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Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zur dynamischen Kapazitätsmessung nach dem Delta-Sigma-Prinzip und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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In der Messtechnik werden kapazitive Sensoren für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt. Je nach Messaufgabe liegt in einer entsprechenden Auswerteschaltung der Schwerpunkt auf einer möglichst hohen geforderten Bandbreite, Auflösung oder einem größtmöglichem Messbereich.
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Analog zu Digital Wandler, welche nach dem Delta-Sigma-Verfahren arbeiten, sind als Stand der Technik bekannt und existieren mit den unterschiedlichsten Modifikationen. Ebenso ist das Umsetzen von Ladungen mittels Schaltern als Switched-Capacitor-Technik besonders in der Mikroelektronik wert verbreitet und allgemein bekannt. Zur Messung von Kapazitäten werden diese Ladungen auf die Integrationskapazität eines Ladungsverstärkers transferiert.
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Eine in
WO2006/125639 beschriebene Kapazitätsmessschaltung verwendet feste Steuersignale zur Erzeugung des Ladungstransfers. Demnach muss die Schaltung auf eine ganz bestimmte Messaufgabe eingestellt werden. Ebenso kann auf diese Weise nur ein fester kapazitiver Offsetanteil mit einer festen Offsetkapazität subtrahiert werden. Die Größe dieser Kapazität muss daher exakt dem statischen Anteil der Messkapazität entsprechen. Weiterhin fordert diese Schaltung betragsmäßig gleiche Signale für Offset und Referenz, was eine Gewichtung der Ladung am Integrator verhindert. Im Anspruch 12 des in WO2006/125639 erläuterten Verfahrens ist auch eine Differentielle Struktur der Delta-Sigma-Wandlung beschrieben. Diese lässt jedoch keine Messung an Differentialkondensatoren mit gemeinsamer Mittelelektrode zu. Weiterhin ist in dieser Schaltung die gleichzeitige elektrische Anregung der Mittelelektrode nicht möglich. Die Schaltung ist somit nicht für die Auswertung von elektrisch angeregten, mikromechanischen Wandlern geeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Messverfahren zur dynamischen Kapazitätsmessung nach dem Delta-Sigma-Prinzip und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, bei dem die Messgröße in Form eines digitalen Bit-Stroms hochauflösend zur Verfügung gestellt wird und das in Bezug auf Messbereich, Offsetkapazität, elektrische Anregung von Differentialkondensatoren, Empfindlichkeit und Bandbreite, an unterschiedliche Messaufgaben angepasst werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Nebenansprüche gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sowohl die Kapazität einer einzelnen Messkapazität, als auch die differentielle Kapazität mehrerer Teilkapazitäten ermittelt werden können. Die Grundkapazität einer Differentialkondensatoranordnung hat erfindungsgemäß keinen Einfluss auf das Messergebnis. Die Schaltung kann dadurch bevorzugt zur Signalauswertung von mikromechanischen, kapazitiven Wandlern eingesetzt werden, da deren differentielle Kapazitätsänderung im Verhältnis zur Grundkapazität besonders klein ist. Kapazitive Offsets, wie sie beispielsweise durch Messleitungen, Bandverbindungen oder unsymmetrische Leiterzüge erzeugt werden, können vorteilhafter Weise durch ein oder mehrere Korrekturkapazitäten vollständig kompensiert werden. Weiterhin ist erfindungsgemäß die Messung dieser kapazitiven Offsets möglich. Der Messbereich der Schaltung Zur Kapazitätsmessung kann sowohl durch Zusammenschalten einzelner Referenzkapazitäten, als auch durch Variation der Ladespannungen der Referenzkapazitäten an unterschiedliche Messaufgaben angepasst werden. Die Eingangsstufe der Kapazitätsmessschaltung besteht ausschließlich aus Analogschaltern, welche zu den Grundelementen der integrierten Schaltungstechnik gehören. Die Kapazitätsmessschaltung ist somit besonders gut zur Integration in einem Schaltkreis geeignet. Die Anwendung der Eingangsstufe auf das Delta-Sigma-Prinzip erzeugt einen Bitstrom, dessen Tastverhältnis in einem inhärent linearen Zusammenhang zum Messsignal steht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt
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1: einen Delta-Sigma-Wandler zur Kapazitätsmessung,
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2: einen Differentialkondensator,
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3: eine Korrekturkapazität,
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4: eine gesteuerte Referenzkapazität,
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5: ein Netzwerk aus Teilkapazitäten,
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6: eine feste Referenzkapazität
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7: einen Umschalter,
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8: einen zeitlichen Signalverlauf der Taktsignale T1 und T2 und
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9: einen Differentialkondensator mit beweglicher Mittelelektrode.
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1 zeigt das stark vereinfachte Blockschaltbild eines Delta-Sigma-Wandlers zur Kapazitätsmessung. Ein Differentialkondensator 1, dessen differentielle Kapazität die Messgröße des Delta-Sigma-Wandlers zur Kapazitätsmessung ist, ist eingangsseitig mit einer Anregespannung AN, einer positiven Referenzspannung RP und einer negativen Referenzspannung RN und ausgangsseitig mit einer Korrekturkapazität 2, einer gesteuerten Referenzkapazität 3 und einem Ladungsverstärkers 5 verbunden, wobei die Korrekturkapazität 2 andererseits mit einer Korrekturspannung TR verbunden ist. Dem Ladungsverstärker 5 ist über einen Komparator 6 ein Umschalter 4 nachgeschaltet, der wiederum mit der gesteuerten Referenzkapazität 3 verbunden ist. Der Ausgang des Komparators 6 bildet das Ausgangssignal des Delta-Sigma-Wandlers zur Kapazitätsmessung in Form eines digitalen Bitstroms DBS. Eine positive Fehlerspannung FSP und eine negative Fehlerspannung FSN sind in Abhängigkeit des digitalen Bitstroms DBS über den Umschalter 4 mit dem Eingang der gesteuerten Referenzkapazität 3 verbunden.
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Der Differentialkondensator 1 erzeugt synchron zu einem ersten Taktsignal T1 entsprechend 8, aus der angeschlossenen positiven Referenzspannung RP und der angeschlossenen negativen Referenzspannung RN eine Ladung, welche proportional zur differentiellen Kapazität des Differentialkondensators 1 ist. Diese Ladung wird anschließend synchron zum zweiten Taktsignal T2 mit weiteren Ladungen rückwirkungsfrei auf der Integrationskapazität eines Ladungsverstärkers 5 an einem Summationsknoten K überlagert. Ist der Differentialkondensator 1 gemäß 9 als Differentialkondensator mit beweglicher Mittelelektrode EM ausgeführt, wird die elektrische Anregespannung AN an der gemeinsamen Elektrode der ersten Teilkapazität CMa und der zweiten Teilkapazität CMb dazu genutzt, um zwischen der ersten Außenelektrode E1, der zweiten Außenelektrode E2 und der beweglichen Mittelelektrode EM eine elektrostatische Kraft zu erzeugen. Der Differentialkondensator 1 kann aber auch als Differentialkondensator mit fester Mittelelektrode ausgeführt sein.
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Die positive Referenzspannung RP und die negative Referenzspannung RN sind betragsmäßig gleich und unterscheiden sich in ihrem Vorzeichen. Aus diesem Grund hat die Anregespannung AN vorteilhafter Weise keinen Einfluss auf das Messergebnis des Delta-Sigma-Wandlers zur Kapazitätsmessung.
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Synchron zum ersten Taktsignal T1 wird durch die Korrekturkapazität 2 eine der Korrekturspannung TR proportionale Ladung erzeugt, welche anschließend synchron zum zweiten Taktsignal T2 rückwirkungsfrei auf die Integrationskapazität des Ladungsverstärkers 5 aufgeladen wird. Wie diese Ladung am Summationsknoten K gewichtet wird, kann dazu mit dem Betrag und dem Vorzeichen der angelegten Korrekturspannung TR eingestellt werden. Mittels der Korrekturkapazität 2 werden kapazitive Offsets, wie sie beispielsweise durch Messleitungen, oder unsymmetrische Grundkapazitäten des Differentialkondensators 1 vorhanden sind, vollständig kompensiert. Die Große der Korrekturkapazität 2 ist so dimensioniert, dass mit dem maximalen Betrag der Korrekturspannung TR alle kapazitiven Offsets des Delta-Sigma-Wandlers zur Kapazitätsmessung vollständig kompensiert werden. Eine höhere Abgleichgenauigkeit wird durch weitere Korrekturkapazitäten 2 erreicht. Da der Betrag der Korrekturspannung TR proportional zum kompensierten kapazitiven Offset ist, kann dieser ebenso als Messwert genutzt werden. Alle synchron zum ersten Taktsignal T1 der Integrationskapazität des Ladungsverstärkers 5 zugeführten Ladungen, werden synchron zum zweiten Taktsignal T2 mit der Ladung einer gesteuerten Referenzkapazität 3 überlagert.
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Die resultierende Ladung am Summationsknoten K führt am Ladungsverstärker 5 durch Integration zu einem sich ständig ändernden Ausgangssignal. Die Integrationsrichtung und der Anstieg des am Ausgang des Ladungsverstärkers 5 erzeugten Signals ist dabei abhängig vom Verhältnis der Größe der gesteuerte Referenzkapazität 3 und der differentiellen Kapazität des Differentialkondensators 1. Die Größe der gesteuerten Referenzkapazität 3 legt somit den Messbereich der Schaltung zur Kapazitätsmessung fest. Erreicht das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers 5 die Triggerschwelle des Komparators 6, schaltet dieser sein Ausgangssignal um und erzeugt somit den digitalen Bitstrom DBS, dessen Tastverhältnis proportional zur differentiellen Kapazität des Differentialkondensators 1 ist. Der digitale Bitstrom DBS ist dabei das Ausgangssignal des Delta-Sigma-Wandlers zur Kapazitätsmessung und kann vorteilhafter Weise direkt digital weiter verarbeitet werden. Gleichzeitig steuert der digitale Bitstrom DBS den Umschalter 4. Dieser Umschalter 4 erzeugt das Fehlersignal FS, dessen Vorzeichen in Abhängigkeit des digitalen Bitstroms DBS dem der positiven Fehlerspannung FSP, oder dem der negativen Fehlerspannung FSN entspricht. Aus dem Fehlersignal FS wird anschließend durch die gesteuerte Referenzkapazität 3 eine Ladung erzeugt und, wie bereits beschrieben, auf die Integrationskapazität eines Ladungsverstärkers 5 aufgeprägt.
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Das Messverfahren zur dynamischen Kapazitätsmessung nach dem Delta-Sigma-Prinzip, arbeitet also derart, dass eine der positiven Referenzspannung RP proportionale erste Ladung L1 auf eine Elektrode einer ersten Teilkapazität CMa abwechselnd aufgebracht wird, ohne die Ladung am Summationsknoten K zu beeinflussen. In einem ersten Umladezyklus wird die erste Ladung L1 an dieser Elektrode rückwirkungsfrei auf den Summationsknoten K übertragen. Gleichzeitig, ebenfalls abwechselnd, wird durch eine der negativen Referenzspannung RN proportionale zweite Ladung L2 auf eine Elektrode einer zweiten Teilkapazität CMb aufgeladen, ohne die Ladung am Summationsknoten K zu verändern. In einem zweiten Umladezyklus wird die zweite Ladung L2 an dieser Elektrode des Differentialkondensators 1 auf den Summationsknoten K übertragen, ohne die an der zweiten Teilkapazität CMb angeschlossenen Signale zu beeinflussen. Unabhängig von den Umladezyklen der ersten Teilkapazität CMa und der zweiten Teilkapazität CMb wird an der gemeinsamen Elektrode des Differentialkondensators 1, eine quasistatische Anregespannung AN angelegt. Diese Anregespannung AN erzeugt zwischen den Elektroden der ersten Teilkapazität CMa und den Elektroden der zweiten Teilkapazität CMb an einem Differentialkondensator 1 eine elektrostatische Kraft, wobei die Anregespannung AN dabei keinen Einfluss auf die Ladungen am Summationsknoten K hat und daher nicht ins Messergebnis des Delta-Sigma-Wandlers zur Kapazitätsmessung eingeht.
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In 2 ist ein Differentialkondensator 1 dargestellt. Der Differentialkondensator 1 besteht aus zwei Teilkapazitäten CMa und CMb, wobei die erste Teilkapazität CMa dazu mit einer Elektrode synchron zu einem ersten Taktsignal T1 über einen ersten Schalter S1 mit einer positiven Referenzspannung RP verbunden ist und die zweite Teilkapazität CMb ebenfalls synchron zum ersten Taktsignal T1 mit einer Elektrode über einen dritten Schalter S3 mit einer negativen Referenzspannung RN verbunden ist. Es ist also eine Elektrode einer ersten Teilkapazität CMa eines Differentialkondensators 1 ist mit einer Elektrode einer zweiten Teilkapazität CMb des Differentialkondensators 1 verbunden. Gleichzeitig ist diese gemeinsame Elektrode des Differentialkondensators 1 mit einer Anregespannung AN zusammengeschaltet. Während die zweite Elektrode der ersten Teilkapazität CMa über einen ersten Schalter S1 mit einer positiven Referenzspannung RP verbunden ist, ist die zweite Elektrode der zweiten Teilkapazität CMb des Differentialkondensators 1 über einen dritten Schalter S3 mit einer negativen Referenzspannung verbindbar. Ebenso ist die zweite Elektrode der ersten Teilkapazität CMa über einen zweiten Schalter S2 und die zweite Elektrode der zweiten Teilkapazität CMb über einen vierten Schalter S4 mit dem Summationsknoten K verbunden.
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Erfindungsgemäß wird, gemäß den in 8 dargestellten Taktsignalen, synchron zu einem ersten Taktsignal T1, eine der positiven Referenzspannung RP proportionale erste Ladung L1 auf eine Elektrode der ersten Teilkapazität CMa abwechselnd aufgebracht, ohne die Ladung am Summationsknoten K zu beeinflussen. In einem ersten Umladezyklus wird synchron zu einem zweiten Taktsignal T2, die erste Ladung L1 an dieser Elektrode rückwirkungsfrei auf den Summationsknoten K übertragen. Gemäß 8 wird gleichzeitig, ebenfalls abwechselnd, synchron zu einem ersten Taktsignal T1 eine der negativen Referenzspannung RN proportionale zweite Ladung L2 auf eine Elektrode der zweiten Teilkapazität CMb aufgeladen, ohne die Ladung am Summationsknoten K zu verändern. In einem zweiten Umladezyklus wird synchron zu einem zweiten Taktsignal T2, diese zweite Ladung L2 an dieser Elektrode des Differentialkondensators 1 auf den Summationsknoten K übertragen, ohne die an der zweiten Teilkapazität CMb angeschlossenen Signale zu beeinflussen. Zeitgleich mit dem zweiten Taktsignal T2 sind sowohl die andere Elektrode der ersten Teilkapazität CMa über einen zweiten Schalter S2, als auch die andere Elektrode der zweiten Teilkapazität CMb über einen vierten Schalter S4 gemeinsam am Summationsknoten K mit einer Integrationskapazität Ladungsverstärkers 5 verbunden und die gemeinsamen Elektrode der Teilkapazitäten CMa und CMb des Differentialkondensators 1 sind unabhängig von den Taktsignalen T1 und T2 mit einer Anregespannung AN zur Erzeugung einer elektrostatischen Kraft zwischen den Elektroden der Teilkapazitäten CMa und CMb verbunden. Also unabhängig von den Umladezyklen der ersten Teilkapazität CMa und der zweiten Teilkapazität CMb, wird an der gemeinsamen Elektrode des Differentialkondensators 1, eine quasistatische Anregespannung AN angelegt. Wird der Differentialkondensator 1 als Differentialkondensator mit beweglicher Mittelelektrode gemäß 9 ausgeführt, erzeugt die Anregespannung AN zwischen der ersten Außenelektrode E1, der zweiten Außenelektrode E2 und der beweglichen Mittelelektrode EM eine elektrostatische Kraft. Diese führt weiterhin zu einer mechanischen Auslenkung dX dieser gemeinsamen, beweglichen Mittelelektrode EM. Die Anregespannung AN hat dabei vorteilhafter Weise keinen Einfluss auf die Ladungen am Summationsknoten K und geht daher nicht ins Messergebnis des Delta-Sigma-Wandlers zur Kapazitätsmessung ein.
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3 zeigt einen Korrekturkapazität 2. Diese besteht aus einem Korrekturkondensator CTr, welcher mit einer Elektrode mit Bezugpotential verbunden ist und mit der anderen Elektrode über einen fünften Schalter S5 mit der Korrekturspannung TR verbunden werden kann. Gleichzeitig ist die andere Elektrode des Korrekturkondensators CTr über einen sechsten Schalter S6 mit den Summationsknoten K verbunden. Gemäß 8 wird periodisch in einem ersten Schritt synchron zu einem ersten Taktsignal T1 eine der Korrekturspannung TR proportionale Ladung auf den Korrekturkondensator CTr aufgebracht, ohne dass die Ladungen am Summationsknoten K beeinflusst werden. In einem zweiten Schritt werden synchron zu einem zweiten Taktsignal T2 diese Ladungen dem Summationsknoten K zugeführt, oder anders ausgedrückt, die Korrekturkapazität 2 besteht aus mindestens einem Korrekturkondensator CTr, dessen erster Anschluss mit Bezugspotential verbunden ist, dessen zweiter Anschluss zeitgleich mit einem ersten Taktsignal T1 über einen fünften Schalter S5 mit einer Korrekturspannung TR und synchron zu einem zweiten Taktsignal T2 über einen sechsten Schalter S6 rückwirkungsfrei am Summationsknoten K mit dem Ladungsverstärkers 5 verbunden ist.
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4 zeigt eine gesteuerte Referenzkapazität 3. Bei einer gesteuerten Referenzkapazität 3 ist der Ausgang einer Referenzkapazität 7 über einen siebenten Schalter S7 mit dem Summationsknoten K, oder über einen achten Schalter S8 mit Bezugspotential verbunden. Der Eingang dieser Referenzkapazität 7 ist hingegen über einen zehnten Schalter S10 mit dem Fehlersignal FS, oder über einen neunten Schalter S9 ebenso mit Bezugspotential verbunden. Gemäß der in 8 dargestellten Taktsignale T1 und T2, wird synchron zu einem ersten Taktsignal T1 am Eingang der Referenzkapazität 7 eine dem Fehlersignal FS proportionale Fehlerladung FL aufgeprägt. Gleichzeitig ist der Ausgang der Referenzkapazität 7 mit Bezugspotential verbunden. Anschließend wird synchron zu einem zweiten Taktsignal T2 der Eingang der Referenzkapazität 7 mit Bezugspotential verbunden. Am Ausgang der Referenzkapazität 7 entsteht dadurch eine Referenzladung RL, welche rückwirkungsfrei auf den Summationsknoten K übertragen wird. Die gesteuerte Referenzkapazität 3 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Referenzkapazität 7, die einerseits über einen siebenten Schalter S7 am Summationsknoten K mit dem Ladungsverstärkers 5 und über einen achten Schalter S8 mit Bezugspotential verbunden ist und andererseits über einen zehnten Schalter S10 mit dem Umschalter 4 und über einen neunten Schalter S9 mit Bezugspotential verbunden ist. Die Referenzkapazität 7 kann dabei ein Netzwerk mit mindestens zwei Teilkapazitäten entsprechend 5 enthalten, oder sie kann ein Referenzkondensator CRn mit fester Kapazität entsprechend 6 sein
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5 zeigt die Referenzkapazität 7 als Netzwerk aus Teilkapazitäten, bei dem eine Elektrode eines ersten Referenzkondensators CR1 über den dreizehnten Schalter S13a mit einer Referenzladung RL verbunden wird und über den vierzehnten Schalter S13b die andere Elektrode mit einer Fehlerladung FL verbindbar ist. Ebenso kann ein weiterer Referenzkondensator CRn an einer Elektrode über den fünfzehnten Schalter Sna mit einer Referenzladung RL verbunden werden. Die andere Elektrode des Referenzkondensators CRn wird dazu über den sechszehnten Schalter Snb gleichermaßen mit der Fehlerladung FL verbunden. Ein erster Referenzkondensator CR1 und weitere Referenzkondensatoren CRn erzeugen aus einer Fehlerladung FL eine Referenzladung RL in Abhängigkeit der Größe ihrer (parallel geschalteten) Gesamtkapazität. Die Anzahl der Referenzkondensatoren CRn kann in unterschiedlichen Abstufungen erfolgen und dazu genutzt werden, den Messbereich der Schaltung an unterschiedliche Messaufgaben anzupassen.
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6 zeigt eine Referenzkapazität 7 als feste Referenzkapazität. Der Referenzkondensator CRn wird an einer Elektrode mit einer Fehlerladung FL fest verbunden. An der anderen Elektrode ist dieser Referenzkondensator CRn mit einer Referenzladung RL verbunden. Der Referenzkondensator CRn wird an einer Elektrode mit einer Fehlerladung FL aufgeladen und erzeugt proportional zu seiner Kapazität eine Referenzladung RL.
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In 7 ist ein Umschalter 4 dargestellt. Eine negative Fehlerspannung FSN ist in Abhängigkeit von einem invertierten digitalen Bitstrom NDBS über einen zwölften Schalter S12 mit einem Fehlersignal FS verbunden. Gleichermaßen ist eine positive Fehlerspannung FSP in Abhängigkeit eines digitalen Bitstroms DBS über einen elften Schalter S11 mit diesem Fehlersignal FS verbunden. Weiterhin ist ein Inverter INV mit seinem Eingang mit dem digitialen Bitstrom DBS verbunden und an seinem Ausgang mit dem invertierten digitalen Bitstrom NDBS am Steuereingang des zwölften Schalters S12 zusammengeschaltet. Der in 7 dargestellte Umschalter erzeugt ein Fehlersignal FS, dessen Vorzeichen je nach Zustand des digitalen Bitstroms DBS bzw. des invertierten digitalen Bitstroms NDBS, dem der positiven Fehlerspannung FSP, oder dem der negativen Fehlerspannung FSN entspricht. Der Betrag der positiven Fehlerspannung FSP ist gleich dem Betrag der negativen Fehlerspannung FSN und wird dazu genutzt, um den Messbereich des Delta-Sigma-Wandlers zur Kapazitätsmessung an unterschiedliche Messaufgaben anzupassen.
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8 zeigt den zeitlichen Verlauf der Taktsignale T1 und T2. Beide Taktsignale sind durch die gleiche Periodendauer TT gekennzeichnet. In einer Pausenzeit TP führt sowohl das erste Taktsignal T1 als auch das zweite Taktsignal T2 logisch low Pegel, so dass eine Überlappung der beiden Taktsignale ausgeschlossen ist. Der Differentialkondensator 1, die Korrekturkapazität 2, und die gesteuerte Referenzkapazität 3, werden synchron zu dem in 8 dargestellten zeitlichen Verlauf der Taktsignale T1 und T2 angesteuert. Während das erste Taktsignal T1 logisch high Pegel führt, sind die Schalter S1, S3, S5, S8, S10 geschlossen und die Schalter S2, S4, S6, S7, S9 geöffnet. Anschließend, während das zweite Taktsignal T2 logisch high Pegel führt, werden die Schalter S2, S4, S6, S7, S9 geschlossen und die Schalter S1, S3, S5, S8, S10 geöffnet. In der Pausenzeit TP sind alle Schalter S1...S10 geöffnet, so dass ein Kurzschluss der Ladungen an den Kapazitäten verhindert wird.
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In 9 ist beispielhaft ein Differentialkondensator 1 mit beweglicher Mittelelektrode dargestellt. Eine erste Außenelektrode E1, eine bewegliche Mittelelektrode EM und eine zweite Außenelektrode E2 bilden dazu eine Differentialkondensatoranordnung, bestehend aus einer ersten Teilkapazität CMa und einer zweiten Teilkapazität CMb. Diese Teilkapazitäten sind gemäß 2 am Eingang des Delta-Sigma-Wandlers zur Kapazitätsmessung angeschlossen. Eine Auslenkung dX der beweglichen Mittelelektrode EM dieser Differentialkondensatoranordnung führt zu einer entgegengesetzten Kapazitätsänderung der ersten Teilkapazität CMa und der zweiten Teilkapazität CMb. Während die Kapazität der ersten Teilkapazität CMa aufgrund eines geringeren Abstandes zwischen der ersten Außenelektrode E1 und der beweglichen Mittelelektrode EM zunimmt, verringert sich die Kapazität der zweiten Teilkapazität CMb, infolge eines größeren Abstandes zwischen der beweglichen Mittelelektrode EM und der zweiten Außenelektrode E2. Findet eine Auslenkung dX der beweglichen Mittelelektrode in die andere Richtung statt, kehren sich jeweils diese Kapazitätsänderungen um.
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Der aus zwei Teilkapazitäten CMa und CMb bestehende Differentialkondensator 1 wird getaktet betrieben, wobei die erste Teilkapazität CMa dazu mit einer Elektrode synchron zu einem ersten Taktsignal T1 mit einer positiven Referenzspannung RP verbunden ist. Die zweite Teilkapazität CMb ist ebenfalls synchron zum ersten Taktsignal T1 mit einer Elektrode mit einer negativen Referenzspannung RN verbunden. Zeitgleich mit einem zweiten Taktsignal T2 sind die jeweils anderen Elektroden der Teilkapazitäten CMa und CMb gemeinsam rückwirkungsfrei am Summationsknoten K verbunden. Die gemeinsame Elektrode der Teilkapazitäten CMa und CMb des Differentialkondensators 1 kann aber auch unabhängig von den Taktsignalen T1 und T2 mit der Anregespannung AN zur Erzeugung einer elektrostatischen Kraft zwischen den Elektroden beaufschlagt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Differentialkondensator
- 2
- Korrekturkapazität
- 3
- gesteuerte Referenzkapazität
- 4
- Umschalter
- 5
- Ladungsverstärker
- 6
- Komparator
- 7
- Referenzkapazität
- 7a
- Netzwerk aus Teilkapazitäten
- 7b
- feste Referenzkapazität
- AN
- Anregespannung
- CMa
- erste Teilkapazität
- CMb
- zweite Teilkapazität
- CR1
- erster Referenzkondensator
- CRn
- Referenzkondensator
- CTr
- Korrekturkondensator
- DBS
- digitaler Bitstrom
- dX
- Auslenkung
- E1
- erste Außenelektrode
- E2
- zweite Außenelektrode
- EM
- bewegliche Mittelelektrode
- FL
- Fehlerladung
- FS
- Fehlersignal
- FSN
- negative Fehlerspannung
- FSP
- positive Fehlerspannung
- K
- Summationsknoten
- L1
- erste Ladung
- L2
- zweite Ladung
- NDBS
- invertierter digitaler Bitstrom
- RL
- Referenzladung
- RN
- negative Referenzspannung
- RP
- positive Referenzspannung
- S1
- erster Schalter
- S2
- zweiter Schalter
- S3
- dritter Schalter
- S4
- vierter Schalter
- S5
- fünfter Schalter
- S6
- sechster Schalter
- S7
- siebenter Schalter
- S8
- achter Schalter
- S9
- neunter Schalter
- S10
- zehnter Schalter
- S11
- elfter Schalter
- S12
- zwölfter Schalter
- S13a
- dreizehnter Schalter
- S13b
- vierzehnter Schalter
- Sna
- fünfzehnter Schalter
- Snb
- sechszehnter Schalter
- T1
- erstes Taktsignal
- T2
- zweites Taktsignal
- TP
- Totzeit
- TR
- Korrekturspannung
- TT
- Periodendauer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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