微机电加速度传感器系统和电子设备

技术领域

本发明涉及一种微机电加速度传感器系统和一种具有微机电加速度传感器系统的电子设备。

背景技术

当前非常强烈的技术趋势是所谓的入耳式耳机，其以无线的方式直接佩戴在耳朵中。在一种可能的技术实施方式中，这些入耳式耳机具有多个麦克风和加速度传感器。在这种情况下，加速度传感器必须能够如此运行，使得这些传感器的测量到的信号不产生任何可感知的音调。由于其高性能及其良好的信噪比，Sigma-Delta模数转换器(SD-ADC)越来越多地用于该领域。然而，在Sigma-Delta模数转换器中，已知的问题是不希望的所谓的空闲音行为的出现，其中，在施加空闲信号(Idle-Signals)、即具有消失的信号强度的信号时，在SD-ADC的噪声功率谱中如下振荡可以是可测量的：所述振荡可以显著高于传感器的一般噪声背景信号并且可以产生对于人类而言可听到的音调。

发明内容

因此，本发明的一个任务是提供一种经改善的微机电加速度传感器系统和一种具有微机电加速度传感器系统的电子设备。

该任务通过根据本发明的微机电加速度传感器系统和电子设备来解决。有利的构型在下文中描述。

根据本发明的一个方面，提供一种微机电加速度传感器系统，其具有用于检测对加速度传感器元件起作用的加速度值的微电子加速度传感器元件、用于将加速度传感器元件的模拟输出信号转换为传感器系统的数字输出信号的Sigma-Delta模数转换器以及第一信号发生器元件和第二信号发生器元件，其中，第一信号发生器元件连接在加速度传感器元件和模数转换器之间并且设置用于以预先确定的信号值加载(beaufschlagen)加速度传感器元件的输出信号，其中，第一信号发生器元件的信号值相应于大于平均重力加速度的加速度值，其中，第二信号发生器元件在信号处理方向上连接在模数转换器之后并且设置用于以第一信号发生器元件的信号值来校正模数转换器的数字输出信号。

由此可以实现如下技术优点：可以提供经改善的微机电加速度传感器系统，其中可以避免Sigma-Delta模数转换器的空闲音。通过第一信号发生器元件，以信号值加载微机电加速度传感器系统的加速度传感器元件的输出信号，该信号值相应于大于平均重力加速度的加速度值。通过以所提及的信号值加载加速度传感器元件的输出信号实现，在加速度传感器系统处于仅重力加速度对加速度传感器系统起作用的静止位置的情况下，防止零信号从加速度传感器元件输出到模数转换器。通过将信号值加载到加速度传感器元件的输出信号上，在任何时间都将不同于零的信号输出到模数转换器，从而避免模数转换器的空闲音，空闲音仅当模数转换器处于空闲状态时才出现，在所述空闲状态中零信号施加在模数转换器上。由于信号值大于平均重力加速度，因此确保，在加速度传感器系统的任何静止位置，在模数转换器上存在非零信号。

根据一种实施方式，信号值相应于重力加速度的两倍。

由此可以实现如下技术优点：施加在模数转换器上的信号具有与零信号尽可能大的间距，从而能够以增加的安全性确保模数转换器不处于空闲状态中并且因此不产生空闲音。

根据一种实施方式，第一信号发生器元件设置用于仅以预先确定的信号值加载加速度传感器元件的相应于零信号的输出信号。

由此可以实现如下技术优点：可以实现精确的模数转换，其方式为：仅当存在通过模数转换器引起空闲音的风险时才进行对输出信号的加载。对于加速度传感器元件的不同于零的输出信号，不进行任何加载。由此可以避免由加载引起的错误，这有助于提高加速度传感器系统的精度。

根据一种实施方式，加速度传感器元件构造为具有三个测量通道的三维加速度传感器元件，其中，第一信号发生器元件设置用于以信号值加载加速度传感器元件的每个测量通道的输出信号，其中，第二信号发生器元件设置用于针对每个测量通道以信号值来校正模数转换器的数字输出信号。

由此可以实现如下技术优点：对于加速度传感器系统的任何姿态(Lage)，能够实现以预先确定的信号值加载加速度传感器元件的相应输出值，并且因此对于加速度传感器系统的任何姿态，可以避免模数转换器在空闲状态中产生空闲音。

根据一种实施方式，用于加速度传感器的每个测量通道的信号值包括信号部分值(Signalteilwert)，其中，每个信号部分值相应于在相应测量通道的空间方向上的加速度值，该加速度值大于平均重力加速度，其中，不同测量通道的信号部分值具有不同的值。

由此可以实现如下技术优点：对于加速度传感器元件的每个测量通道，能够实现以预先确定的部分信号值加载相应的输出信号，并且因此可以确保，在加速度传感器系统的任何姿态或者说定向的情况下都可以避免模数转换器的由于施加零信号而引起的空闲音。

根据一种实施方式，第一信号发生器元件和第二信号发生器元件构造为分析处理电路，尤其是构造为专用集成电路ASIC。

由此可以实现如下技术优点：能够实现第一和第二信号发生器元件的技术上简单的构造。

根据一种实施方式，加速度传感器元件构造为电容式加速度传感器元件。

由此可以实现如下技术优点：可以提供技术上稳健且精确的加速度传感器元件。

根据一种实施方式，传感器系统还包括电容-电压转换器，其中，电容-电压转换器连接在第一信号发生器元件和模数转换器之间并且设置用于将加速度传感器元件的电容输出信号转换为电压信号。

由此可以实现如下技术优点：能够实现对电容式加速度传感器元件的输出信号的精确处理。

根据一种实施方式，传感器系统能够用作麦克风。

因此可以实现如下技术优点：能够实现根据本发明的传感器系统的尽可能广泛的应用。

根据本发明的第二方面，提供一种具有根据前述实施方式之一所述的微机电加速度传感器系统的电子设备。

由此可以实现如下技术优点：可以提供具有带有上述技术优点的微机电加速度传感器系统的电子设备。该电子设备例如可以是入耳式耳机。

附图说明

基于以下附图阐述本发明的实施例。在这些示意性附图中示出：

图1示出根据一种实施方式的微机电加速度传感器系统的示意图；以及

图2示出根据一种实施方式的具有微机电传感器系统的电子设备的示意图。

具体实施方式

图1示出根据一种实施方式的微机电加速度传感器系统100的示意图。

图1示出根据本发明的微机电加速度传感器系统100的时序图。在所示实施方式中，微机电加速度传感器系统100包括微机电加速度传感器元件101、Sigma-Delta模数转换器103、第一信号发生器元件105、第二信号发生器元件107和电容-电压转换器109。第一信号发生器元件105连接在微机电加速度传感器元件101和Sigma-Delta模数转换器103之间。第二信号发生器元件107在信号处理方向D上连接在Sigma-Delta模数转换器103后面。相反，电容-电压转换器109连接在第一信号发生器元件105和Sigma-Delta模数转换器103之间。

在所示实施方式中，微机电加速度传感器元件101构造为电容式加速度传感器元件并且设置用于探测微机电加速度传感器系统100的加速度以及将相应的电容信号作为输出信号输出到第一信号发生器元件105。

第一信号发生器元件105设置用于以预先确定的信号值加载加速度传感器元件101的输出信号。在这种情况下，预先确定的信号值相应于大于平均重力加速度的加速度值。通过以预先确定的信号值加载加速度传感器元件101的输出信号实现，在微机电加速度传感器系统100处于如下静止位置的情况下加速度传感器元件101的输出信号具有不同于零的值：在所述静止位置的情况下微机电加速度传感器系统100未加速，并且在所述静止位置中仅重力加速度对微机电加速度传感器系统100起作用。

将加速度传感器元件101的加载有预先确定的信号值的输出信号从第一信号发生器元件105传输到电容-电压转换器109。电容-电压转换器109设置用于将电容式加速度传感器元件101的电容输出信号转换为电压信号。由电容-电压转换器109转换的电压信号然后被进一步传递到Sigma-Delta模数转换器103。

Sigma-Delta模数转换器103设置用于将加速度传感器元件101的模拟输出信号转换为微机电加速度传感器系统100的数字输出信号。在此，Sigma-Delta模数转换器103设置用于根据模拟输出信号的Sigma-Delta调制实施加速度传感器元件101的输出信号的模数转换。在此，在本实施方式中，Sigma-Delta模数转换器103可以是从现有技术中已知的Sigma-Delta模数转换器。

由于通过第一信号发生器元件105以预先确定的信号值加载加速度传感器元件101的输出信号，加速度传感器元件101的施加在Sigma-Delta模数转换器103上的信号作为输入信号在任何时间都具有不同于零的值。即使在加速度传感器系统100的如下静止位置中，施加在Sigma-Delta模数转换器103上的信号也具有不同于零的值：在所述静止位置中加速度传感器系统100未加速并且在所述静止位置中仅重力加速度对加速度传感器系统100起作用。施加在Sigma-Delta模数转换器103上的信号具有在平均重力加速度和预先确定的信号值之间的至少一个差值作为最小值，所述平均重力加速度在静止位置中对微机电加速度传感器系统100起作用，所述预先确定的信号值根据本发明大于所述平均重力加速度。由于在任何时间都不同于零的、施加在Sigma-Delta模数转换器103上的输入信号，因此可以防止Sigma-Delta模数转换器103切换到空闲状态，在所述空闲状态中仅零信号施加在Sigma-Delta模数转换器103上。通过防止Sigma-Delta模数转换器103由于施加的零信号而可能切换到空闲状态，还避免通过Sigma-Delta模数转换器103产生空闲音。由于这种类型的空闲音对于在入耳式耳机(对于所述入耳式耳机，应避免不希望的噪声形成)中使用微机电加速度传感器系统100而言是破坏性的

通过第二信号发生器元件107，以通过第一信号发生器元件105加载的信号值来校正加速度传感器元件101的由Sigma-Delta模数转换器103转换为数字信号的输出信号。因此，由微机电加速度传感器系统100输出的数字输出信号不具有附加的信号值，从而在微机电加速度传感器系统100的未加速的静止位置中所述微机电加速度传感器系统正确地输出为零的加速度值。因此，微机电加速度传感器系统100的测量精度不受通过第一信号发生器元件105加载加速度传感器元件101的输出信号的影响，并且由微机电加速度传感器系统100输出的加速度值相应于通过加速度传感器元件101测量的加速度值。通过第一信号发生器元件105以预先确定的信号值加载加速度传感器元件101的输出信号仅用于避免通过Sigma-Delta模数转换器103引起的空闲音。

根据一种实施方式，第一信号发生器元件105的预先确定的信号值相应于重力加速度的两倍。替代于此，预先确定的信号值可以相应于重力加速度的任何其他倍数。

根据一种实施方式，加速度传感器元件101构造为具有三个测量通道的三维加速度传感器元件。在该实施方式中，第一信号发生器元件105设置用于以相应的信号值加载加速度传感器元件101的每个测量通道的输出信号。第二信号发生器元件107相应地设置用于，针对三维加速度传感器元件的每个测量通道，以相应的信号值来校正Sigma-Delta模数转换器103的数字输出信号。

根据一种实施方式，信号值——以该信号值加载加速度传感器元件101的每个测量通道的输出信号——可以具有不同的值。替代于此，信号值——以该信号值加载加速度传感器元件101的每个测量通道的输出信号——可以具有相同的值。

根据一种实施方式，第一和第二信号发生器元件105、107可以构造为专用集成电路ASIC。

根据一种实施方式，微机电加速度传感器系统100能够用作麦克风。微机电加速度传感器系统100尤其可以在入耳式耳机中使用。

根据一种实施方式，第一信号发生器元件105可以构造为以预先确定的信号值加载加速度传感器元件101的任何输出值。替代地，第一信号发生器元件105可以构造为仅以相应的信号值加载加速度传感器元件101的相应于零信号的输出信号。第二信号发生器元件107可以类似地构造为，针对Sigma-Delta模数转换器103的所有输出信号校正第一信号发生器元件105的信号值，或者仅针对Sigma-Delta模数转换器103的与加速度传感器元件101的零信号相对应的输出信号执行这种校正。

图2示出根据一种实施方式的具有微机电传感器系统100的电子设备200的示意图。

在所示实施方式中，除了加速度传感器系统100之外，电子设备200还包括控制单元201，该控制单元在数据技术方面与加速度传感器系统100连接并且设置用于处理加速度传感器系统100的传感器值。例如，该电子设备可以是消费电子设备。例如，该电子设备可以是入耳式耳机。然而，本发明不应限于此。