WO2022069233A1 - Verfahren zum testen eines sensors und elektronische schaltung - Google Patents

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WO2022069233A1
WO2022069233A1 PCT/EP2021/075405 EP2021075405W WO2022069233A1 WO 2022069233 A1 WO2022069233 A1 WO 2022069233A1 EP 2021075405 W EP2021075405 W EP 2021075405W WO 2022069233 A1 WO2022069233 A1 WO 2022069233A1
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WO
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signal
input
sensor
switch
branch
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/075405
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gabriele POZZATO
Massimiliano Musazzi
Domenico Tangredi
Manuel Salvatore Santoro
Gabriele Cazzaniga
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references
    • G01R35/007—Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden references"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2218/00—Indexing scheme relating to details of testing or calibration
    • G01D2218/10—Testing of sensors or measuring arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for testing a sensor and an electronic circuit.
  • the method is particularly suitable for enabling a self-test of the sensor and an associated electronic circuit.
  • Capacitive sensors are known in which two measuring capacitors and two reference capacitors are evaluated using a Wheatstone bridge circuit.
  • This basic structure is disclosed, for example, in publication US 2010/0 180 687 A1.
  • the capacitances to be evaluated can be arranged within micromechanical structures, for example MEMS structures, and set up in particular for measuring pressure, acceleration and/or yaw rate. If the sensors and/or electronic circuits used for evaluation are faulty, for example due to damage after a certain running time, the measurement results will be incorrect. With the known sensors, however, this cannot be identified during operation of the sensor.
  • One object of the invention is to provide a method for testing a sensor, with which faults in the sensor or in the electrical circuit can be identified. can be infected. Furthermore, it is an object of the invention to specify a corresponding electrical circuit.
  • a method according to the invention is used for testing a sensor within an electronic circuit.
  • the sensor comprises a first sensor element and a first reference element in a first leg of a Wheatstone bridge circuit and a second sensor element and a second reference element in a second leg of the Wheatstone bridge circuit, the first leg and the second leg being in parallel with one another.
  • the Wheatstone bridge circuit has a first input for a first reference signal and a second input for a second reference signal, the first input and the second input being connected to the first branch and the second branch, respectively.
  • the first reference signal and the second reference signal are provided by means of a control logic, the control logic being part of the electronic circuit.
  • the first branch has a first signal output between the first sensor element and the first reference element.
  • the second branch has a second signal output between the second sensor element and the second reference element.
  • a first useful signal can be determined at the first signal output and a second useful signal can be determined at the second signal output.
  • the first signal output is connected to a first amplifier input of an amplifier via a first switch.
  • the amplifier can be designed as a low-noise charge-to-voltage converter.
  • a low-noise charge-to-voltage converter is an amplifier.
  • the second signal output is connected to a second amplifier input of the amplifier via a second switch.
  • the amplifier is part of the electronic circuit.
  • the first switch is closed and the second switch is opened.
  • a positive reference signal is then applied to the first input and a negative reference signal is applied to the second input, and the first useful signal is recorded.
  • the first switch is then opened net and the second switch closed.
  • a positive reference signal is then applied to the first input and a negative reference signal is applied to the second input, and the second useful signal is recorded.
  • the sensor is damaged when the first useful signal and the second useful signal have different absolute values, in particular when the first useful signal and the second useful signal differ by a value outside a specified tolerance.
  • the second useful signal is evaluated when the first switch is open and the first useful signal is evaluated when the second switch is open.
  • a variable to be measured for example pressure, acceleration or yaw rate, acts on a micromechanical structure and thereby deflects the micromechanical structure.
  • Capacitors integrated in the micromechanical structure change and represent the first sensor element and the second sensor element.
  • the first reference element is arranged between the second input and the first signal output.
  • the second reference element is arranged between the first input and the second signal output.
  • the second sensor element is arranged between the second input and the second signal output.
  • the first switch is opened and the second switch is closed, then the second input is grounded and a positive reference signal is applied to the first input.
  • the second useful signal then contains information about the second reference element, with the information about the second reference element being evaluated with regard to damage to the electrical connection between the sensor and the electronic circuit.
  • the first switch is then closed and the second switch is opened.
  • the first input is then grounded and a positive reference signal is applied to the second input.
  • the first useful signal then contains information about the first reference element, the information about the first reference element being evaluated with regard to damage to the electrical connection between the sensor and the electronic circuit.
  • the first useful signal is evaluated with regard to its absolute value.
  • the second useful signal is evaluated with regard to its absolute value.
  • the invention also includes a computer program, comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the latter to execute one of the methods according to the invention.
  • the invention also includes a machine-readable storage medium on which the computer program according to the invention is stored.
  • the invention also includes an electronic circuit with control logic, a sensor and an amplifier.
  • the sensor has a first sensor element and a first reference element in a first branch of a Wheatstone bridge circuit and a second sensor element and a second reference element in a second branch of the Wheatstone bridge circuit.
  • the first branch and the second branch are parallel to each other.
  • the Wheatstone bridge circuit has a first input for a first reference signal and a second input for a second reference signal, the first input and the second input being connected to the first branch and the second branch, respectively.
  • the first reference signal and the second reference signal are provided by the control logic.
  • the first branch has a first signal output between the first sensor element and the first reference element and the second branch has a second signal output between the second sensor element and the second reference element.
  • a first useful signal at the first signal output and a second useful signal can be determined at the second signal output, the first signal output being connected to a first amplifier input of the amplifier via a first switch and the second signal output being connected to a second amplifier input of the amplifier via a second switch.
  • the electronic circuit is set up to use the control logic to apply the first reference signal to the first input and the second reference signal to the second input, to open and close the first switch and the second switch and to evaluate the first and/or second useful signal and thereby to carry out procedures.
  • the sensor 3 has a first sensor element 31 and a first reference element 33 in a first branch 41 of a Wheatstone bridge circuit 4 and a second sensor element 32 and a second reference element 34 in a second branch 42 of the Wheatstone bridge circuit 4 .
  • the first branch 41 and the second branch 42 are parallel to each other.
  • the Wheatstone bridge circuit 4 has a first input 43 for a first reference signal and a second input 44 for a second reference signal, the first input 43 and the second input 44 being connected to the first branch 41 and the second branch 42, respectively.
  • the first reference signal and the second reference signal are provided by the control logic 2 .
  • the control logic 2 is connected to the first input 43 and the second input 44 .
  • the first branch 41 has a first signal output 45 between the first sensor element 31 and the first reference zelement 33 on.
  • the second branch 42 has a second signal output 46 between the second sensor element 32 and the second reference element 34 .
  • a first useful signal can be determined at the first signal output 45 and a second useful signal can be determined at the second signal output 46 .
  • the first signal output 45 is connected to a first amplifier input 53 of the amplifier 5 via a first switch 51 .
  • the second signal output 46 is connected to a second amplifier input 54 of the amplifier 5 via a second switch 52 .
  • the electronic circuit 1 is set up to apply the first reference signal to the first input 43 and the second reference signal to the second input 44 by means of the control logic 2, to open and close the first switch 51 and the second switch 52 and to transmit the first and/or second useful signal evaluate.
  • a variable to be measured for example pressure, acceleration or yaw rate, acts on a micromechanical structure and thereby deflects the micromechanical structure.
  • Capacitors integrated in the micromechanical structure change and represent the first sensor element 31 and the second sensor element 32.
  • the first sensor element 31 is arranged between the first input 43 and the first signal output 45
  • the first reference element 33 is arranged between the second input 44 and the first signal output 45
  • the second reference element 34 is arranged between the first input 43 and the second signal output 46 are arranged
  • the second sensor element 32 is arranged between the second input 44 and the second signal output 46 .
  • FIG. 1 Also shown in FIG. 1 is an optional A/D converter 6, with which analog signals can be converted into digital signals, and an optional digital signal processor 7, which is used for further processing of the digital signals.
  • the A/D converter 6 and the digital signal processor 7 are also part of the electronic tian circuit 1.
  • an optional controller 8 is shown, with which the control logic 2 can be controlled and with which the useful signals can be evaluated.
  • FIG. 2 shows a first flow chart 100 of a method which can be carried out, for example, by means of the controller 8 of the electronic circuit 1 of FIG. 1 .
  • the procedure includes the following steps:
  • the first switch 51 is opened and the second switch 52 is closed.
  • the second input 44 is grounded and a positive reference signal is applied to the first input 43 .
  • the positive reference signal can be a square-wave signal.
  • the second useful signal then contains information about the second reference element 34. The information about the second reference element 34 is evaluated with regard to damage to the electrical connection between the sensor 3 and the electronic circuit 1 in the third method step 103.
  • the evaluation can be carried out in particular by comparing a predefined value for the second reference element 34 within a predefined measurement tolerance with a measured value, for example a nominal capacitance of the second reference element 34 with a capacitance measured as the second useful signal.
  • the first useful signal is evaluated with regard to its absolute value.
  • FIG. 3 shows a second flow chart 100 of a method which can be carried out, for example, by means of the controller 8 of the electronic circuit 1 of FIG. 1 .
  • the method includes the method steps of FIG. 2 as described in the three previous paragraphs.
  • the first switch 51 is closed and the second switch 52 is opened.
  • the first input 43 is grounded and a positive reference signal is applied to the second input 44.
  • the positive reference signal can be a square-wave signal.
  • the first useful signal then contains information about the first reference element 33.
  • the information about the first reference element 33 is evaluated with regard to damage to the electrical connection between the sensor 3 and the electronic circuit 1 in a sixth method step 106.
  • the evaluation can be carried out in particular by comparing a value specified for the first reference element 33 within a specified measurement tolerance with a measured value, for example a nominal capacitance of the first reference element 33 with a capacitance measured as the first useful signal. Predetermined tolerances can be taken into account.
  • the second useful signal is evaluated with regard to its absolute value. Provision can be made for both the first useful signal and the second useful signal to be evaluated with regard to the absolute value. For example, damage to the connection between the sensor 3 and the electronic circuit can be assumed if the absolute values of the useful signals are different, it being possible for the differences to be outside a specified measurement tolerance.
  • FIG. 4 shows a third flowchart 100 of a method which can be carried out, for example, by means of the controller 8 of the electronic circuit 1 of FIG. 1 .
  • the third flowchart can be carried out according to the methods described in connection with FIGS. 2 and 3, or it can also be carried out individually.
  • a seventh method step 107 the first switch 51 is closed and the second switch 52 is opened.
  • a positive reference signal is applied to the first input 43 and a negative reference signal is applied to the second input 44.
  • the positive reference signal can be a square-wave signal.
  • the negative reference signal can also be a square-wave signal.
  • the first useful signal is also recorded.
  • a subsequent ninth method step 109 the first switch 51 is opened and the second switch 52 is closed.
  • a positive reference signal is applied to the first input 43 and a negative reference signal is applied to the second input 44.
  • the positive reference signal can be a square-wave signal.
  • the negative reference signal can also be a square-wave signal.
  • the second useful signal is recorded.
  • a computer program includes instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the latter to execute the method described.
  • This computer program can be stored in a machine-readable storage medium.
  • the computer program can be stored in the controller 8 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen eines Sensors innerhalb einer elektronischen Schaltung. Der Sensor umfasst ein erstes Sensorelement und ein erstes Referenzelement in einem ersten Zweig und ein zweites Sensorelement und ein zweites Referenzelement in einem zum ersten Zweig parallelen zweiten Zweig einer Wheatstone-Brückenschaltung. Diese weist einen ersten Eingang für ein erstes Referenzsignal und einen zweiten Eingang für ein zweites Referenzsignal auf, die jeweils mit den Zweigen verbunden sind. Die Referenzsignale werden mittels einer Ansteuerungslogik bereitgestellt. Der erste Zweig weist einen ersten Signalausgang zwischen dem ersten Sensorelement und dem ersten Referenzelement auf. Der zweite Zweig weist einen zweiten Signalausgang zwischen dem zweiten Sensorelement und dem zweiten Referenzelement auf. Ein erstes Nutzsignal kann am ersten Signalausgang und ein zweites Nutzsignal am zweiten Signalausgang bestimmt werden. Der erste Signalausgang ist über einen ersten Schalter mit einem ersten Verstärkereingang und der zweite Signalausgang über einen zweiten Schalter mit einem zweiten Verstärkereingang eines Verstärkers verbunden. Das Verfahren umfasst die Schritte: Öffnen des ersten oder zweiten Schalters; Anlegen eines vorgegebenen ersten und/oder zweiten Referenzsignals; Auswerten des ersten oder zweiten Nutzsignals dahingehend, ob eine Beschädigung des Sensors oder einer elektrischen Verbindung zwischen Sensor und elektronischer Schaltung vorliegt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Testen eines Sensors und elektronische Schaltung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen eines Sensors und eine elektronische Schaltung. Das Verfahren ist insbesondere geeignet, einen Selbsttest des Sensors und einer zugehörigen elektronischen Schaltung zu ermöglichen.
Stand der Technik
Es sind kapazitive Sensoren bekannt, bei denen zwei Messkondensatoren und zwei Referenzkondensatoren mittels einer Wheatstone- Brückenschaltung ausgewertet werden. Dieser prinzipielle Aufbau ist beispielsweise in der Druckschrift US 2010/ 0 180 687 Al offenbart. Die auszuwertenden Kapazitäten können dabei innerhalb von mikromechanischen Strukturen, beispielsweise MEMS- Strukturen, angeordnet sein und insbesondere zur Messung von Druck, Beschleunigung und/oder Drehrate eingerichtet sein. Sind die Sensoren und/oder zur Auswertung verwendete elektronische Schaltungen fehlerhaft, beispielsweise durch Beschädigungen nach einer gewissen Laufzeit, sind die Messergebnisse falsch. Mit den bekannten Sensoren kann dies jedoch nicht während des Betriebs des Sensors identifiziert werden.
Aus den Schriften JP 2015-021 790 A und DE 10 2013 206 646 Al ist jeweils eine Fehlererkennung bei einer Wheatstonschen Brückenschaltung eines Sensors bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Testen eines Sensors bereitzustellen, mit dem Fehler des Sensors oder der elektrischen Schaltung identi- fiziert werden können. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende elektrische Schaltung anzugeben.
Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Testen eines Sensors innerhalb einer elektronischen Schaltung. Der Sensor umfasst ein erstes Sensorelement und ein erstes Referenzelement in einem ersten Zweig einer Wheatstone- Brückenschaltung und ein zweites Sensorelement und ein zweites Referenzelement in einem zweiten Zweig der Wheatstone- Brückenschaltung, wobei der erste Zweig und der zweite Zweig parallel zueinander sind. Die Wheatstone- Brückenschaltung weist einen ersten Eingang für ein erstes Referenzsignal und einen zweiten Eingang für ein zweites Referenzsignal auf, wobei der erste Eingang und der zweite Eingang jeweils mit dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig verbunden sind. Das erste Referenzsignal und das zweite Referenzsignal werden mittels einer Ansteuerungslogik bereitgestellt, wobei die Ansteuerungslogik Teil der elektronischen Schaltung ist. Der erste Zweig weist einen ersten Signalausgang zwischen dem ersten Sensorelement und dem ersten Referenzelement auf. Der zweite Zweig weist einen zweiten Signalausgang zwischen dem zweiten Sensorelement und dem zweiten Referenzelement auf. Ein erstes Nutzsignal kann am ersten Signalausgang und ein zweites Nutzsignal kann am zweiten Signalausgang bestimmt werden. Der erste Signalausgang ist über einen ersten Schalter mit einem ersten Verstärkereingang eines Verstärkers verbunden. Der Verstärker kann als rauscharmer Ladung-zu-Spannungs- Konverter ausgestaltet sein. Insbesondere ist ein rauscharmer Ladung-zu-Spannungs- Konverter ein Verstärker. Der zweite Signalausgang ist über einen zweiten Schalter mit einem zweiten Verstärkereingang des Verstärkers verbunden. Der Verstärker ist Teil der elektronischen Schaltung.
Zur Identifikation eines Fehlers wird der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter geöffnet. Anschließend wird am ersten Eingang ein positives Referenzsignal und am zweiten Eingang ein negatives Referenzsignal angelegt und das erste Nutzsignal aufgezeichnet. Anschließend wird der erste Schalter geöff- net und der zweite Schalter geschlossen. Anschließend wird am ersten Eingang ein positives Referenzsignal und am zweiten Eingang ein negatives Referenzsignal angelegt und das zweite Nutzsignal aufgezeichnet. Eine Beschädigung des Sensors liegt vor, wenn das erste Nutzsignal und das zweite Nutzsignal einen unterschiedlichen Absolutwert aufweisen, insbesondere, wenn sich das erste Nutzsignal und das zweite Nutzsignal um einen Wert außerhalb einer vorgegebenen Toleranz unterscheiden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei geöffnetem ersten Schalter das zweite Nutzsignal und bei geöffnetem zweiten Schalter das erste Nutzsignal ausgewertet wird.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement veränderliche Kapazitäten, beispielsweise einer mikromechanischen Struktur, umfassen und dass das erste Referenzelement und das zweite Referenzelement unveränderliche Kapazitäten aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine zu messende Größe, beispielsweise Druck, Beschleunigung oder Drehrate auf eine mikromechanische Struktur wirkt und dabei die mikromechanische Struktur auslenkt. In der mikromechanischen Struktur integrierte Kapazitäten verändern sich dabei und stellen das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement dar.
Das erste Referenzelement ist zwischen dem zweiten Eingang und dem ersten Signalausgang angeordnet. Das zweite Referenzelement ist zwischen dem ersten Eingang und dem zweiten Signalausgang angeordnet. Das zweite Sensorelement ist zwischen dem zweiten Eingang und dem zweiten Signalausgang angeordnet.
In einer Ausführungsform wird der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter geschlossen, anschließend wird der zweite Eingang geerdet und am ersten Eingang ein positives Referenzsignal angelegt. Das zweite Nutzsignal beinhaltet dann eine Information über das zweite Referenzelement, wobei die Information über das zweite Referenzelement hinsichtlich der Beschädigung der elektrischen Verbindung zwischen Sensor und elektronischer Schaltung ausgewertet wird. ln einer Ausführungsform wird anschließend der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter geöffnet. Ferner wird anschließend der erste Eingang geerdet und am zweiten Eingang ein positives Referenzsignal angelegt. Das erste Nutzsignal beinhaltet dann eine Information über das erste Referenzelement, wobei die Information über das erste Referenzelement hinsichtlich der Beschädigung der elektrischen Verbindung zwischen Sensor und elektronischer Schaltung ausgewertet wird.
In einer Ausführungsform wird das erste Nutzsignal hinsichtlich seines Absolutwertes ausgewertet. In einer Ausführungsform wird das zweite Nutzsignal hinsichtlich seines Absolutwertes ausgewertet.
Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen.
Die Erfindung umfasst ferner ein Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
Die Erfindung umfasst ferner eine elektronische Schaltung mit einer Ansteuerungslogik, einem Sensor und einem Verstärker. Der Sensor weist ein erstes Sensorelement und ein erstes Referenzelement in einem ersten Zweig einer Wheatstone- Brückenschaltung und ein zweites Sensorelement und ein zweites Referenzelement in einem zweiten Zweig der Wheatstone- Brückenschaltung auf. Der erste Zweig und der zweite Zweig sind parallel zueinander. Die Wheatstone- Brückenschaltung weist einen ersten Eingang für ein erstes Referenzsignal und einen zweiten Eingang für ein zweites Referenzsignal auf, wobei der erste Eingang und der zweite Eingang jeweils mit dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig verbunden sind. Das erste Referenzsignal und das zweite Referenzsignal werden mittels der Ansteuerungslogik bereitgestellt. Der erste Zweig weist einen ersten Signalausgang zwischen dem ersten Sensorelement und dem ersten Referenzelement auf und der zweite Zweig weist einen zweiten Signalausgang zwischen dem zweiten Sensorelement und dem zweiten Referenzelement auf. Ein erstes Nutzsignal kann am ersten Signalausgang und ein zweites Nutzsignal kann am zweiten Signalausgang bestimmt werden, wobei der erste Signalausgang über einen ersten Schalter mit einem ersten Verstärkereingang des Verstärkers verbunden ist und der zweite Signalausgang über einen zweiten Schalter mit einem zweiten Verstärkereingang des Verstärkers verbunden ist. Die elektronische Schaltung ist eingerichtet ist, mittels der Ansteuerungslogik das erste Referenzsignal am ersten Eingang und das zweite Referenzsignal am zweiten Eingang anzulegen, den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu öffnen und zu schließen und das erste und/oder zweite Nutzsignal auszuwerten und dabei das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine elektronische Schaltung;
Fig. 2 ein erstes Ablaufdiagramm;
Fig. 3 ein zweites Ablaufdiagramm; und
Fig. 4 ein drittes Ablaufdiagramm.
Fig. 1 zeigt eine elektronische Schaltung 1 mit einer Ansteuerungslogik 2, einem Sensor 3 und einem Verstärker 5. Der Sensor 3 weist ein erstes Sensorelement 31 und ein erstes Referenzelement 33 in einem ersten Zweig 41 einer Wheatsto- ne-Brückenschaltung 4 und ein zweites Sensorelement 32 und ein zweites Referenzelement 34 in einem zweiten Zweig 42 der Wheatstone- Brückenschaltung 4 auf. Der erste Zweig 41 und der zweite Zweig 42 sind parallel zueinander. Die Wheatstone-Brückenschaltung 4 weist einen ersten Eingang 43 für ein erstes Referenzsignal und einen zweiten Eingang 44 für ein zweites Referenzsignal auf, wobei der erste Eingang 43 und der zweite Eingang 44 jeweils mit dem ersten Zweig 41 und dem zweiten Zweig 42 verbunden sind. Das erste Referenzsignal und das zweite Referenzsignal werden mittels der Ansteuerungslogik 2 bereitgestellt. Hierzu ist die Ansteuerungslogik 2 mit dem ersten Eingang 43 und dem zweiten Eingang 44 verbunden. Der erste Zweig 41 weist einen ersten Signalausgang 45 zwischen dem ersten Sensorelement 31 und dem ersten Referen- zelement 33 auf. Der zweite Zweig 42 weist einen zweiten Signalausgang 46 zwischen dem zweiten Sensorelement 32 und dem zweiten Referenzelement 34 auf. Ein erstes Nutzsignal kann am ersten Signalausgang 45 und ein zweites Nutzsignal am zweiten Signalausgang 46 bestimmt werden. Der erste Signalausgang 45 ist über einen ersten Schalter 51 mit einem ersten Verstärkereingang 53 des Verstärkers 5 verbunden. Der zweite Signalausgang 46 ist über einen zweiten Schalter 52 mit einem zweiten Verstärkereingang 54 des Verstärkers 5 verbunden. Die elektronische Schaltung 1 ist eingerichtet, mittels der Ansteuerungslogik 2 das erste Referenzsignal am ersten Eingang 43 und das zweite Referenzsignal am zweiten Eingang 44 anzulegen, den ersten Schalter 51 und den zweiten Schalter 52 zu öffnen und zu schließen und das erste und/oder zweite Nutzsignal auszuwerten.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Sensorelement 31 und das zweite Sensorelement 32 veränderliche Kapazitäten, beispielsweise einer mikromechanischen Struktur, umfassen und dass das erste Referenzelement 33 und das zweite Referenzelement 34 unveränderliche Kapazitäten aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine zu messende Größe, beispielsweise Druck, Beschleunigung oder Drehrate auf eine mikromechanische Struktur wirkt und dabei die mikromechanische Struktur auslenkt. In der mikromechanischen Struktur integrierte Kapazitäten verändern sich dabei und stellen das erste Sensorelement 31 und das zweite Sensorelement 32 dar.
In einem Ausführungsbeispiel ist, wie in Fig. 1 dargestellt, das erste Sensorelement 31 zwischen dem ersten Eingang 43 und dem ersten Signalausgang 45 angeordnet, das erste Referenzelement 33 zwischen dem zweiten Eingang 44 und dem ersten Signalausgang 45 angeordnet, das zweite Referenzelement 34 zwischen dem ersten Eingang 43 und dem zweiten Signalausgang 46 angeordnet und das zweite Sensorelement 32 zwischen dem zweiten Eingang 44 und dem zweiten Signalausgang 46 angeordnet.
Ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist ein optionaler A/D-Wandler 6, mit dem Analogsignale in Digitalsignale umgewandelt werden können, und ein optionaler Digitalsignalprozessor 7, der der Weiterverarbeitung der Digitalsignale dient. Der A/D-Wandler 6 und der Digitalsignalprozessor 7 sind ebenfalls Teil der elektroni- schen Schaltung 1. Ferner ist eine optionale Steuerung 8 dargestellt, mit der die Ansteuerungslogik 2 angesteuert werden kann und mit der die Nutzsignale ausgewertet werden können.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ablaufdiagramm 100 eines Verfahrens, welches beispielsweise mittels der Steuerung 8 der elektronischen Schaltung 1 der Fig. 1 ausgeführt werden kann. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Öffnen des ersten Schalters 51 oder des zweiten Schalters 52 in einem ersten Verfahrensschritt 101;
Anlegen eines vorgegebenen ersten Referenzsignals und/oder eines zweiten vorgegebenen Referenzsignals in einem zweiten Verfahrensschritt 102; Auswerten des ersten Nutzsignals oder des zweiten Nutzsignals dahingehend, ob eine Beschädigung des Sensors 3 oder einer elektrischen Verbindung zwischen Sensor 3 und elektronischer Schaltung 1 vorliegt in einem dritten Verfahrensschritt 103.
In einem Ausführungsbeispiel wird im ersten Verfahrensschritt 101 der erste Schalter 51 geöffnet und der zweite Schalter 52 geschlossen. Anschließend wird im zweiten Verfahrensschritt 102 der zweite Eingang 44 geerdet und am ersten Eingang 43 ein positives Referenzsignal angelegt. Das positive Referenzsignal kann dabei ein Rechtecksignal sein. Das zweite Nutzsignal beinhaltet dann eine Information über das zweite Referenzelement 34. Die Information über das zweite Referenzelement 34 wird hinsichtlich der Beschädigung der elektrischen Verbindung zwischen Sensor 3 und elektronischer Schaltung 1 im dritten Verfahrensschritt 103 ausgewertet wird.
Die Auswertung kann insbesondere derart erfolgen, dass ein für das zweite Referenzelement 34 ein vorgegebener Wert innerhalb einer vorgegebenen Messtoleranz mit einem Messwert verglichen wird, beispielsweise eine Nennkapazität des zweiten Referenzelements 34 mit einer als zweiten Nutzsignal gemessenen Kapazität.
In einer Ausführungsform wird das erste Nutzsignal hinsichtlich seines Absolutwertes ausgewertet. Fig. 3 zeigt ein zweites Ablaufdiagramm 100 eines Verfahrens, welches beispielsweise mittels der Steuerung 8 der elektronischen Schaltung 1 der Fig. 1 ausgeführt werden kann. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte der Fig. 2 wie in den drei vorherigen Absätzen beschrieben. Ferner wird in einem vierten Verfahrensschritt der erste Schalter 51 geschlossen und der zweite Schalter 52 geöffnet. Anschließend wird in einem fünften Verfahrensschritt 105 der erste Eingang 43 geerdet und am zweiten Eingang 44 ein positives Referenzsignal angelegt. Das positive Referenzsignal kann dabei ein Rechtecksignal sein. Das erste Nutzsignal beinhaltet dann eine Information über das erste Referenzelement 33. Die Information über das erste Referenzelement 33 wird hinsichtlich der Beschädigung der elektrischen Verbindung zwischen Sensor 3 und elektronischer Schaltung 1 in einem sechsten Verfahrensschritt 106 ausgewertet.
Die Auswertung kann insbesondere derart erfolgen, dass ein für das erste Referenzelement 33 ein vorgegebener Wert innerhalb einer vorgegebenen Messtoleranz mit einem Messwert verglichen wird, beispielsweise eine Nennkapazität des ersten Referenzelements 33 mit einer als erstem Nutzsignal gemessenen Kapazität. Dabei können vorgegebene Toleranzen berücksichtigt werden.
In einer Ausführungsform wird das zweite Nutzsignal hinsichtlich seines Absolutwertes ausgewertet. Es kann vorgesehen sein, dass sowohl das erste Nutzsignal als auch das zweite Nutzsignal hinsichtlich des Absolutwertes ausgewertet werden. Beispielsweise kann von einer Beschädigung der Verbindung zwischen Sensor 3 und elektronischer Schaltung ausgegangen werden, wenn die Absolutwerte der Nutzsignale unterschiedlich sind, wobei vorgesehen sein kann, dass die Unterschiede außerhalb einer vorgegebenen Messtoleranz sind.
Fig. 4 zeigt ein drittes Ablaufdiagramm 100 eines Verfahrens, welches beispielsweise mittels der Steuerung 8 der elektronischen Schaltung 1 der Fig. 1 ausgeführt werden kann. Das dritte Ablaufdiagramm kann nach den im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 beschriebenen Verfahren ausgeführt werden oder aber auch einzeln ausgeführt werden. In einem siebten Verfahrensschritt 107 wird der erste Schalter 51 geschlossen und der zweite Schalter 52 geöffnet. Anschließend wird in einem achten Verfahrensschritt 108 am ersten Eingang 43 ein positives Referenzsignal und am zweiten Eingang 44 ein negatives Referenzsignal ange- legt. Das positive Referenzsignal kann dabei ein Rechtecksignal sein. Das negative Referenzsignal kann dabei ebenfalls ein Rechtecksignal sein. Im achten Verfahrensschritt 108 wird ferner das erste Nutzsignal aufgezeichnet. In einem anschließenden neunten Verfahrensschritt 109 wird der erste Schalter 51 geöffnet und der zweite Schalter 52 geschlossen. In einem anschließenden zehnten Verfahrensschritt 110 wird am ersten Eingang 43 ein positives Referenzsignal und am zweiten Eingang 44 ein negatives Referenzsignal angelegt. Das positive Referenzsignal kann dabei ein Rechtecksignal sein. Das negative Referenzsignal kann dabei ebenfalls ein Rechtecksignal sein. Ferner wird im zehnten Verfahrensschritt 110 das zweite Nutzsignal aufgezeichnet. In einem elften Verfahrensschritt 111 wird überprüft, ob eine Beschädigung des Sensors 2 vorliegt. Dies ist dann der Fall, wenn das erste Nutzsignal und das zweite Nutzsignal einen unterschiedlichen Absolutwert aufweisen. Dabei können vorgegebene Toleranzen berücksichtigt werden.
Ein Computerprogramm umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren auszuführen. Dieses Computerprogramm kann in einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Insbesondere kann das Computerprogramm in der Steuerung 8 gespeichert sein.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen hieraus können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Testen eines Sensors (3) innerhalb einer elektronischen Schaltung (1), wobei der Sensor (3) ein erstes Sensorelement (31) und ein erstes Referenzelement (33) in einem ersten Zweig (41) einer Wheatstone- Brückenschaltung (4) und ein zweites Sensorelement (32) und ein zweites Referenzelement (34) in einem zweiten Zweig (42) der Wheatstone- Brückenschaltung (4) umfasst, wobei der erste Zweig (41) und der zweite Zweig (42) parallel zueinander sind, wobei die Wheatstone- Brückenschaltung (4) einen ersten Eingang (43) für ein erstes Referenzsignal und einen zweiten Eingang (44) für ein zweites Referenzsignal aufweist, wobei der erste Eingang (43) und der zweite Eingang (44) jeweils mit dem ersten Zweig (41) und dem zweiten Zweig (42) verbunden sind, wobei das erste Referenzsignal und das zweite Referenzsignal mittels einer Ansteuerungslogik (2) bereitgestellt werden, wobei die Ansteuerungslogik (2) Teil der elektronischen Schaltung (1) ist, wobei der erste Zweig (41) einen ersten Signalausgang (45) zwischen dem ersten Sensorelement (31) und dem ersten Referenzelement (33) aufweist und der zweite Zweig (42) einen zweiten Signalausgang (46) zwischen dem zweiten Sensorelement (32) und dem zweiten Referenzelement (34) aufweist, wobei ein erstes Nutzsignal am ersten Signalausgang (45) und ein zweites Nutzsignal am zweiten Signalausgang (46) bestimmt werden kann, wobei der erste Signalausgang (45) über einen ersten Schalter (51) mit einem ersten Verstärkereingang (53) eines Verstärkers (5) verbunden ist, wobei der zweite Signalausgang (46) über einen zweiten Schalter (52) mit einem zweiten Verstärkereingang (54) des Verstärkers (5) verbunden ist, wobei der Verstärker (5) Teil der elektronischen Schaltung (1) ist, mit den folgenden Schritten:
Öffnen des ersten Schalters (51) oder des zweiten Schalters (52);
Anlegen eines vorgegebenen ersten Referenzsignals und/oder eines zweiten vorgegebenen Referenzsignals; Auswerten des ersten Nutzsignals oder des zweiten Nutzsignals dahingehend, ob eine Beschädigung des Sensors (3) oder einer elektrischen Verbindung zwischen Sensor (3) und elektronischer Schaltung (1) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalter (51) geschlossen und der zweite Schalter (52) geöffnet wird, anschließend am ersten Eingang (43) ein positives Referenzsignal und am zweiten Eingang (44) ein negatives Referenzsignal angelegt wird, und das erste Nutzsignal aufgezeichnet wird, anschließend der erste Schalter (51) geöffnet und der zweite Schalter (52) geschlossen wird, anschließend am ersten Eingang (43) ein positives Referenzsignal und am zweiten Eingang (44) ein negatives Referenzsignal angelegt wird, und das zweite Nutzsignal aufgezeichnet wird, wobei eine Beschädigung des Sensors (3) vorliegt, wenn das erste Nutzsignal und das zweite Nutzsignal einen unterschiedlichen Absolutwert aufweisen. Verfahren nach Anspruch 1, das erste Sensorelement (31) zwischen dem ersten Eingang (43) und dem ersten Signalausgang (45) angeordnet ist, wobei das erste Referenzelement (33) zwischen dem zweiten Eingang (44) und dem ersten Signalausgang (45) angeordnet ist, wobei das zweite Referenzelement (34) zwischen dem ersten Eingang (43) und dem zweiten Signalausgang (46) angeordnet ist, wobei das zweite Sensorelement (32) zwischen dem zweiten Eingang (44) und dem zweiten Signalausgang (46) angeordnet ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der erste Schalter (51) geöffnet und der zweite Schalter (52) geschlossen wird, anschließend der zweite Eingang (44) geerdet und am ersten Eingang (43) ein positives Referenzsignal angelegt wird, wobei das zweite Nutzsignal dann eine Information über das zweite Referenzelement (34) beinhaltet, wobei die Information über das zweite Referenzelement (34) hinsichtlich der Beschädigung der elektrischen Verbindung zwischen Sensor (3) und elektronischer Schaltung (1) ausgewertet wird. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste Nutzsignal hinsichtlich seines Absolutwertes ausgewertet wird. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei anschließend der erste Schalter (51) geschlossen und der zweite Schalter (52) geöffnet wird, anschließend der erste Eingang (43) geerdet und am zweiten Eingang (44) ein positives Referenzsignal angelegt wird, wobei das erste Nutzsignal dann eine Information über das erste Referenzelement (33) beinhaltet, wobei die Information über das erste Referenzelement (33) hinsichtlich der Beschädigung der elektrischen Verbindung zwischen Sensor (3) und elektronischer Schaltung (1) ausgewertet wird. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das zweite Nutzsignal hinsichtlich seines Absolutwertes ausgewertet wird. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist. Elektronische Schaltung (1) mit einer Ansteuerungslogik
(2), einem Sensor
(3) und einem Verstärker (5), wobei der Sensor (3) ein erstes Sensorelement (31) und ein erstes Referenzelement (33) in einem ersten Zweig (41) einer Wheatstone-Brückenschaltung (4) und ein zweites Sensorelement (32) und ein zweites Referenzelement (34) in einem zweiten Zweig (42) der Wheatstone-Brückenschaltung (4) umfasst, wobei der erste Zweig (41) und der zweite Zweig (42) parallel zueinander sind, wobei die Wheatstone-Brückenschaltung
(4) einen ersten Eingang (43) für ein erstes Referenzsignal und einen zweiten Eingang (44) für ein zweites Referenzsignal aufweist, wobei der erste Eingang (43) und der zweite Eingang (44) jeweils mit dem ersten Zweig (41) und dem zweiten Zweig (42) verbunden sind, wobei das erste Referenzsignal und das zweite Referenzsignal mittels der Ansteuerungslogik (2) bereitgestellt werden, wobei der erste Zweig (41) einen ersten Signalausgang (45) zwischen dem ersten Sensorelement (31) und dem ersten Referenzelement (33) aufweist und der zweite Zweig (42) einen zweiten Signalausgang (46) zwischen dem zweiten Sensorelement (32) und dem zweiten Referenzelement (34) aufweist, wobei ein erstes Nutzsignal am ersten Signalausgang (45) und ein zweites Nutzsignal am zweiten Signalausgang (46) bestimmt werden kann, wobei der erste Signalausgang (45) über einen ersten Schalter (51) mit einem ersten Verstärkereingang (53) des Verstärkers (5) verbunden ist, wobei der zweite Signalausgang (46) über einen zweiten Schalter (52) mit einem zweiten Verstärkereingang (54) des Verstärkers (5) verbunden ist, wobei die elektronische Schaltung (1) eingerichtet ist, mittels der Ansteuerungslogik (2) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerlogik (2) die elektronische Schaltung (1) derart ansteuert, dass der ersten Schalter (51) geschlossen und der zweite Schalter (52) geöffnet wird, anschließend am ersten Eingang (43) ein positives Referenzsignal und am zweiten Eingang (44) ein negatives Referenzsignal angelegt wird, und das erste Nutzsignal aufgezeichnet wird, anschließend der erste Schalter (51) geöffnet und der zweite Schalter (52) geschlossen wird, anschließend am ersten Eingang (43) ein positives Referenzsignal und am zweiten Eingang (44) ein negatives Referenzsignal angelegt wird, und das zweite Nutzsignal aufgezeichnet wird, wobei eine Beschädigung des Sensors (3) vorliegt, wenn das erste Nutzsignal und das zweite Nutzsignal einen unterschiedlichen Absolutwert aufweisen.
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