wobei ne eine natürliche Zahl größer-gleich 2 ist, und wobei zwischen zwei nacheinander ausgeführten Spannungsabfallstufen jeweils ein Zeitversatz Ate, liegt und für den mindestens einen Zeitversatz Ate, zwischen den Spannungsabfallstufen gilt: , wobei me eine
Figure imgf000020_0002
natürliche Zahl größer-gleich Null ist.
5. Auslesesignalgeber (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannungssignalerzeugungseinrichtung (14) n Stufen umfasst, welche zeitlich voneinander versetzt derart hochfahrbar sind, dass jede der n Stufen jeweils eine der n Spannungsstufen der Spannungspulse des gepulsten Auslesesignals auf den Auslesesignalkanal (17) aufschaltet.
6. Kapazitive Vorrichtung (12) mit: einem Auslesesignalgeber (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche; und der zumindest einen Kondensatoreinrichtung (Csense und Cref), welche eine Eigenschwingung mit der Eigenschwingperiodendauer tres besitzt ist, direkt oder indirekt an dem Auslesesignalkanal (17) elektrisch angebunden ist und mittels des an dem Auslesesignalkanal (17) bereitgestellten gepulsten Auslesesignals auslesbar ist.
7. Kapazitive Vorrichtung (12) nach Anspruch 6, wobei die kapazitive
Vorrichtung (12) mindestens zwei Kondensatoreinrichtungen (Csense und Cref) als ihre zumindest eine Kondensatoreinrichtung (Csense und Cref) umfasst, und wobei die mindestens zwei Kondensatoreinrichtungen (Csense und Cref) jeweils eine Eigenschwingung mit der gleichen
Eigenschwingperiodendauer tres besitzen.
8. Kapazitive Vorrichtung (12) nach Anspruch 7, wobei die kapazitive
Vorrichtung (12) als die mindestens zwei Kondensatoreinrichtungen (Csense und Cref) mindestens eine Mess- Kondensatoreinrichtung (Csense) und mindestens eine Referenz- Kondensatoreinrichtung (Cref) umfasst.
9. Kapazitive Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die kapazitive Vorrichtung (12) ein kapazitiver Drucksensor, ein kapazitiver Beschleunigungssensor, ein kapazitiver Drehratensensor oder ein Mikrofon ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer kapazitive Vorrichtung (12) mit den
Schritten:
Bereitstellen eines gepulsten Auslesesignals mit einer Pulsfrequenz (tvar) an einem Auslesesignalkanal (17), an welchem zumindest eine
Kondensatoreinrichtung (Csense und Cref) der kapazitiven Vorrichtung (12) direkt oder indirekt elektrisch angebundenen ist; und
Auslesen der zumindest einen Kondensatoreinrichtung (Csense und Cref) der kapazitiven Vorrichtung (12), welche eine Eigenschwingung mit einer Eigenschwingperiodendauer tres besitzt, mittels des gepulsten
Auslesesignals; dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spannungspuls des gepulsten Auslesesignals in n zeitlich
voneinander versetzten Spannungsstufen auf den Auslesesignalkanal (17) aufgeschaltet wird, wobei n eine natürliche Zahl größer-gleich 2 ist, und wobei zwischen zwei nacheinander aufgeschalteten Spannungsstufen jeweils ein Zeitversatz At, so eingehalten wird, dass für den mindestens einen Zeitversatz At, zwischen den Spannungsstufen gilt:
Atj = m * trgs + — , wobei m eine natürliche Zahl größer-gleich Null ist.
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