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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Sensoranordnungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 10 2005 055 474 A1 ein Beschleunigungssensor bekannt, welcher einen ersten und einen zweiten Chip umfasst. Der erste Chip weist eine mikromechanische Einrichtung zur Detektion einer auftretenden Beschleunigung auf, während der zweite Chip eine Auswerteeinheit zum Auswerten der detektierten Beschleunigung aufweist. Nachteilig dabei ist, dass analoge Detektionssignale des ersten Chips zur Aufbereitung erst zum zweiten Chip übertragen werden müssen. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Detektionssignale auf dem Weg vom ersten Chip zum zweiten Chip durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise elektromagnetische Strahlung und dergleichen, verfälscht werden. Darüberhinaus sind aus den Druckschriften
DE 101 08 196 A1 ,
DE 101 08 197 A1 und
DE 102 37 410 A1 Drehratensensoren mit Coriolis-Elementen bekannt, wobei jeweils ein Coriolis-Element zu Schwingungen parallel zu einer ersten Achse angeregt wird, wobei beim Vorliegen einer Drehrate parallel zur einer dritten Achse (senkrecht zur ersten Achse) das Coriolis-Element durch eine auf das Coriolis-Element wirkende Corioliskraft parallel zu einer zweiten Achse (senkrecht zur ersten und zur dritten Achse) ausgelenkt wird und wobei ein Detektionsmittel die Auslenkung des Coriolis-Elements kapazitiv oder piezoelektrisch detektiert. Die detektierte Auslenkung ist dabei abhängig von der Drehrate. Aus der Druckschrift
DE 102 36 773 A1 ist ferner ein Beschleunigungssensor mit einem Substrat und einem Feldeffekttransistor bekannt, wobei der Feldeffekttransistor ein relativ zum Substrat bewegliches Gate aufweist. Eine Bewegung des beweglichen Gates relativ zum Substrat dient dabei zur Modulation eines Stromflusses durch einen Ladungskanal zwischen Source- und Drain-Anschlüssen des Feldeffekttransistors. Die Veröffentlichung
WO 2009/009803 A2 zeigt eine Sensoranordnung mit einem Drehratensensor und einem Multiplexer auf einem Substrat Die Veröffentlichung
WO 2003/093763 A1 zeigt einen Drehratensensor mit einem pulsweitenmodulierten Antriebssignal. Die Veröffentlichung
DE 10 2009 002 723 A1 offenbart ein mikromechanisches Messelement mit Moving Gate Elektrode, und die Veröffentlichung
DE 10 2009 001 856 A1 zeigt eine Vorrichtung zum resonanten Antreiben eines mikromechanischen Systems.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Sensoranordnung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass sowohl das Sensorelement, als auch der Pulsweitenmodulator auf einem Substrat, d.h. auf dem gleichen Sensorchip, angeordnet sind. In vorteilhafter Weise ist der Signalweg zwischen dem Detektionselement und dem Pulsweitenmodulator somit vergleichsweise kurz. In vorteilhafter Weise wird durch die Pulsweitenmodulation des ersten Sensorsignals eine Analog-Digital-Konvertierung des analogen ersten Sensorsignals erzielt, so dass das zweite Sensorsignal ein digitales Signal umfasst, welches wesentlich störunempfindlicher gegenüber ungewünschten äußeren Einflüssen, wie beispielsweise elektromagnetische Strahlung, parasitäre Kapazitäten, elektrische Widerstände, Temperatur- und/oder Packageeinflüsse, ist. In vorteilhafter Weise ist somit eine vergleichsweise aufwändige Abschirmung beim Transport des zweiten Sensorsignals zu einer weiteren Auswerteschaltung bzw. zu einem separaten Auswertechip einsparbar und/oder ist eine größere räumliche Distanz beim Transport des zweiten Sensorsignals zu einer weiteren Auswerteschaltung bzw. zu einem separaten Auswertechip überbrückbar, ohne dass das zweite Sensorsignal dabei durch die oben genannten äußeren Einflüsse negativ beeinträchtigt wird. Die Signalübertragung zum Auswertechip wird somit robuster und die Partitionierung zwischen Sensorchip und Auswertechip ist wesentlich flexibler zu gestalten. Darüberhinaus wird der Flächenbedarf auf dem Auswertechip reduziert. Das Substrat umfasst bevorzugt ein Halbleitersubstrat und besonders bevorzugt ein Siliziumsubstrat. Ein Substrat im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere einen Wafer und/oder einen Waferstapel (Chip Stack).
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Pulsweitenmodulator einen mikromechanischen Komparator umfasst, welcher zum Vergleichen des ersten Sensorsignals mit einem Trägersignal konfiguriert ist. In vorteilhafter Weise wird durch die Realisierung des Pulsweitenmodulators als ein mikromechanisches Bauelement, eine Implementierung der Pulsweitenmodulation auf dem Substrat, d.h. auf den Sensorchip, erzielt. Vorteilhafterweise ist der mikromechanische Komparator dabei im mikromechanischen Herstellungsprozess, welcher zur Herstellung des Sensorelements dient, herstellbar. Die Herstellung des Sensorelements und des Komparators in einem gemeinsamen Herstellungsprozess ermöglicht dabei vorzugsweise eine Designabstimmung dahingehend, dass der Einfluss von Prozesstoleranzen auf z.B. die Empfindlichkeit des Sensorelements minimierbar ist (Empfindlichkeitskompensation). In vorteilhafter Weise wird durch den Komparator ein digitales zweites Sensorsignal erzeugt, welches eine Bitbreite 1 mit hoher Abtastrate (Überabtastung) aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Sensorelement ein Anregungselement zur Anregung einer Antriebsschwingung der seismischen Masse aufweist, wobei das Sensorelement zur Erzeugung eines dritten Sensorsignals in Abhängigkeit der Antriebsschwingung ausgebildet ist und wobei das Substrat einen weiteren Pulsweitenmodulator aufweist, welcher zur Erzeugung eines vierten Sensorsignals durch eine Pulsweitenmodulation des dritten Sensorsignals konfiguriert ist, wobei der weitere Pulsweitenmodulator vorzugsweise einen weiteren mikromechanischen Komparator umfasst, welcher zum Vergleichen des dritten Sensorsignals mit dem Trägersignal konfiguriert ist. In vorteilhafter Weise umfasst das Sensorelement somit insbesondere einen Drehratensensor. Ferner wird auch das dritte Sensorsignal durch den weiteren Pulsweitenmodulator zu einem vierten Sensorsignal digitalisiert, so dass eine spätere Demodulation des zweiten Sensorsignals mit dem vierten Sensorsignal durchführbar ist, wobei in einfacher Weise lediglich störunempfindlichere digitale Signale miteinander verglichen werden müssen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf dem Substrat ein vorzugsweise mikromechanischer Demodulator, insbesondere ein XOR-Gatter (exclusive or gate) angeordnet ist, welcher sowohl mit dem Pulsweitenmodulator, als auch mit dem weiteren Pulsweitenmodulator elektrisch leitfähig verbunden ist und welcher zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit eines mit dem vierten Sensorsignal demodulierten zweiten Sensorsignals konfiguriert ist. In vorteilhafter Weise wird in einfacher Weise eine Demodulation des zweiten Sensorsignals mit dem vierten Sensorsignal derart bewirkt, dass das Ausgangssignal auf „1“ geschaltet wird, sobald die digitalen Zustände des zweiten und des vierten Sensorsignals unterschiedlich zueinander sind, und dass das Ausgangssignal auf „0“ geschaltet wird, sobald die digitalen Zustände des zweiten und des vierten Sensorsignals gleich sind. Auf diese Weise wird die Frequenz der Antriebsschwingung aus dem zweiten Sensorsignal herausgefiltert, so dass ein digitales Ausgangssignal erzeugt wird, welches eine von dem Sensorelement gemessene Drehrate quantifiziert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Komparator, der weitere Komparator und/oder das XOR-Gatter einen Feldeffekttransistor (FET) mit einem gegenüber dem Substrat beweglichen Gate umfasst. In vorteilhafter Weise wird somit die Differenz zweier Eingangssignale (erstes Sensorsignal und Trägersignal bzw. zweites Sensorsignal und Trägersignal bzw. drittes und viertes Sensorsignal) in eine mechanische Auslenkung des beweglichen Gates umgewandelt, welche über eine Modulation eines korrespondierenden Ladungskanals des Feldeffekttransistors (Kanal zwischen Drain und Source des Feldeffekttransistors) messbar ist. In vorteilhafter Weise sind somit für die Analog-Digital-Umwandlung notwendigen Digitalbausteine, wie Komparator und/oder XOR-Gatter, in einfacher Weise als mikromechanische Struktur realisierbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das bewegliche Gate mittels eines ersten Antriebselements zu einer ersten Bewegung und mittels eines zweiten Antriebselements zu einer zur ersten Bewegung antiparallelen zweiten Bewegung antreibbar ist, wobei das erste Antriebselement mit dem ersten Sensorsignal und das zweite Antriebselement mit dem Trägersignal oder das erste Antriebselement mit dem dritten Sensorsignalsignal und das zweite Antriebselement mit dem Trägersignal oder das erste Antriebselement mit dem zweiten Sensorsignal und das zweite Antriebselement mit dem vierten Sensorsignal elektrisch leitfähig verbunden sind. In vorteilhafter Weise regen das erste und zweite Antriebselement erste und zweite Bewegungen an, welche diametral entgegengesetzt sind. Dies hat zur Folge, dass das bewegliche Gate nur beim Vorliegen einer Antriebskraftdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebselement eine Bewegung durchführt, da sich andernfalls die Antriebskräfte des ersten und zweiten Antriebselements kompensieren. Der Ladungskanal des Feldeffekttransistors ist derart angeordnet, dass sowohl eine erste, als auch eine zweite Bewegung des beweglichen Gates ein Signal (insbesondere logisch 1) erzeugt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf dem Substrat ein mikromechanischer Signalgenerator angeordnet ist, welcher zur Erzeugung des Trägersignals konfiguriert ist, wobei das Trägersignal vorzugsweise ein Dreiecks- und/oder ein Sägezahnsignal umfasst. In vorteilhafter Weise werden somit alle für die Bereitstellung des digitalen Ausgangssignals wesentlichen Signale und Bausteine in mikromechanischen Strukturen erzeugt oder hergestellt, so dass eine vollständige Analog-Digital-Wandlung und Demodulierung des ersten Sensorsignals auf dem Substrat, d.h. auf dem Sensorchip implementierbar ist.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Sensoranordnung, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das erste Sensorsignal von dem Detektionselement erzeugt wird und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das zweite Sensorsignal durch eine Pulsweitenmodulation des ersten Sensorsignals von dem Pulsenweitenmodulator erzeugt wird. In vorteilhafter Weise wird somit eine Analog-Digital-Konvertierung auf dem Substrat, d.h. auf dem Sensorchip realisiert, so dass ein digitales zweites Sensorsignal erzeugt wird, welches im Vergleich zum ersten Sensorsignal deutlich störunempfindlicher gegenüber den oben genannten ungewünschten Einflüssen ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem dritten Verfahrensschritt ein drittes Sensorsignal von dem Sensorelement erzeugt wird, wobei in einem vierten Verfahrensschritt ein viertes Sensorsignal durch eine Pulsweitenmodulation des dritten Sensorsignals von einem weiteren Pulsweitenmodulator durchgeführt wird, wobei in einem fünften Verfahrensschritt ein Ausgangssignal durch eine Demodulation des zweiten Sensorsignals mit dem vierten Sensorsignal erzeugt wird. In vorteilhafter Weise wird ferner das zweite Sensorsignal bereits auf dem Substrat, d.h. auf dem Auswertechip mit dem vierten Sensorsignal demoduliert, so dass vom dem Auswertechip ein digitales Ausgangssignal bereitgestellt wird, welches die von dem Sensorelement detektierte Drehrate quantifiziert. Die Demodulation wird dabei vorzugsweise mittels eines mikromechanischen XOR-Gatters durchgeführt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem ersten Sensorsignal und dem Trägersignal, im vierten Verfahrensschritt in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem dritten Sensorsignal und dem Trägersignal und/oder im fünften Verfahrensschritt in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem zweiten und dem vierten Sensorsignal ein bewegliches Gate eines Feldeffekttransistors zu einer Bewegung angeregt wird, wobei in Abhängigkeit der Bewegung die elektrische Leitfähigkeit eines Ladungskanals des Feldeffekttransistors gesteuert wird. In vorteilhafter Weise wird das Gate dabei senkrecht oder parallel zum Substrat bewegt, so dass entweder die Überlappung zwischen dem Ladungskanal und dem Gate senkrecht zum Substrat oder der Abstand zwischen dem Landungskanal und dem Gate senkrecht zum Substrat durch die Bewegung des Gates verändert wird und somit eine Modulation des Ladungsflusses durch den Ladungskanal zwischen Drain und Source des Feldeffekttransistors erzielt wird.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
- 1 eine Sensoranordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
- 2 und 3 eine schematische Aufsicht und ein schematisches Schaltbild eines Pulsweitenmodulators einer Sensoranordnung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist eine Sensoranordnung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die illustrierte Sensoranordnung 1 insbesondere einen Sensorchip umfasst. Die Sensoranordnung 1 weist ein Substrat 2 auf, auf welchem beispielhaft ein Sensorelement 3 in Form eines mikromechanischen Drehratensensors realisiert ist. Der Drehratensensor umfasst eine nicht dargestellte seismische Masse, welche mittels Anregungselementen zu einer Antriebsschwingung entlang einer ersten Richtung angeregt wird. Beim Vorliegen einer Drehrate um eine Drehachse entlang einer zur ersten Richtung senkrechten dritten Richtung wirken Corioliskräfte auf die seismische Masse, so dass die seismische Masse entlang einer zur ersten und zur dritten Richtung senkrechten zweiten Richtung ausgelenkt wird. Diese Auslenkung der seismischen Masse wird von einem nicht abgebildeten Detektionselement des Sensorelements 3 detektiert und als ein analoges erstes Sensorsignal 10, welches von der Auslenkung der seismischen Masse abhängt, von dem Detektionselement in einem ersten Verfahrensschritt bereitgestellt. Das Detektionselement ist mit einem Pulsweitenmodulator 4 elektrisch leitfähig verbunden. Der Pulsweitenmodulator 4 stellt ein zweites Sensorsignal 10` her, welche durch eine Pulsweitenmodulation des ersten Sensorsignals 10 in einem zweiten Verfahrensschritt erzeugt wird. Dazu wird der Pulsweitenmodulator 4 mit einem Trägersignal 12 versorgt, welches von einem Signalgenerator 14 erzeugt wird. Der Signalgenerator 14 ist vorzugsweise als mikromechanisches Bauelement in das Substrat 2 und den Sensorchip integriert. Optional ist aber auch denkbar, dass der Signalgenerator 14 vom Sensorchip getrennt realisiert ist und lediglich das Trägersignal 12 auf den Sensorchip geführt wird. Das Trägersignal 12 umfasst insbesondere ein Dreieckssignal oder ein gekapptes Dreieckssignal. Der Pulsweitenmodulator 4 umfasst einen mikromechanischen Komparator 5, welcher das erste Sensorsignal 10 mit dem Trägersignal 12 vergleicht und das zweite Sensorsignal 10` in Abhängigkeit dieses Vergleichs herstellt. Der Komparator 5 kann lediglich zwei Schaltzustände unterscheiden: „0“ und „1“. Das zweite Sensorsignal 10` umfasst somit eine Abfolge von Pulsen, deren Pulsbreite (Weite) durch Abtasten des ersten Sensorsignals 10 moduliert wird. Folglich erzeugt der Komparator 5 ein digitales zweites Sensorsignal 10'. Aufgrund der Antriebsschwingung ist das erste Sensorsignal 10 mit der Antriebsfrequenz der Antriebsschwingung moduliert, so dass eine entsprechende Demodulation des zweiten Sensorsignals 10` nach der Drehrate durchgeführt werden muss, um ein digitales Ausgangssignal 13 zu erzeugen, welches lediglich von der detektierten Drehrate abhängt. Dazu wird von dem Sensorelement 3 in einem dritten Verfahrensschritt ein analoges drittes Sensorsignal 11 bereitgestellt, welches von der Antriebsschwingung der seismischen Masse abhängig ist. Dieses dritte Sensorsignal 11 wird analog zum ersten Sensorsignal 10 mittels eines weiteren Pulsweitenmodulators 6 in einem vierten Verfahrensschritt pulsweitenmoduliert. Der weitere Pulsweitenmodulator 6 umfasst einen mikromechanischen weiteren Komparator 7, welcher ebenfalls mit dem Signalgenerator 14 elektrisch leitfähig verbunden ist und mit dem Trägersignal 12 beaufschlagt wird. Der weitere Komparator 7 stellt analog zum zweiten Sensorsignal 10` ein digitales viertes Sensorsignal 11 ` bereit, welches durch einen Vergleich des dritten Sensorsignals 11 mit dem Trägersignal 12 erzeugt wird. Der Pulsweitenmodulator 4 und der weitere Pulsweitenmodulator 6 sind jeweils elektrisch leitfähig mit einem Demodulator 8 verbunden, welcher ein mikromechanisches XOR-Gatter 9 umfasst. Der Demodulator 8 demoduliert in einem fünften Verfahrensschritt das zweite Sensorsignal 10` mit dem vierten Sensorsignal 11' und stellt das digitale Ausgangssignal 13 bereit. Dazu vergleicht das XOR-Gatter 9 das zweite Sensorsignal 10` mit dem vierten Sensorsignal 11'. Das Ausgangssignal 13 wird auf „0“ geschaltet, wenn das zweite und vierte Sensorsignal 10', 11' den gleichen logischen Zustand aufweisen, während das Ausgangssignal 13 auf „1“ geschaltet wird, wenn das zweite und vierte Sensorsignal 10', 11' einen ungleichen logischen Zustand aufweisen. Das digitale Ausgangssignal 13 wird anschließend vorzugsweise zur weiteren Auswertung an einen Auswertechip, insbesondere einen ASIC-Halbleiterchip, weitergeleitet (Alternativ wäre auch denkbar, das zweite und vierte Sensorsignal 10', 11' direkt an den externen Auswertechip zu leiten). Das XOR-Gatter 9 ist als mikromechanisches Bauelement ausgeführt, wobei das XOR-Gatter 9 einen nicht dargestellten Feldeffekttransistor 100 (suspended FET, SG-FET) aufweist, welcher einen Ladungskanal 111 zwischen einem Drain- und einem Source-Anschluss 109, 110 des Feldeffekttransistors 100, sowie ein bewegliches Gate 101 umfasst. Das bewegliche Gate 101 ist gegenüber dem Ladungskanal 111 beweglich ausgebildet, wobei das bewegliche Gate 101 vorzugsweise senkrecht oder parallel zum Substrat 2 beweglich ist. Durch eine Bewegung des beweglichen Gates 101 relativ zum Ladungskanal 111 wird entweder die Überlappung zwischen dem Ladungskanal 111 und dem beweglichen Gate 101 senkrecht zum Substrat 2 oder der Abstand zwischen dem Ladungskanal 111 und dem beweglichen Gate 101 senkrecht zum Substrat 2 verändert, so dass die Bewegung des beweglichen Gates 101 den Schaltzustand des Feldeffekttransistors 100 aufgrund einer Änderung des elektrischen Feldes im Bereich des Ladungskanals 111 beeinflusst. Das bewegliche Gate 101 ist dabei mittels eines ersten Antriebselements 102 zu einer ersten Bewegung 103 und mittels eines zweiten Antriebselements 104 zu einer zur ersten Bewegung 103 antiparallelen zweiten Bewegung 105 aus einer Ausgangslage heraus antreibbar (erste und zweite Bewegung 103, 105 sind diametral entgegengesetzt), wobei das erste Antriebselement 102 mit dem zweiten Sensorsignal 10' und das zweite Antriebselement 104 mit dem vierten Sensorsignal 11' elektrisch leitfähig verbunden ist. Dies hat zur Folge, dass das bewegliche Gate 101 nur beim Vorliegen einer Antriebskraftdifferenz zwischen dem zweiten und dem vierten Sensorsignal 10', 11' die erste oder zweite Bewegung 103, 105 durchführt, da sich andernfalls die Antriebskräfte des ersten und zweiten Antriebselements 102, 104 gerade kompensieren. Der Ladungskanal 111 des Feldeffekttransistors 100 ist derart angeordnet, dass sowohl bei der ersten, als auch bei der zweiten Bewegung 103, 105 das Ausgangssignal 13 auf „1“ gesetzt wird. Sind der Schaltungszustand des zweiten und vierten Sensorsignals 10', 11' gleich, verweilt das bewegliche Gate 101 in seiner Ausgangslage und das Ausgangssignal 13 wird auf „0“ gesetzt. Die vorliegende Ausführungsform hat lediglich beispielhaften Charakter. Das Sensorelement 1 umfasst optional beispielsweise einen linearen Beschleunigungssensor.
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In 2 und 3 sind eine schematische Aufsicht und ein schematisches Schaltbild 121 eines Pulsweitenmodulators 4 einer Sensoranordnung 1 gemäß der in 1 illustrierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Pulsweitenmodulator 4 einen als mikromechanisches Bauelement ausgeführten Komparator 5 umfasst. Ähnlich wie das mikromechanische XOR-Gatter 9 umfasst der Komparator 5 einen Feldeffekttransistor 100, welche ein mit einer Antriebsmasse 108 verbundenes bewegliches Gate 101 aufweist. Die Antriebsmasse 108 ist über Federn 106 und Verankerungselemente 107 beweglich am Substrat 2 befestigt. Der Komparator 5 weist ferner ein erstes Antriebselement 102 auf, welches die Antriebsmasse 108 und somit auch das bewegliche Gate 101 zu einer ersten Bewegung 103 antreibt. Das erste Antriebselement 102 umfasst eine erste Kammelektrodenstruktur aus substratfesten ersten Antriebselektroden, welche in Abhängigkeit des ersten Signals 10 beschaltet werden, und aus korrespondierenden mit der Antriebsmasse 108 verbundenen ersten Gegenelektroden. Der Komparator 5 weist ein zum ersten Antriebselement 102 im Wesentlichen baugleiches zweites Antriebselement 104 auf, welches die Antriebsmasse 108 und somit das bewegliche Gate 101 zu einer zur ersten Bewegung 103 antiparallelen zweiten Bewegung 105 antreibt. Substratfeste zweite Antriebselektroden einer zweiten Kammelektrodenstruktur des zweiten Antriebselements 104, welche mit zweiten Gegenelektroden der Antriebsmasse 108 zusammenwirken, werden in Abhängigkeit des Trägersignals 12 beschaltet. Der Feldeffekttransistor 100 umfasst ferner einen Drain-Anschluss 109 und einen Source-Anschluss 110, welche mittels eines Ladungskanals 111 miteinander verbunden sind. Die elektrische Leitfähigkeit des Ladungskanals 111 bildet sich dabei in Abhängigkeit der Überdeckung des Ladungskanals 111 durch das bewegliche Gate 101 senkrecht zum Substrat 2 aus. In einer illustrierten beispielhaften Ausgangsstellung wird der Ladungskanal 111 nicht durch das bewegliche Gate 101 überdeckt. Wenn die Antriebskräfte des ersten Antriebselements 102 größer als die Antriebskräfte des zweiten Antriebselements 104 werden, wird das bewegliche Gate 101 in Richtung Ladungskanal 111 entsprechend der ersten Bewegung 103 bewegt, so dass sich die elektrische Leitfähigkeit des Ladungskanals 111, welche zur Erzeugung des digitalen zweiten Sensorsignals 10` dient, ändert. Es wird somit die logische Operation eines logischen Komparators durch den Komparator 5 realisiert. Als ein Referenzelement für den mikromechanischen Komparator 5 ist beispielhaft ein weiterer Feldeffekttransistor 112 dargestellt, welcher zur Minimierung von Prozessschwankungen im Wesentlichen baugleich zum Feldeffekttransistor 100 ausgebildet ist, wobei eine weitere Antriebsmasse 116 des weiteren Feldeffekttransistors 112 substratfest angeordnet ist, so dass das weitere Gate 117 des weiteren Feldeffekttransistors 112 eine unveränderliche elektrische Leitfähigkeit in einem weiteren Ladungskanal 118 zwischen weiteren Drain- und Sourceanschlüssen 119, 120 des weiteren Feldeffekttransistors 112 erzeugt. Der weitere Feldeffekttransistor 112 fungiert in diesem Fall beispielhaft als Stromsenke. Der weitere Pulsweitenmodulator 6 ist vorzugsweise analog zum Pulsweitenmodulator 4 ausgebildet. Das erste und zweiten Antriebselement 102, 104 sind alternativ als Plattenkondensatorstrukturen, als piezoelektrische Strukturen, als thermoelastische Strukturen (mit einer geeigneten Bimorph-Struktur) und/oder als magnetische Aktoren ausgebildet. Das erste und zweite Antriebselemente 102, 104 werden vorzugsweise derart dimensioniert, dass für den gewählten Frequenzgang des Komparators 5 und die Größe der Eingangssignale ausreichende Kräfte erzeugt werden können, um die Antriebsmasse 108 gegenüber dem Substrat 2 auszulenken und eine für die am Ausgang verwendete Abtastrate ausreichende Flankensteilheit zu erzeugen. In 3 ist schematisch ein Schaltbild des Pulsweitenmodulators 4 dargestellt, wobei der Feldeffekttransistor 100 in Reihe mit dem weiteren Feldeffekttransistor 112 geschaltet wird. Der Feldeffekttransistor 100 fungiert dabei als Stromquelle, während der weitere Feldeffekttransistor 112 als Stromsenke fungiert. Ein Knoten 122 zwischen dem Feldeffekttransistor 100 und dem weitere Feldeffekttransistor 112 wird mit einem einfachen Strom-Spannung- Wandler 125 verbunden, welcher insbesondere einen Operationsverstärker 126 und einen ohmschen Widerstand 127 umfasst. Am Ausgang 128 des Operationsverstärkers 126 liegt je nach Auslenkung des beweglichen Gates 101 des Feldeffekttransistors 100 entweder logisch „1“ oder logisch „0“ an, so dass am Ausgang 128 das zweite Sensorsignal 10' erzeugt wird. Alternativ ist denkbar, dass anstatt des weiteren Feldeffekttransistors 112 mit dem feststehenden weiteren Gate 117 ein weiterer Feldeffekttransistor 112 realisiert wird, welcher analog zum Feldeffekttransistor 100 ebenfalls ein weiteres bewegliches Gate aufweist. Besonders bevorzugt weist dabei der Feldeffekttransistor 100 lediglich das erste Antriebselement 102 und der weitere Feldeffekttransistor 112 ein weiteres erstes Antriebselement auf, wobei das erste Antriebselement 102 und das weitere erste Antriebselement differenziell miteinander verschaltet werden. Alternativ ist vorgesehen, dass das bewegliche Gate 101 senkrecht zum Substrat 2 eine Mehrzahl von Ladungskanälen 111 überstreicht und/oder seitlich an der Antriebsmasse 108 angeordnet ist. In einer optionalen Ausführungsform ist die Antriebsmasse 108 perforiert und/oder als rotierende Struktur (anstelle einer linear beweglichen Struktur) ausgebildet. Der Feldeffekttransistor 100 umfasst vorzugsweise Anschlagselemente, welche die maximale Auslenkung der Antriebsmasse 108 gegenüber dem Substrat 2 zum Schutz gegen Überlastsituationen begrenzt. Der Frequenzgang des Komparators 5 ist vorzugsweise durch eine Anpassung der Güte, welche beispielsweise über einen entsprechenden Gaseinschluss einstellbar ist, und/oder durch die Wahl einer entsprechenden Resonanzfrequenz anpassbar. Ferner ist denkbar, dass der Komparator 5 eine Mehrzahl von Signalen miteinander vergleicht, wofür beispielsweise eine Mehrzahl von Antriebselementen realisiert wird. Die Mehrzahl von Signalen wird dabei besonders bevorzugt durch entsprechende unterschiedliche Dimensionierungen der Mehrzahl von Antriebselementen unterschiedlich gewichtet.
