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Title:
ANALOG FRONTEND ARCHITECTURE FOR CAPACITIVE PRESSURE SENSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/148603
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an analog frontend architecture (100) for a capacitive pressure sensor (109) with a low-noise amplifier unit (101) for low-noise amplification of sensor signals of the capacitive pressure sensor (109), the low-noise amplifier unit (101) comprising a first integrator unit (103) and a second integrator unit (105) for integrating charges fed into input connections (INP, INN) of the low-noise amplifier unit (101) and for outputting integrated charges at output connections (OUT1, OUT2) of the low-noise amplifier unit (101), a feedback unit (107) and a start-up unit (108), the feedback unit (107) being designed to feed integrated charges from the integrator unit (105) back into the input connections (INP, INN) of the low-noise amplifier unit (101), and the start-up unit (108) being connectable between a first connection state and a second connection state and being designed in the first connection state to conduct the charges fed into the input connections (INP, INN) past the first integrator unit (103), into the second integrator unit (105) and from the second integrator unit (105) into the feedback unit (107), and in the second connection state to conduct the charges fed into the input connections (INP, INN) directly into the first integrator unit (103).

Inventors:
MUSAZZI MASSIMILIANO (IT)
TANGREDI DOMENICO (IT)
DAVID FILIPPO (IT)
CAZZANIGA GABRIELE (IT)
SANTORO MANUEL SALVATORE (IT)
Application Number:
PCT/EP2021/085347
Publication Date:
July 14, 2022
Filing Date:
December 13, 2021
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
H03F3/70; G01L9/12; H03F1/34; H03F3/45; H03F3/72; G01D5/24
Foreign References:
EP2966456B12018-08-01
Other References:
CHENG-TA CHIANG ET AL: "A CMOS MEMS Audio Transducer Implemented by Silicon Condenser Microphone With Analog Front-End Circuits of Audio Codec", IEEE TRANSACTIONS ON VERY LARGE SCALE INTEGRATION (VLSI) SYSTEMS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, USA, vol. 20, no. 9, 1 September 2012 (2012-09-01), pages 1656 - 1667, XP011455324, ISSN: 1063-8210, DOI: 10.1109/TVLSI.2011.2160746
LANNIEL ALICE ET AL: "Noise Analysis of Charge-Balanced Readout Circuits for MEMS Accelerometers", IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS I: REGULAR PAPERS, IEEE, US, vol. 68, no. 1, 16 November 2020 (2020-11-16), pages 175 - 184, XP011830256, ISSN: 1549-8328, [retrieved on 20210107], DOI: 10.1109/TCSI.2020.3034159
KEVIN T C C ET AL: "118-dB dynamic range, continuous-time, opened-loop capactance to voltage converter readout for capacitive MEMS accelerometer", SOLID STATE CIRCUITS CONFERENCE (A-SSCC), 2010 IEEE ASIAN, IEEE, 8 November 2010 (2010-11-08), pages 1 - 4, XP031979964, ISBN: 978-1-4244-8300-6, DOI: 10.1109/ASSCC.2010.5716626
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Claims:
Ansprüche

1. Analoge Frontend-Architektur (100) für einen kapazitiven Drucksensor (109) mit einer rauscharmen Verstärkereinheit (101) zum rauscharmen Verstärken von Sensorsignalen des kapazitiven Drucksensors (109), wobei die rauscharme Verstärkereinheit (101) eine erste Integrator-Einheit (103) und eine zweite Integrator Einheit (105) zum Integrieren von in Eingangs anschlüsse (INP, INN) der rauscharmen Verstärkereinheit (101) einge speisten Ladungen und zum Ausgeben von integrierten Ladungen an Aus gangsanschlüsse (OUT1, OU2) der rauscharmen Verstärkereinheit (101), eine Feedback-Einheit (107) und eine Startup-Einheit (108) umfasst, wobei die Feedback-Einheit (107) eingerichtet ist, integrierte Ladungen aus der Integrator-Einheit (105) erneut in die Eingangsanschlüsse (INP, INN) der rauscharmen Verstärkereinheit (101) einzuspeisen, und wobei die Startup- Einheit (108) zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand verschaltbar und eingerichtet ist, im ersten Schaltzustand die in die Eingangsanschlüsse (INP, INN) eingespeisten an der ersten In tegrator-Einheit (103) vorbei, in die zweite Integrator-Einheit (105) und von der zweiten Integrator-Einheit (105) in die Feedback-Einheit (107) zu leiten, und im zweiten Schaltzustand die in die Eingangsanschlüsse (INP, INN) eingespeisten Ladungen direkt in die erste Integrator-Einheit (103) zu lei ten.

2. Analoge Frontend-Architektur (100) nach Anspruch 1, wobei die erste In tegrator-Einheit (103) als ein Boxcar-Integrator ausgebildet und eingerichtet ist, die in die Eingangsanschlüsse (INP, INN) der rauscharmen Verstärke reinheit eingespeisten Ladungen gemäß einer Boxcar-Integrationstechnik zu integrieren.

3. Analoge Frontend-Architektur (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feedback-Einheit (107) wenigstens ein Feedback-Kondensatorelement (CFB) umfasst, wobei über das Feedback-Kondensatorelement (CFB) die in die rauscharme Verstärkereinheit (101) zurück-eingespeisten Ladungen der zweiten Integrator-Einheit (105) an die eingespeisten Ladungen eines mit den Eingangsanschlüssen (INP, INN) der rauscharmen Verstärkerein heit (101) verbunden kapazitiven Drucksensors (109) anpassbar sind.

4. Analoge Frontend-Architektur (100) nach einem der voranstehenden An sprüche, wobei die erste Integrator-Einheit (103) einen Transkonduktor (Gm) umfasst, und wobei die zweite Integrator-Einheit (105) einen operati ven Transkonduktorverstärker (OTA) umfasst.

5. Analoge Frontend-Architektur (100) nach einem der voranstehenden An sprüche, wobei die erste Integrator-Einheit (103) eine Demudolatoreinheit (104) mit einer Mehrzahl von Demodulatorschaltelementen (GM1, GM2) und wenigstens ein Integratorkondensatorelement (CG) umfasst, und wo bei die erste Integrator-Einheit (103) über das Integratorkondensatorele ment (CG) mit der zweiten Integrator-Einheit (105) verbunden ist.

6. Analoge Frontend-Architektur (100) nach einem der voranstehenden An sprüche, ferner umfassend eine mit der rauscharmen Verstärkereinheit (101) verbundene Multiplexer-Einheit (115), wobei über die Multiplexer- Einheit (115) Sensorsignale eines Temperatursensors (113) in die analoge Frontendarchitektur (101) einspeisbar sind.

7. Analoge Frontend-Architektur nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Double-Sampling-Einheit (117) mit einer Mehrzahl von Samplerschaltelementen (CH1), wobei über die Double-Sampling- Einheit (117) eine Polung zwischen Ausganganschlüssen des kapazitiven Drucksensors (109) und Eingangsanschlüssen (INP, INN) der rauscharmen Verstärkereinheit (101) tauschbar ist.

8. Analoge Frontend-Architektur (100) nach einem der voranstehenden An sprüche, wobei die analoge Frontend-Architektur (100) kontinuierlich oder mit einem konfigurierbaren Leistungstastgrad betreibbar ist.

9. Analoge Frontend-Architektur (100) nach einem der voranstehenden An sprüche, wobei die analoge Frontend-Architektur (100) mit einem kapaziti ven MEMS Drucksensor, insbesondere mit einem kapazitiven MEMS Drucksensor mit vollständiger kapazitiver Wheatstonebrücke oder mit hal ber kapazitiver Wheatstonebrücke oder mit einzelner aktiver Kapazität und mit oder ohne Referenzkapazität kompatibel ist.

Description:
Beschreibung

Titel

Analoge Frontendarchitektur für kapazitiven Drucksensor

Die Erfindung betrifft eine analoge Frontendarchitektur für einen kapazitiven Drucksensor.

Stand der Technik

Drucksensoren sind in Automobil- und Verbraucheranwendungen weit verbreitet. In der Vergangenheit wurden Drucksensoren auf der Basis piezoresistiver Mate rialien verwendet. In jüngster Zeit werden kapazitive Drucksensoren auf der Ba sis von mikro-elektromechanischen Systemen (MEMS) immer beliebter. Ihr mas siver Einsatz in Smartphones, Smartwatches, Wearables und loT macht sich ihre Hauptvorteile zunutze: die Optimierung des Rauschens und des Stromver brauchs sowie die verbesserte TCO-Leistung. MEMS Sensoren werden zusam men mit einer elektronischen Schnittstellenschaltung eingesetzt, die eine korrek te Messung des gemessenen Drucks ermöglicht. Zur Anbindung von analogen Sensorsystemen an digitale Systeme werden für gewöhnlich analoge Fronten darchitekturen AFE verwendet, die zur Verstärkung der Sensorsignale dienen und eine Wandlung der analogen Sensorsignale in digitale Signale ermöglichen. In den meisten AFE-Architekturen für MEMS-Sensoren ist der erste Verstärker der kritischste Block in Bezug auf Rauschen und Leistung. Konventionelle Lö sungen verwenden Verstärker mit kapazitiver Rückkopplung, um die Differenzla dung zu erfassen, die als Reaktion auf einen Treiberspannungsimpuls aus den Abtastkondensatoren fließt. Konventionelle Lösungen verwenden lineare Ver stärker, die als Ladungs-Spannungswandler konfiguriert sind, mit kapazitiver Rückkopplung. Eine solch einfache Architektur leidet aufgrund der hohen Band breite des Ladungs-Spannungswandlers unter Ausgangsrauschen-Aliasing durch die Abtastung des folgenden Analog-Digital-Wandlers, was für einen geringen Restfehler im Einschwingverhalten erforderlich ist.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte analoge Frontendar chitektur für einen kapazitiven Drucksensor bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und das System gemäß den unabhän gigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der un tergeordneten Ansprüche.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine analoge Frontend-Architektur für ei nen kapazitiven Drucksensor mit einer rauscharmen Verstärkereinheit zum rauscharmen Verstärken von Sensorsignalen des kapazitiven Drucksensors be reitgestellt, wobei die rauscharme Verstärkereinheit eine erste Integrator-Einheit und eine zweite Integrator-Einheit zum Integrieren von in Eingangsanschlüssen der rauscharmen Verstärkereinheit eingespeiste Ladungen und zum Ausgeben von integrierten und verstärkten Spannungssignalen an Ausgangsanschlüsse der rauscharmen Verstärkereinheit, eine Feedback-Einheit und eine Startup-Einheit umfasst, wobei die Feedback-Einheit eingerichtet ist, zur verstärkten Spannung der Integrator-Einheit proportionale Ladungen in die Eingangsanschlüsse der rauscharmen Verstärkereinheit einzuspeisen, und wobei die Startup-Einheit zwi schen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand verschalt bar und eingerichtet ist, im ersten Schaltzustand die in die Eingangsanschlüsse eingespeisten Ladungssignale an der ersten Integrator-Einheit vorbei, in die zweite Integrator-Einheit und von der zweiten Integrator-Einheit in die Feedback- Einheit zu leiten, und im zweiten Schaltzustand die in die Eingangsanschlüsse eingespeisten Ladungen direkt in die erste Integrator-Einheit zu leiten.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte analoge Frontendarchitektur für kapazitive Drucksensoren bereitgestellt werden kann, mit der ein beschleunigtes Startverhalten ermöglicht ist. Bei Drucksenso ren, die aufgrund geringer Druckänderungen, beispielsweise bei Messungen des Atmosphärendrucks, nicht durchgehend betrieben werden, sondern abwechselnd zwischen Standby und Betriebsmodi verschaltet werden, können Ladungssignale des Drucksensors beim Einschalten des Drucksensors in den Betriebszustand plötzlich in die Eingangsanschlüsse der rauscharmen Verstärkereinheit der ana logen Frontendarchitektur eingespeist werden. Durch dieses sprunghafte Anstei gen der an den Anschlüssen anliegenden Ladungswerte und der damit verbun denen Spannungen kann ein Einschwingen der Integrator-Einheiten insbesonde re der ersten Integrator-Einheit, verzögert werden. Durch die Startup-Einheit kann zur Beschleunigung des Einschwingverhaltens der Integrator-Einheiten beim Aufstarten des kapazitiven Drucksensors die erste Integrator-Einheit über brückt werden, sodass die an den Eingangsanschlüssen der rauscharmen Ver stärkereinheit anliegenden Ladungen bzw. Spannungen des aufgestarteten ka pazitiven Drucksensors durch die Startup-Einheit an der ersten Integrator-Einheit vorbei direkt in die zweite Integrator-Einheit eingeleitet werden.

Die von der zweiten Integrator-Einheit integrierten Ladungen werden daraufhin in die Feedback-Einheit eingeleitet, die den integrierten Spannungssignale propor tionale Ladungen in die Eingangsanschlüsse der rauscharmen Verstärkereinheit einspeist. Durch eine Einspeisung der mit den integrierten Ladungen proportiona len Ladungen in die Eingangsanschlüsse durch die Feedback-Einheit kann somit eine an den Anschlüssen anliegende Spannung für kommende Verstärkungszyk len und Signale des Drucksensors auf einem gewünschten Betriebswert der rauscharmen Verstärkereinheit gehalten werden. Die Startup-Einheit kann hierbei so lange im ersten Schaltzustand verbleiben, bis die durch die Feedback-Einheit in die Eingangsanschlüsse eingespeiste Ladung den durch den Drucksensor eingespeisten Ladungen entsprechen, wodurch Ladungsdifferenzen zwischen den durch den Drucksensor ausgegebenen Signalen und den durch die Feed back-Einheit in die Eingangsanschlüsse eingespeisten Ladungen gegen Null konvergieren.

Sobald die Differenz zwischen den durch den Drucksensor eingespeisten Ladun gen und den durch die Feedback-Einheit in die Eingangsanschlüsse eingespeis ten Ladungen gegen Null oder einen vorbestimmten Grenzwert konvergiert ist, kann die Startup-Einheit in den zweiten Schaltzustand geschaltet werden, wodurch die an den Eingangsanschlüssen der rauscharmen Verstärkereinheit anliegenden Spannungssignale bzw. Ladungen direkt in die erste Integrator- Einheit eingeleitet werden. Die in die Eingangsanschlüssen der rauscharmen Verstärkereinheit eingespeisten Ladungen können im Folgenden durch die ers- ten und zweiten Integrator-Einheiten optimal integriert werden, wodurch ein opti males Verstärkungsverhalten der rauscharmen Verstärkereinheit ermöglicht ist. Durch die Startup-Einheit kann somit die Zeit des Einschwingens der ersten und zweiten Integrator-Einheiten bei sprunghaftem Einspeisen der Signalladungen des Drucksensors durch Aufstarten des Drucksensors in den Betriebsmodus auf ein Minimum verkürzt werden.

Nach einer Ausführungsform ist die erste Integrator-Einheit als ein Boxcar- Integrator ausgebildet und eingerichtet, die in die Eingangsanschlüssen der rauscharmen Verstärkereinheit eingespeisten Ladungen gemäß einer Boxcar- Integrationstechnik zu integrieren.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch Anwendung der Boxcar-Integrationstechnik eine analoge Frontendarchitektur mit verbesserter Rausch- und Leistungsperformance bereitgestellt werden kann. Dies führt zu ei ner erhöhten Stabilität und Wiederholbarkeit der Übertragung von Drucksignalen in entsprechend verstärkte Spannungssignale durch die analoge Frontendarchi tektur. Darüber hinaus kann eine erhöhte Genauigkeit der analogen Frontendar chitektur erzielt werden im Umwandeln der Drucksignale des Drucksensors in entsprechende Spannungssignale.

Nach einer Ausführungsform umfasst die Feedback-Einheit wenigstens ein Feedback-Kondensatorelement, wobei über das Feedback-Kondensatorelement die in die rauscharme Verstärkereinheit zurück-eingespeisten Ladungen der zweiten Integrator-Einheit an die Ladungssignale eines mit den Eingangsan schlüssen der rauscharmen Verstärkereinheit verbundenen kapazitiven Druck sensors anpassbar sind.

Über mehrere Integrationszyklen der rauscharmen Verstärkereinheit kann so die über die Feedback-Einheit in die Eingangsanschlüsse der rauscharmen Verstär kereinheit eingespeisten Ladung auf den Wert der durch den kapazitiven Druck sensor eingespeisten Ladung angepasst werden. Indem über die mehreren Zyk len die Anpassung der über die Feedback-Einheit eingespeisten Ladung an die Ladung des Drucksensors verbessert wird, kann eine Differenz der eingespeisten Ladungen auf Null reduziert werden, wodurch ein direkt-lineares Verhalten der rauscharmen Verstärkereinheit erreicht werden kann, was wiederum ein optima les Verstärkungsverhalten der rauscharmen Verstärkereinheit ermöglicht.

Nach einer Ausführungsform umfasst die erste Integrator-Einheit einen Trans konduktor, wobei die zweite Integrator-Einheit einen operativen Transkonduktor verstärker umfasst.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass über den Trans konduktor der ersten Integrator-Einheit und den operativen Transkonduktorver stärker der zweiten Integrator-Einheit ein verlässliches, präzises und rauschar mes Verstärkerverhalten erreicht werden kann.

Nach einer Ausführungsform umfasst die erste Integrator-Einheit eine Demudola- toreinheit mit einer Mehrzahl von Demodulatorschaltelementen und wenigstens ein Integratorkondensatorelement, wobei die erste Integrator-Einheit über das In tegratorkondensatorelement mit der zweiten Integrator-Einheit verbunden ist.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes und rauscharmes Verstärkungsverhalten der ersten Integrator-Einheit und der mit dieser verbundenen zweiten Integrator-Einheit ermöglicht ist. Über die Demodu lator-Einheit und die Mehrzahl von Demodulatorschaltelementen kann die Boxcar-Integrationstechnik realisiert werden.

Nach einer Ausführungsform umfasst die analoge Frontendarchitektur ferner eine mit der rauscharmen Verstärkereinheit verbundene Multiplexer-Einheit, wobei über die Multiplexer-Einheit Sensorsignale eines Temperatursensors in die ana loge Frontendarchitektur einspeisbar sind.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die analoge Frontendarchitektur sowohl Sensorsignale des kapazitiven Drucksensor als auch Sensorsignale eines zusätzlichen Temperatursensors verstärkt und verarbeitet werden können. Die analoge Frontendarchitektur ermöglicht somit das simultane Verarbeiten verschiedener Sensorsignale, wodurch ein verbessertes Messverhal ten des kapazitiven Drucksensors ermöglicht ist. Durch die Berücksichtigung der Sensorsignale des Temperatursensors kann somit eine Kompensation der Drucksensorwerte des kapazitiven Drucksensors durchgeführt werden. Dies er höht die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen analogen Frontendarchitektur.

Nach einer Ausführungsform umfasst die analoge Frontendarchitektur ferner eine Double-Sampling-Einheit mit einer Mehrzahl von Samplerschaltelementen, wobei über die Double-Sampling-Einheit eine Polung zwischen Ausgangsanschlüssen des kapazitiven Drucksensors und Eingangsanschlüssen der rauscharmen Ver stärkereinheit tauschbar ist.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass über das Double- Sampling der Double-Sampling-Einheit residuelle Offsets der rauscharmen Ver stärkereinheit reduziert werden können. Dies fördert die Messgenauigkeit der Druck- bzw. Temperatursensoren bzw. die Genauigkeit der durch die analoge Frontendarchitektur ausgegebenen Ausgabesignale.

Nach einer Ausführungsform ist die analoge Frontend-Architektur kontinuierlich oder mit einem konfigurierbaren Leistungstastgrad betreibbar.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine erhöhte An wendbarkeit der analogen Frontend-Architektur ermöglicht ist, indem diese so wohl kontinuierlich als auch mit einem individuell konfigurierbaren Leistungstast grad betreibbar ist.

Nach einer Ausführungsform ist die analoge Frontend-Architektur mit einem ka pazitiven MEMS Drucksensor, insbesondere mit einem kapazitiven MEMS Drucksensor mit vollständiger kapazitiver Wheatstonebrücke oder mit halber ka pazitiver Wheatstonebrücke oder mit einzelner aktiver Kapazität und mit oder oh ne Referenzkapazität kompatibel.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine analoge Front endarchitektur mit einer möglichst breiten Anwendbarkeit bereitgestellt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den schematischen Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer analogen Frontendarchitektur gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung der analogen Frontendar chitektur in Fig. 1 in einem weiteren Schaltzustand;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Schaltverhaltens der analo gen Frontendarchitektur gemäß einerweiteren Ausführungsform;

Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung der analogen Frontendar chitektur gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 5 eine weitere schematische Darstellung der analogen Frontendar chitektur gemäß einerweiteren Ausführungsform; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Ablaufs eines

Messverhaltens eines Sensorsystems mit der analogen Fronten darchitektur gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer analogen Frontendarchitektur 100 gemäß einer Ausführungsform.

In der dargestellten Ausführungsform umfasst die analoge Frontendarchitektur

100 eine rauscharme Verstärkereinheit 101. Die rauscharme Verstärkereinheit

101 umfasst eine als Boxcar-Integrator ausgebildete erste Integrator-Einheit 103 und eine zweite Integrator-Einheit 105. Die analoge Frontendarchitektur 100 ist ferner in einer geschlossenen Schleifenarchitektur konfiguriert und umfasst eine Feedback-Einheit 107.

In der gezeigten Ausführungsform umfasst die erste Integrator-Einheit 103 einen Transduktor Gm und eine Demudolator-Einheit 104 ein Integratorkondensatorel ement CG und ein erstes Integratorkondensatorelement CS. Die zweite Integra- tor-Einheit 105 umfasst ferner einen operativen Transkonduktorverstärker OTA, der als schaltbarer Kapazitätsintegrator ausgebildet ist.

In der gezeigten Ausführungsform ist die analoge Frontendarchitektur 100 mit ei nem kapazitiven Drucksensor 109 verbunden, der über erste und zweite Ein gangsanschlüsse INP, INN an die analoge Frontendarchitektur 100 angeschlos sen ist. Der kapazitive Drucksensor 109 wird über einen T reiber 111 angesteuert. Der kapazitive Drucksensor 109 ist als eine kapazitive Wheatstonebrücke aufge baut und umfasst zwei Sensorkondensatorelemente CACT und zwei Referenz kondensatorelemente CREF.

In der analogen Frontendarchitektur 100 ist die rauscharme Verstärkereinheit 101 ferner über erste und zweite Ausgangsanschlüsse OUT1, OUT2 mit einem Analog-Digital-Wandler ADC verbunden. Der Analog-Digital-Wandler ADC um fasst ferner zwei Wandlerschaltelemente ADC1.

Der Transkonduktor Gm ist über eine erste Leitung L1 mit dem ersten Eingangs anschluss INP und über eine zweite Leitung L2 mit dem zweiten Eingangsan schluss INN verbunden. Die Demudolator-Einheit 104 ist über die erste Leitung L1 und die zweite Leitung L2 sowohl mit dem Transkonduktor Gm und dem ers ten Integratorkondensatorelement Cs als auch über das erste Integratorkonden satorelement Cs mit dem operativen Transkonduktorverstärker OTA der zweiten Integrator-Einheit 105 verbunden. Der operative Transkonduktorverstärker OTA ist über die erste Leitung L1 mit dem ersten Ausgangsanschluss OUT1 und über die zweite Leitung L2 mit dem zweiten Ausgangsanschluss OUT2 der rauschar men Verstärkereinheit 101 der analogen Frontendarchitektur 100 verbunden.

Die Demudolator-Einheit 104 umfasst zwei erste Demodulatorschaltelemente GM1, die jeweils in der ersten Leitung L1 und der zweiten Leitung L2 angeordnet sind. Ferner umfasst die Demudolator-Einheit 104 zwei zweite Demodulator schaltelemente GM2, die jeweils in einer dritten Leitung L3 und einer vierten Lei tung L4 angeordnet sind. Die dritte Leitung L3 und die vierte Leitung L4 stellen hierbei eine über Kreuz angeordnete Verbindung zwischen der ersten Leitung L1 und der zweiten Leitung L2 dar. Die zweite Integrator-Einheit 105 umfasst ferner zwei erste Integratorkondensato relemente CS und zwei zweite Integratorkondensatorelemente CINT, die jeweils paarweise in der ersten Leitung L1 und der zweiten Leitung L2 angeordnet sind. Der operative Transkonduktorverstärker OTA ist über eine siebte Leitung L7 und eine achte Leitung L8 jeweils mit der ersten Leitung L1 und der zweiten Leitung L2 verbunden, wobei die siebte Leitung L7 zwei Verbindungspunkte mit der ers ten Leitung L1 aufweist, und wobei die achte Leitung L8 zwei Verbindungspunkte mit der zweiten Leitung L2 aufweist. Die zweiten Integratorkondensatorelemente CINT sind jeweils zwischen den zwei Verbindungspunkten der siebten Leitung L7 mit der ersten Leitung L1 beziehungsweise der achten Leitung L8 mit der zweiten Leitung L2 angeordnet.

Die erste Integrator-Einheit 103 und die zweite Integrator-Einheit 105 sind jeweils über ein Integratorkondensatorelement CG verbunden. Das Integratorkondensa torelement CG ist in einer dreizehnten Leitung L13 angeordnet, die eine Verbin dung zwischen der ersten Leitung L1 und der zweiten Leitung L2 darstellt.

Über eine fünfte Leitung L5 ist ferner ein erstes Integratorschaltelement INT 1 mit der ersten Leitung L1 und einer Gleichtaktspannung VCM verbunden. Eine achtzehnte Leitung L18 stellt eine Verbindung zwischen der ersten Leitung L1 und der fünften Leitung L5 dar und umfasst ein zweites Integratorschaltelement INT2. Über eine sechste Leitung L6 ist ferner ein weiteres erstes Integrator schaltelement INT 1 mit der zweiten Leitung L2 und der Gleichtaktspannung VCM verbunden. Eine neunzehnte Leitung L19 stellt eine Verbindung zwischen der zweiten Leitung L2 und der sechsten Leitung L6 dar und umfasst ein zweites In tegratorschaltelement INT2. Ein erstes Integratorkondensatorelemente CS ist in der ersten Leitung L1 zwischen den Verbindungspunkten der ersten Leitung L1 mit der fünften Leitung L5 und der achtzehnten Leitung L18 angeordnet und ein weiteres erstes Integratorkondensatorelemente CS ist in der zweiten Leitung L2 zwischen den Verbindungspunkten der zweiten Leitung L2 mit der sechsten Lei tung L6 und der neunzehnten Leitung L19 angeordnet.

Die Feedback-Einheit 107 umfasst eine zehnte Leitung L10, die eine Verbindung des zweiten Ausgangsanschlusses OUT2 mit dem ersten Eingangsanschluss INP darstellt, und eine zwölfte Leitung L12, die eine Verbindung zwischen dem ersten Ausgangsanschluss OUT1 und dem zweiten Eingangsanschluss INN dar stellt. Die Feedback-Einheit 107 umfasst ferner eine neunte Leitung L9, die eine Verbindung zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 0UT1 und der zehnten Leitung L10 darstellt, und eine elfte Leitung L11, die eine Verbindung zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss 0UT2 und der zwölften Leitung L12 darstellt. In der zehnten Leitung L10 weist die Feedback-Einheit 107 ferner ein zweites Feedbackschaltelement FB2, ein viertes Feedbackschaltelement FB4 und ein Feedbackkondensatorelement CFB auf. In der zwölften Leitung L12 weist die Feedback-Einheit 107 analog ein zweites Feedbackschaltelement FB2, ein vier tes Feedbackschaltelement FB4 und ein Feedbackkondensatorelement CFB auf. Die vierten Feedbackschaltelemente FB4 sind jeweils zwischen dem Feedback kondensatorelement CFB und dem Eingangsanschluss INP, INN angeordnet. In der neunten Leitung L9 und der elften Leitung L11 ist ferner jeweils ein erstes Feedbackschaltelement FB1 angeordnet. Darüber hinaus weist die Feedback- Einheit 107 ferner eine zwanzigste Leitung L20 und eine einundzwanzigste Lei tung L21 auf, wobei die zwanzigste Leitung L20 eine Verbindung zwischen der zehnten Leitung L10 und einerweiteren Gleichtaktspannung VCM darstellt und ein drittes Feedbackschaltelement FB3 aufweist, und wobei die einundzwanzigs te Leitung L21 eine Verbindung zwischen der zwölften Leitung L12 und einerwei teren Gleichtaktspannung VCM darstellt und ein drittes Feedbackschaltelement FB3 aufweist.

Nach einer Mehrzahl von Schaltzyklen sowohl der ersten Integrator-Einheit 103 als auch der zweiten Integrator-Einheit 105 sind durch die über die Feedback- Einheit 107 in die Eingangsanschlüsse der rauscharmen Verstärkereinheit 101 eingespeiste Ladungen die ebenfalls in die Eingänge eingespeisten Ladungen des kapazitive Drucksensors 109 perfekt kompensiert. Über die vierten Feed backschaltelemente FB4 kann ferner ein negativer Einfluss des hochfrequenten Samplings des Analog-Digital-Wandlers ADC unterbunden werden, während ei ner Verbindung der Feedback-Einheit 107 über das Feedbackkondesatorelement CFB mit Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen INP, INN, OUT1, OUT2. Über die ersten bis dritten Feedbackschaltelemente FB1 , FB2, FB3 kann das Feedback über die Feedback-Einheit 107, sprich: das Einspeisen der rückgeführten Ladung in die Eingangsanschlüsse der analogen Frontendarchitektur 100, an die Boxcar- Integrationstaktung angepasst werden. Die Feedback-Einheit 107 agiert hierbei als Modulator für die durch die Feedback-Einheit 107 in die Eingangsanschlüsse der rauscharmen Verstärkereinheit 101 eingespeisten Ladung.

Das erste Integratorkondensatorelement CS und das Feedbackkondensatorele ment CFB können insbesondere als regelbare Kondensatoren ausgebildet sein, wodurch eine Abstimmung der einzelnen Schalt- und Kondensatorelemente er möglicht ist und eine optimale Verstärkung und ein optimales dynamisches Ver halten durch die rauscharme Verstärkereinheit 101 erreicht werden kann.

Auf Basis der in die ersten und zweiten Eingangsanschlüssen INP, INN einge speisten Ladungen generiert der Transkonduktor Gm entsprechende Stromwer te, die über eine Integrationszeit TG integriert werden und das Integratorkonden satorelement CG und das erstes Integratorkondensatorelement CS entsprechend laden. Nach Ende der Integrationszeit TG wird die Ladung des erstes Integrator kondensatorelements Cs in das zweite Integratorkondensatorelement Cint ent laden. Die Ladung des ersten Integratorkondensatorelements Cs wird durch die zweite Integrator-Einheit 105 in das zweite Integratorkondensatorelement CINT entladen. Hierdurch kann eine entsprechende Integration der Signalladungen der Druck- bzw. Temperatursensoren erreicht werden. Die Integrationszeit TG kann über das entsprechende Schaltverhalten der ersten und zweiten Demodulator schaltelemente GM1, GM2 beliebig gestaltet werden. Ein Schaltverhalten der ersten und zweiten Integratorschaltelemente I NT 1 , INT2 bzw. der ersten bis vier ten Feedbackschaltelemente FB1, FB2, FB3, FB4 kann dem Schaltverhalten der ersten und zweiten Demodulatorschaltelemente GM1, GM2 angepasst werden. Darüber hinaus können die ersten Integratorkondensatorelemente CS bzw. die Feedbackkondensatorelemente CFB angepasst werden, um ein optimales Schalt- bzw. Integrationsverhalten der rauscharmen Verstärkereinheit 101 zu er reichen.

Die diskrete Zyklusverstärkung L, die jeweils eine Verstärkung der an den Ein gangsanschlüssen INP, INN anliegenden Spannung pro durchgeführtem Ver stärkungszyklus z beträgt: wobei CFB die Kapazität der Feedbackkondensatorelemente, CACT die Kapazität der Sensorkondensatorelemente, CREF die Kapazität der Referenzkondensatorelemente, Gm die Transkonduktanz des Transkonduktors, TG die Integrationszeit, CS die Kapazi tät der ersten Integratorkondensatorelemente, CINT die Kapazität der zweiten Integra torkondensatorelemente und K p eine Definition, welche die Kapazitäten, die Integrati onszeit TG und die Transkonduktanz Gm berücksichtigt, sind.

Die diskrete Eingangs-Ausgangs-Transfer-Funktion Vo beträgt in diesem Zusammen hang: wobei Pi n der Eingangsdruck des Drucksensors 109, S m die MEMS Drucksensitivität und V d die Amplitude der Rechteck-Treiberspannung sind.

Für K p = 1 wird die diskrete Eingangs-Ausgangs-Transfer-Funktion Vozu einer einfa chen Sample-Zeitverzögerung:

Durch Einstellen des K p -Parameters auf oder nahe dem Wert Eins kann das lineare Einschwingen des diskreten Verstärkungssystems der rauscharmen Verstärkereinheit 101 auf ein Minimum reduziert werden. Für 0 < K p < 1 schwingt das System mit einem Tiefpassverhalten ohne Überschwingen ein. Für 1 < K p < 2 schwingt das System mit Überschwingen und Oszillation ein und divergiert bei K p > 2.

Unabhängig vom Wert des Parameters K p , können die beim Einschalten des Druck sensors 109 sprunghaft in die Eingangsanschlüsse INP, INN der analogen Frontendar chitektur 100 eingespeisten Ladungen und die damit verbundene an den Anschlüssen anliegende Spannung das Verstärkungssystem in ein nichtlineares Verhalten treiben, wodurch ein zum Betrieb der analogen Frontendarchitektur 100 und zum erfolgreichen Verstärken der Signalladungen des Drucksensors 109 benötigtes Einschwingen des Verstärkersystems empfindlich verzögert wird. Wenn die eingehenden Ladungen der Signale des Drucksensors 109 sprunghaft ansteigen, kann dies dazu führen, dass die als Boxcar-Integrator ausgebildete erste Integrator-Einheit 103 einen dynamischen Be reich verlässt und ein Einstellen des Boxcar-Integrators gegebenenfalls verzögert ist. Die negative Feedback-Schleife der Feedback-Einheit 107 kann somit gegebenenfalls eine lange Zeitspanne benötigen, um auf dem Feedbackkondesatorelement die La dung zu akkumulieren, die benötigt wird, um in den Eingangsanschlüssen INP, INN die Spannung einzuspeisen, die den in die Eingangsanschlüsse INP, INN eingespeisten Signalladungen des Drucksensors 109 entsprechen, beziehungsweise den gleichen Wert wie diese aufweisen.

Die rauscharme Verstärkereinheit 101 umfasst ferner eine Startup-Einheit 108.

Durch die Startup-Einheit 108 kann das Einschwingen beziehungsweise das Einrege len des Verstärkersystems beim Einschalten des Drucksensors 109 und dem damit verbundenen sprunghaften Einspeisen von Signalladung in die Eingangsanschlüsse INP, INN beschleunigt werden, indem die Startup-Einheit 108 in den ersten Schaltzu stand geschaltet, die in die Eingangsanschlüsse INP, INN eingespeisten Ladungen an der als Boxcar- Integrator ausgebildeten ersten Integrator-Einheit 103 vorbeileitet und die Ladungen zum Integrieren direkt an die zweite Integrator-Einheit 105 anlegt.

Die Startup-Einheit 108 ist zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand verschaltbar. In Fig. 1 ist die Startup-Einheit 108 in einem zweiten Schaltzustand dargestellt, während in Fig. 2 die Startup-Einheit 108 in einem ersten Schaltzustand dargestellt ist. Die Startup-Einheit 108 ist eingerich tet, in einem ersten Schaltzustand die erste Integrator-Einheit 103 zu überbrü cken und in die Eingangsanschlüsse INP, INN der rauscharmen Verstärkerein heit 101 eingespeisten Ladungen an der ersten Integrator-Einheit 103 vorbei in die zweite Integrator-Einheit 105 einzuleiten, von der aus die Ladungen über die Feedback-Einheit 107 zurückgeleitet und in die Eingangsanschlüsse INP, INN eingespeist werden. Die Startup-Einheit 108 umfasst hierzu eine vierzehnte Lei tung L14 und eine fünfzehnte Leitung L15, wobei die vierzehnte Leitung L14 eine Verbindung zwischen der zehnten Leitung L10 und der siebten Leitung L7 der zweiten Integrator-Einheit 105 darstellt, während die fünfzehnte Leitung L15 eine Verbindung zwischen der zwölften Leitung L12 und der achten Leitung L8 der zweiten Integrator-Einheit 105 darstellt. Die Startup-Einheit 108 umfasst ferner zwei erste Startupschaltelemente SU1 und zwei zweite Startupschaltelemente SU2. Ein erstes Startupschaltelement SU1 ist in der vierzehnten Leitung L14 an geordnet, während ein zweites erstes Startupschaltelement SU1 in der fünfzehn ten Leitung L15 angeordnet ist. Ein erstes zweites Startupschaltelement SU2 ist hingegen in der siebten Leitung L7 angeordnet und ein zweites zweites Startup schaltelement SU2 ist in der achten Leitung L8 angeordnet. Darüber hinaus um fasst die Startup-Einheit 108 eine sechzehnte Leitung L16, die eine Verbindung der ersten Leitung L1 mit einer Gleichtaktspannung VCM darstellt, und eine sieb zehnte Leitung L17, die analog eine Verbindung zwischen der zweiten Leitung L2 und einerweiteren Gleichtaktspannung VCM darstellt. In der sechzehnten Lei tung L16 und der siebzehnten Leitung L17 sind wiederum zwei erste Startup schaltelemente SU1 angeordnet.

In Fig. 1 ist die Startup-Einheit 108 in einem zweiten Schaltzustand dargestellt, in dem die ersten und zweiten Startupschaltelemente SU1, SU2 sich in einem ge öffneten Zustand befinden. Eine direkte Verbindung zwischen den Eingangsan schlüssen INP, INN und der zweiten Integrator-Einheit 105 über die Startup- Einheit 108 ist somit nicht möglich.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der analogen Frontendarchitektur 100 in einem weiteren Schaltzustand.

Die Fig. 2 zeigt die analoge Frontendarchitektur 100 aus Fig. 1, wobei die Star tup-Einheit 108 sich in Fig. 2 im ersten Schaltzustand befindet. Hierzu sind die ersten Startupschaltelemente SU1 in der vierzehnten und fünfzehnten Leitung L14, L15 in einen geschlossenen Zustand gebracht. Hierdurch ist eine direkte Verbindung zwischen den Eingangsanschlüssen INP, INN und der zweiten In tegrator-Einheit 105 über die Startup-Einheit 108 ermöglicht. Darüber hinaus sind die ersten Startupschaltelemente SU1 in den sechzehnten und siebzehnten Lei tungen L16, L17 in einen geschlossenen Zustand gebracht, wodurch eine Ver bindung zwischen den ersten und zweiten Leitungen L1, L2 und der Gleichtaktspannung VCM geschlossen ist. Durch Schließen der ersten Startup- schaltelemente SU1 in den vierzehnten und fünfzehnten Leitungen L14, L15 ist die erste Integrator-Einheit 103 überbrückt, sodass eine Integration der in die Eingangsanschlüsse INP, INN eingespeisten Ladung durch die zweite Integrator- Einheit 105 vorgenommen wird. Die Feedbackkondensatorelemente CFB werden hierbei an Stelle der zweiten Integratorkondensatorelemente CINT als Integrati onskondensatoren verwendet.

Kapazitive Drucksensoren, beispielsweise zur Messung von Atmosphärendrü cken, werden für gewöhnlich aufgrund der geringen Änderungen des Atmosphä rendrucks nicht durchgehend, sondern in einem getakteten Betriebsmuster be trieben, bei dem abwechselnd der Drucksensor aus einem Standby-Modus in ei nen Betriebsmodus geschaltet wird. Beim Schalten des Drucksensors vom Standby-Modus in den Betriebsmodus, in dem der Drucksensor eine Messphase durchläuft und eine Mehrzahl von Messwerten aufnimmt, steigt die in die Ein gangsanschlüsse INP, INN der rauscharmen Verstärkereinheit 101 eingespeiste Ladung und damit verbunden die anliegende Spannung sprunghaft an. Durch das sprunghafte Ansteigen der Spannung an den Eingangsanschlüssen INP, INN kann ein nicht lineares Verstärkungsverhalten der ersten und zweiten Integrator- Einheiten 103, 105 hervorgerufen werden, bei dem ein unkontrolliertes Ein schwingen der ersten und zweiten Integrator-Einheiten 103, 105 hervorgerufen werden kann. Insbesondere die als Boxcar- Integrator und damit zyklisch betrie bene erste Integrator-Einheit 105 kann aufgrund des sprunghaften Anstiegs der in die Eingangsanschlüsse INP, INN eingespeisten Ladungen der Signale des Drucksensors 109 ein nicht-lineares Einschwingverhalten aufweisen, bei dem das Einschwingen bzw. Einstellen der Integrator-Einheit gegebenenfalls empfind lich verzögert wird. Ein optimales Verstärkungsverhalten der rauscharmen Ver stärkereinheit 101 kann hierdurch verzögert werden.

Zur Reduktion der benötigten Zeit zum Einschwingen der ersten und zweiten Verstärkereinheiten 103, 105 bei Schalten des Drucksensors 109 vom Standby- Modus in den Betriebsmodus kann somit die Startup-Einheit 108 in den ersten Schaltzustand geschaltet werden. Hierzu werden die ersten Startupschaltele- mente SU1 in den vierzehnten und fünfzehnten Leitungen L14, L15 und die ers ten Startupschaltelemente SU1 in den sechzehnten und siebzehnten Leitungen L16, L17 in einen geschlossenen Schaltzustand gebracht. Darüber hinaus wer- den die ersten Feedbackschaltelemente FB1 in der neunten Leitung L9 und in der elften Leitung L11 ebenfalls in einen geschlossenen Schaltzustand gebracht. Hierdurch ist eine direkte Verbindung zwischen den Eingangsanschlüssen INP, INN und der zweiten Integrator-Einheit 105 ermöglicht. Die in die Eingangsan schlüsse INP, INN eingespeisten Ladungen des Drucksensors 109 werden somit an der ersten Integrator-Einheit 103 vorbei direkt in die zweite Integrator-Einheit 105 eingeleitet, sodass die Ladungssignale des Drucksensors 109 durch die ers te Integrator-Einheit 103 nicht integriert werden. Die Ladungen des Drucksensors 109 werden darauffolgend durch die zweite Integrator-Einheit 105 integriert und über die neunte und elfte Leitung L9, L11 an die Feedback-Einheit 107 weiterge leitet.

Darüber hinaus werden die vierten Feedbackschaltelemente FB4 in der zehnten Leitung L10 und der zwölften Leitung L12 ebenfalls in einen geschlossenen Schaltzustand gebracht. Während erneuten Druckmessungen des Drucksensors 109 werden weitere Ladungen durch den Drucksensor 109 in die Eingangsan schlüsse INP, INN eingespeist. Weichen die erneut eingespeisten Ladungen von den zuvor eingespeisten Ladungen ab, passt die Feedback-Einheit 107 die von der Feedback-Einheit 107 in die Eingangsanschlüsse INP, INN eingespeisten Ladungen an, um die Differenzen zwischen den Eingangsanschlüssen INP, INN auf Null zu reduzieren.

Dieser Vorgang kann solange durchgeführt werden, indem die Startup-Einheit 108 in den ersten Schaltzustand geschaltet ist und die erste Integratoreinheit 103 überbrückt wird bis die an den Eingangsanschlüssen INP, INN anliegende Span nung einen vorbestimmten Wert, der beispielsweise dem optimalen Betriebsbe reich der rauscharmen Verstärkereinheit 101 entspricht, erreicht hat.

Ist dieser Wert der Spannungsdifferenz erreicht, kann die Startup-Einheit 108 in den zweiten Schaltzustand geschaltet werden, in dem die ersten und zweiten Startupschaltelemente SU1 und SU2 in einen geöffneten Schaltzustand gebracht werden. Beim Öffnen der ersten und zweiten Startupschaltelemente SU1 und SU2 zum Schalten der Startup-Einheit 108 in den zweiten Schaltzustand werden die ersten Feedbackschaltelemente FB1 und gegebenenfalls die vierten Feed backschaltelemente FB4 ebenfalls in den geöffneten Schaltzustand geschaltet. Das Auffahren des Sensors bzw. die Startup-Phase der analogen Frontendarchi tektur 100 ist damit beendet, und weitere Signalladungen des Drucksensors 109, die auf weiteren Druckmessungen in darauffolgenden Messzyklen basieren, wer den von den Eingangsanschlüssen INP, INN aus direkt in die erste Integrator- Einheit 103 und von dort aus in die zweite Integrator-Einheit 105 geleitet. Die rauscharme Verstärkereinheit 101 kann somit unter Durchführung der Boxcar- Integrationstechnik eine optimale Verstärkung der Signalladungen des Druck sensors 109 durchführen. Durch die zuvor durchgeführte Startup-Phase, in der eine Überbrückung der ersten Integrator-Einheit 103 vorgenommen ist, kann das Einschwingen der ersten und zweiten Integrator-Einheiten, und insbesondere der getaktet ausgeführten und als Boxcar-Integrator ausgebildeten ersten Integrator- Einheit 103 beschleunigt werden, sodass lediglich nach einer kleinen Anzahl von Mess- bzw. Verstärkungszyklen eine präzise und rauscharme Verstärkung der Sensorsignale des Drucksensors 109 ermöglicht ist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Zeitdiagramms eines Takt schemas der analogen Frontendarchitektur 100 gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform.

Fig. 3 zeigt ein Schaltverhalten des T reibers 111, der ersten und zweiten Demo dulatorschaltelemente GM1 , GM2, der ersten und zweiten Integratorschaltele mente I NT 1 , INT2, der ersten bis vierten Feedbackschaltelemente FB1 , FB2,

FB3, FB4 und des Wandlerschaltelements ADC1. Über die entsprechende Ver schaltung der ersten und zweiten Demodulatorschaltelemente GM1 , GM2 und der ersten und zweiten Integratorschaltelemente I NT 1 , INT2 kann mittels der ers ten Integrator-Einheit 103 eine Boxcar-Integration der in die ersten und zweiten Eingangsanschlüssen INP, INN eingespeiste Ladung der Sensorsignale des ka pazitiven Drucksensors 109 erreicht werden. Über die entsprechende Verschal tung der ersten bis dritten Feedbackschaltelemente FB1 , FB2, FB3 kann das je weilige Feedback der Feedback-Einheit 107, bei dem integrierte Ladungen der zweiten Integrator-Einheit 105 zurück in die Eingangsanschlüsse der analogen Frontendarchitektur 100 eingespeist werden, an das Verstärkungsverhalten ge mäß der Boxcar-Integrationstechnik angepasst und moduliert werden. Über das vierte Feedbackschaltelement FB4 kann ein negativer Einfluss des hochfrequen ten Sampelns des Analog-Digital-Wandlers ADC, das über das entsprechende Verschalten der Wandlerschaltelemente ADC1 erreicht wird, reduziert bzw. un terbunden werden, indem das Schaltmuster der vierten Feedbackschaltelemente FB4 an das Schaltmuster der Wandlerschaltelemente ADC1 des hochfrequenten Sampelns des Analog-Digital-Wandlers ADC angepasst wird. Insbesondere müssen die vierten Feedback-Schaltelemente FB4 für eine kurze Zeitspannen geöffnet werden, wenn durch die Wandlerschaltelemente ADC1 die Ausgangs signale der rauscharmen Verstärkereinheit 101 gesampelt werden, während die Feedback-Einheit 107 über die Feedbackkondensatorelement CFB mit den Ein gangs- und Ausgangsanschlüssen INP, INN, OUTq, OUT2 verbunden ist.

Das hier gezeigte Schaltverhalten der dargestellten Schaltelemente ist lediglich beispielhafter Natur und beschreibt nur ein theoretisches Schaltverhalten und kein reales Schaltverhalten der erfindungsgemäßen analogen Frontendarchitek tur 100.

Fig. 4 zeigt eine weitere schematische Darstellung der analogen Frontendarchi tektur 100 gemäß einerweiteren Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform der analogen Frontendarchitektur 100 in Fig. 1 und Fig. 2. Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Einzelheiten der analogen Frontendarchitektur 100 sind in Fig. 4 nicht dargestellt und die Komponenten der analogen Frontendarchitektur 100 sind in Fig. 4 ledig lich auf die rauscharme Verstärkereinheit 101 beschränkt. Die rauscharme Ver stärkereinheit 101 kann in der Ausführungsform in Fig. 4 alle der in Fig. 1 darge stellten Komponenten umfassen.

In der dargestellten Ausführungsform ist die analoge Frontendarchitektur 100 und insbesondere die rauscharme Verstärkereinheit 101 analog zu der Fig. 1 mit ei nem kapazitiven Drucksensor 109 und einem Analog-Digital-Wandler ADC ver bunden. Der kapazitive Drucksensor 109 ist wiederum mit einem Treiber 111 verbunden und ist als eine kapazitive Wheatstonebrücke mit zwei Sensorkon densatorelementen CACT und zwei Referenzkondensatorelementen CREF aus gebildet. Abweichend zu der Ausführungsform in Fig. 1 umfasst die analoge Frontendar chitektur 100 in der gezeigten Ausführungsform ferner eine Multiplexer-Einheit 115. Darüber hinaus ist die analoge Frontendarchitektur 100 mit einem Tempera tursensor 113 verbunden. In der gezeigten Ausführungsform gehen die Sensor signale des kapazitiven Drucksensors 109 sowie die Sensorsignale des Tempe ratursensors 113 in die Multiplexer-Einheit 115 ein. Mittels der Multiplexer-Einheit 115 können somit sequenziell sowohl die Sensorsignale des kapazitiven Druck sensors 109 als auch die Sensorsignale des Temperatursensors 113 durch die analoge Frontendarchitektur 100 verstärkt und entsprechend verarbeitet werden. Die Sensorsignale des kapazitiven Drucksensors 109 sowie die Sensorsignale des Temperatursensors 113 werden als entsprechende Ladungssignale in die analoge Frontendarchitektur 100 eingeführt, wobei die Ladungssignale des ka pazitiven Drucksensors 109 proportional zum gemessenen Druck und die La dungssignale des Temperatursensors 113 proportional zur gemessenen Tempe ratur sind. Falls insbesondere der Temperatursensor äquivalent einer Span nungsquelle proportional zu der absoluten Temperatur agiert, können die Signale des Temperatursensors in entsprechende Ladungen umgewandelt und in die Eingangsanschlüsse eingespeist werden.

Fig. 5 zeigt eine weitere schematische Darstellung der analogen Frontendarchi tektur 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 5 basiert auf der Ausführungsform in Fig. 4 und umfasst alle dort dargestell ten Merkmale. In Fig. 5 umfasst die analoge Frontendarchitektur 100 ferner eine Double-Sampling-Einheit 117. Die Double-Sampling-Einheit 117 ist über die erste Leitung L1 und die zweite Leitung L2 sowohl mit der rauscharmen Verstärkerein heit 101 als auch mit der Multiplexer-Einheit 115 verbunden. Die Double- Sampling-Einheit 117 umfasst vier Samplerschaltelemente CH1, von denen ein Schaltelement in der ersten Leitung L1 und ein Schaltelement in der zweiten Lei tung L2 angeordnet ist. Ein weiteres Samplerschaltelement CH1 ist in einer zweiundzwanzigsten Leitung L22 angeordnet, während das vierte Sampler schaltelement CH1 in einer dreiundzwanzigsten Leitung L23 angeordnet ist. Die zweiundzwanzigste Leitung L22 und die dreiundzwanzigsten Leitung L23 stellen jeweils eine über Kreuz angeordnete Verbindung zwischen den ersten und zwei ten Leitungen L1, L2 dar. Über die Double-Sampling-Einheit 117 kann ein Dou- ble-Sampling der Sensorsignale des kapazitiven Drucksensors 109 sowie der Sensorsignale des Temperatursensors 113 durchgeführt werden. Beim Double- Sampling werden jeweils für zwei aufeinanderfolgende Sampling-Takte die Po lungen der jeweiligen Sensorsignale getauscht. Hierdurch kann ein residueller Offset der analogen Frontend-Architektur 100 durch das korrelierte Doppel sampling korrigiert werden.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines zeitlichen Ablaufs eines Mess verhaltens eines Sensorsystems mit der analogen Frontendarchitektur 100 ge mäß einer Ausführungsform.

In Fig. 6 ist ein zeitlicher Ablauf eines Messverhaltens der analogen Frontendar chitektur 100 aus Fig. 5 mit Double-Sampling von Sensorsignalen des kapaziti ven Drucksensors 109 und Sensorsignalen des Temperatursensors 113 darge stellt. In der Ausführungsform in Fig. 5 kann sowohl der kapazitive Drucksensor 109 als auch der Temperatursensor 113 in einem getakteten Betriebsmodus be trieben werden, indem die Sensoren zwischen einem Standby-Modus SB und ei ner Messphase ON abwechselnd verschaltet werden. In Fig. 5 ist der zeitliche Ablauf eines Messverhaltens der beiden Sensoren für eine Messphase ON dar gestellt. Gemäß der gezeigten Ausführungsform beginnt die Messphase ON zu nächst mit einer Auffahrphase WU, in der die Druck- und Temperatursensoren bzw. die analoge Frontendarchitektur 100 zur Durchführung einer Messung ge startetwerden. In der gezeigten Ausführungsform wird darauffolgend zunächst eine Temperaturmessung TM gefolgt von einer Druckmessung PM durchgeführt. Nach Abschluss der Druckmessung PM werden die Druck- bzw. Temperatur sensoren zurück in den Standby-Modus SB geschaltet. In der gezeigten Ausfüh rungsform umfasst die Temperaturmessung TM eine erste Temperaturmessung T1 und eine zweite Temperaturmessung T2. Die Druckmessung PM umfasst ei ne erste Druckmessung P1 und eine zweite Druckmessung P2. Die ersten und zweiten Temperaturmessungen T1, T2 und die ersten und zweiten Druckmes sungen P1, P2 sind hierbei jeweils gemäß der Double-Sampling-Technik mit un terschiedlicher Polung aufgenommen, sodass die Signale der ersten Tempera turmessung T1 und die Signale der zweiten Temperaturmessung T2 entgegen gesetzt gepolt und die Signale der ersten Druckmessung P1 und die Signale der zweiten Druckmessung P2 entgegengesetzt gepolt sind. Durch ein Vergleichen der Signale der ersten und zweiten Temperaturmessung T1, T2 bzw. der Signale der ersten und zweiten Druckmessung P1, P2 kann ein residueller Offset der analogen Frontend-Architektur 100 durch das korrelierte Doppelsampling korri giert werden. Die Temperatur- bzw. Druckmessungen können hierbei derart durchgeführt werden, dass keine Beeinflussung der beiden Messungen unterei nander erfolgt. Beispielsweise können Temperaturmessungen zuerst durchge führt werden. Während der Temperaturmessungen kann der Drucksensor eben falls angesteuert werden, um die Zeit der Temperaturmessungen dazu auszunut zen den Drucksensors in den Betriebsmodus einzustellen.