Titel

Elektromechanisches System und Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen

Systems

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromechanisches System und ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Systems.

Stand der Technik

Mikroelektromechanische (MEMS)-Systeme können beispielsweise Drehratensensoren oder schwingende Mikrospiegel umfassen. Diese bestehen üblicherweise aus einem MEMS-Element mit einer mechanisch schwingenden Masse (MEMS-Schwinger) und einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC). Der ASIC dient dabei zur Ansteuerung des MEMS-Schwingers und auch zur Auswertung und Aufbereitung und gegebenenfalls zur Verarbeitung der elektrischen Signale.

Bei der Stromversorgung dieser ASICs kommen Spannungsregler zum Einsatz, die die externe Versorgungsspannung von z.B. 3,3 Volt auf mindestens eine kleinere Spannung von z.B. weniger als einem Volt herunterregeln, die für die Versorgung der internen Schaltungsteile auf dem ASIC geeignet ist bzw. sind. Diese Spannung wird als “Core- Spannung“ bezeichnet. Die kleinen Core-Spannungen sind aufgrund der verwendeten ASIC-Technologien erforderlich. Die Spannungsregler werden vorzugsweise auf dem ASIC realisiert.

Als Spannungsregler kommen Linearregler zum Einsatz, insbesondere LDO-Regler (Low Drop-Out-Regler), die sich durch eine kostengünstige Realisierung und eine hohe Störunterdrückung auszeichnen. Linearregler haben jedoch eine hohe Verlustleistung und führen dadurch zu einem hohen Gesamtstromverbrauch des Systems. So würde beispielsweise bei den oben genannten Eingangs- und Core-Spannungen ca. 70% der Leistung durch den Linearregler verbraucht, während nur 30% der Leistung für den Betrieb der Schaltung genutzt werden kann. Der Leistungsverbrauch liegt also um einen Faktor 3,3 höher als theoretisch nötig. Als Alternative zu Linearreglem könnten Schaltregler („DC-DC“) eingesetzt werden. Dadurch könnte der Wirkungsgrad des Reglers und damit der Leistungsverbrauch des Sensorsystems verbessert werden. Allerdings werden Schaltregler im Gegensatz zu Linearreglem mit einer Schwingfrequenz betrieben, die zu einer Restwelligkeit auf der Ausgangsspannung führt. Dieses Störsignal kann z.B. Interferenzen in der Mess- oder Steueranordnung des Systems bewirken und führt somit zur Verschlechterung der Performance in Form von Rauschen und potentieller Überlagerung von Mischprodukten aus der Frequenz des Schaltreglers und der Frequenz des MEMS-Schwingers, insbesondere z.B. des Drehratensensors oder Mikrospiegels. Dies ist einer der Hauptgründe, warum Schaltregler derzeit keine Anwendung zur Erzeugung der Core- Spannung in MEMS-Systemen finden.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung stellt ein elektromechanisches System und ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Systems mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein elektromechanisches System, mit einer mikroelektromechanischen, MEMS-, Einrichtung, welche eine schwingfähige Komponente aufweist, wobei die MEMS-Einrichtung dazu ausgebildet ist, ein von einer Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente abhängiges Signal auszugeben. Weiter umfasst das elektromechanische System eine Signalverarbeitungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, das von der MEMS- Einrichtung ausgegebene Signal zu empfangen und zu verarbeiten. Weiter umfasst das elektromechanische System eine Spannungsbereitstellungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, mindestens eine Versorgungsspannung für die Signalverarbeitungseinrichtung bereitzustellen, wobei die

Spannungsbereitstellungseinrichtung mindestens einen Schaltregler umfasst. Die Spannungsbereitstellungseinrichtung kann in einem synchronen Betriebszustand und in einem asynchronen Betriebszustand betrieben werden. Die

Spannungsbereitstellungseinrichtung ist in dem synchronen Betriebszustand betreibbar, wenn die schwingfähige Komponente zu Schwingungen angeregt ist, wobei die Spannungsbereitstellungseinrichtung in dem synchronen Betriebszustand als Schaltregler betrieben wird, und wobei in dem synchronen Betriebszustand der Schaltregler mit der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente synchronisiert ist. In dem asynchronen Betriebszustand ist die Spannungsbereitstellungseinrichtung nicht mit der schwingfähigen Komponente synchronisiert.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Systems mit einer mikroelektromechanischen, MEMS-, Einrichtung, welche eine schwingfahige Komponente aufweist, wobei die MEMS-Einrichtung dazu ausgebildet ist, ein von einer Schwingungsbewegung der schwingfahigen Komponente abhängiges Signal auszugeben, einer Signalverarbeitungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, das von der MEMS- Einrichtung ausgegebene Signal zu empfangen und zu verarbeiten, und einer Spannungsbereitstellungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung für die Signalverarbeitungseinrichtung bereitzustellen. Die Spannungsbereitstellungseinrichtung kann in einem asynchronen Betriebszustand betrieben werden, wobei in dem asynchronen Betriebszustand die Spannungsbereitstellungseinrichtung nicht mit der schwingfähigen Komponente synchronisiert ist. Die Spannungsbereitstellungseinrichtung kann in einem synchronen Betriebszustand betrieben werden, wenn die schwingfähige Komponente zu Schwingungen angeregt ist, wobei die Spannungsbereitstellungseinrichtung in dem synchronen Betriebszustand als Schaltregler betrieben wird, und wobei in dem synchronen Betriebszustand der Schaltregler mit der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente synchronisiert ist.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung ermöglicht es, den Leistungsverbrauch des elektromechanischen Systems durch den Einsatz mindestens eines Schaltreglers zu senken, ohne dabei Störungen durch Überlagerung von asynchronen Schwingfrequenzen von MEMS-Schwinger und Schaltregler zu erzeugen. Dabei können der oder die Schaltregler in zwei Modi (Betriebszuständen) betrieben werden, nämlich asynchron und synchron. Im asynchronen Betriebszustand schwingt die Schaltregler auf einer eigenen, bevorzugt selbsterzeugten Frequenz.

Im synchronen Modus ist der Schaltregler zur Schwingung der schwingfähigen Komponente (MEMS-Schwinger) synchronisierbar.

Die schwingfähige Komponente schwingt typischerweise nicht immer, etwa beim Einschalten oder während der Schwinger nicht betrieben wird, um Leistung zu sparen. In diesem Fall kann die Spannungsbereitstellungseinrichtung in dem asynchronen Betriebszustand betrieben werden, um die Verfügbarkeit der Core-Spannung sicherzustellen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems wird die Spannungsbereitstellungseinrichtung in dem asynchronen Betriebszustand betrieben, falls die schwingfähige Komponente nicht aktiv ist, d. h. keine Schwingungsbewegung ausführt, oder noch nicht stabil schwingt, sich also noch nicht in dem eingeschwungenen Zustand befindet. In diesen Situationen wirken sich Interferenzen des Schaltreglers auf das System (etwa ein Sensorsystem) meist nicht als störend aus.

Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass durch den synchronen Betriebsmodus eine Möglichkeit geschaffen wird, Schaltregler einzusetzen, ohne die Systemperformance durch die Restwelligkeit des Schaltreglers zu beeinflussen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems ist die Spannungsbereitstellungseinrichtung Teil der MEMS-Einrichtung. Die Spannungsbereitstellungseinrichtung kann auf einem gemeinsamen Substrat der MEMS- Einrichtung angeordnet sein und/oder sich in einem Gehäuse der MEMS-Einrichtung befinden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das gesamte elektromechanische Systems selbst ein mikroelektromechanisches System (MEMS-System). In diesem Fall ist die Spannungsbereitstellungseinrichtung Teil des MEMS-Systems. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elektromechanische Systems ein Makrosystem (d. h. kein MEMS-System). Beispielweise kann es sich bei dem elektromechanischen System um ein Smartphone, Tablet, Wearable, Hearable, Augmented-Reality-Gerät, Virtual-Reality-Gerät, eine Drohne, ein Gaming-Gerät, ein Spielzeug, einen Roboter, einen persönlichen digitalen Assistenten, ein Smart-Home- Device oder ein Gerät im industriellen Kontext handeln, oder auch um eine Komponente einer dieser Vorrichtungen. Insbesondere kann das elektromechanische System für mindestens eine der folgenden Anwendungen eingesetzt werden:

Erkennung einer signifikanten Bewegung, Freifallerkennung, Kontexterkennung, Gestensteuerung, Höhenstabilisierung, Stockwerkserkennung, Flugsteuerung, Altenpflege, Kalorienzähler, Navigation innerhalb und außerhalb von Gebäuden, Positionsverfolgung, Erkennung von Begrenzungen und Hindernissen; Erfassung des Tragezustands von Kopfhörem/Ohrhörem (Hearables) als in-ear detection, Bestimmung von Kopforientierung und Kopfbewegung.

MEMS-Einrichtungen werden in verschiedenen computergesteuerten Vorrichtungen, wie beispielsweise Robotern, Haushaltsgeräten, Produktionsanlagen,

Zugangskontrollsystemen, Fahrzeugen (zum Beispiel autonomen Fahrzeugen), ferner für aktive und passive Sicherheit z.B. für ESP, Roll over sensing, etc., sowie in Fahrerassistenzsystemen verwendet, wobei das elektromechanische System eine dieser Vorrichtungen oder eine Komponente dieser Vorrichtungen sein kann.

Die Spannungsbereitstellungseinrichtung kann dabei Teil der MEMS-Einrichtung sein. Die Spannungsbereitstellungseinrichtung kann jedoch auch extern zur MEMS- Einrichtung ausgebildet sein. Insbesondere kann ein externer Schaltregler als Teil der Spannungsbereitstellungseinrichtung vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems handelt es sich bei dem Signal, welches von der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente abhängt, um ein Messsignal zur Überwachung der Schwingungsbewegung des MEMS-Schwingers, das einer Regelung der Schwingungsbewegung zugrunde gelegt wird. Beispielsweise kann das Signal Informationen über eine Auslenkung bzw. die Position der schwingfähigen Komponente und/oder Schwingfrequenz und/oder die Phase der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente umfassen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems kann die Spannungsbereitstellungseinrichtung zwar in dem synchronen Betriebszustand betrieben werden, wenn die schwingfähige Komponente zu Schwingungen angeregt ist, kann jedoch auch zumindest zeitweise weiter in dem asynchronen Modus betrieben werden. In welchem Betriebszustand die Spannungsbereitstellungseinrichtung betrieben wird, kann von externen Bedingungen abhängig sein, z.B. vom Einschwingzustand des MEMS- Schwingers oder auch von benutzungsabhängigen Performance-Anforderungen an das MEMS-System. Etwa kann über ein zusätzliches Signal gesteuert werden, ob die Spannungsbereitstellungseinrichtung in dem synchronen Betriebszustand betrieben wird, wenn die schwingfähige Komponente zu Schwingungen angeregt ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems ist die Signalverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, zu ermitteln, dass sich die schwingfähige Komponente in einem eingeschwungenen Zustand befindet, und dazu ausgebildet, die Spannungsbereitstellungseinrichtung in den synchronen Betriebszustand zu versetzen, wenn sich die schwingfähige Komponente in dem eingeschwungenen Zustand befindet. Der synchrone Betriebszustand kann somit genutzt werden, wenn die schwingfähige Komponente stabil schwingt. In diesem Fall ist es zur Erreichung einer guten Performance wichtig, Interferenzen der Schaltregler-Frequenz auf die elektrische Signal Verarbeitung zu vermeiden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems ist die Spannungsbereitstellungseinrichtung dazu ausgebildet, bei einem Aktivieren der MEMS- Einrichtung von dem asynchronen Betriebszustand in den synchronen Betriebszustand zu wechseln, und/oder bei einem Deaktivieren der MEMS-Einrichtung von dem synchronen Betriebszustand in den asynchronen Betriebszustand zu wechseln.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems ist die Spannungsbereitstellungseinrichtung dazu ausgebildet, nach einer vorgegebenen Zeit von dem asynchronen Betriebszustand in den synchronen Betriebszustand zu wechseln. Insbesondere kann die vorgegebene Zeit derart gewählt werden, dass sich nach dieser Zeit die schwingfähige Komponente typischerweise in einem eingeschwungenen Zustand befindet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems wird die Spannungsbereitstellungseinrichtung in dem asynchronen Betriebszustand als Schaltregler betrieben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems wird die Spannungsbereitstellungseinrichtung in dem asynchronen Betriebszustand als Linearregler betrieben. Der Linearregler kann beispielsweise ein Low-Drop-Out- Regulator, LDO, sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems kann eine Umschaltung zwischen einem Linearregler und einem synchronem DC-DC-Regler erfolgen. Der Spannungsregler kann so ausgestaltet sein, dass er sowohl als Linearregler als auch als DC-DC-Regler fünktionieren kann. Statt des asynchronen Modus wird der Regler als Linearregler betrieben. Dazu kann der Schalttransistor des DC-DC-Reglers als Leistungstransistor des Linearreglers verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems kann der Schaltregler als Switch-Cap anstatt einer L-C-Variante ausgestaltet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektromechanische System eine Phasenregelschleife (Phase Locked Loop, PLL). Das schwingfähige Element schwingt typischerweise bei einigen zig kHz. Diese Frequenz wird mit Hilfe der Phasenregelschleife auf einen Takt im MHz-Bereich multipliziert, der sich zum Betrieb der Signalverarbeitung eignet und als Systemfrequenz genutzt wird. Die Frequenz für den Schaltregler kann vorteilhafterweise direkt oder durch einen ganzzahligen Teiler aus der Systemfrequenz abgeleitet werden.

Alternativ kann ein Oszillator im Schaltregler über eine eigene Phasenregelschleife gesteuert werden, deren Phaseneingang von einem Teiler der Systemfrequenz versorgt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Oszillator, z.B. ein RC- Oszillator oder Ring-Oszillator, zum Generieren der Systemfrequenz vorgesehen, beispielsweise, wenn der MEMS-Schwinger nicht aktiv ist. In diesem Fall wird der Schaltregler im synchronen Betriebszustand mit dem Oszillator synchronisiert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems ist die Signalverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente ein Schwingzustandssignal an die Spannungsbereitstellungseinrichtung auszugeben, wobei die Spannungsbereitstellungseinrichtung dazu ausgebildet ist, anhand des Schwingzustandssignal den Schaltregler mit der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente zu synchronisieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems ist die Spannungsbereitstellungseinrichtung dazu ausgebildet, in dem synchronen Betriebsmodus zum Synchronisieren des Schaltreglers mit der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente ein ganzzahliges Frequenzverhältnis und ein festes Phasenverhältnis einzuregeln. Im synchronen Modus schwingt der Schaltregler somit auf Frequenzen, die zur Eigenfrequenz der schwingfähigen Komponente in einem festen Verhältnis und in fester Phase stehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems ist die Spannungsbereitstellungseinrichtung in die Signalverarbeitungseinrichtung integriert. Dadurch kann ein kompaktes System bereitgestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des elektromechanischen Systems umfasst die MEMS-Einrichtung einen Drehratensensor und/oder einen Mikrospiegel als schwingfähige Komponente.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild eines elektromechanischen Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild eines elektromechanischen Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und Figur 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektromechanischen Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

In allen Figuren sind gleiche bzw. fimktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines elektromechanischen Systems 10. Das elektromechanische System 10 umfasst eine mikroelektromechanische, MEMS-, Einrichtung 1, welche eine schwingfähige Komponente 2 aufweist. Die schwingfähige Komponente 2 kann etwa einen Mikrospiegel oder ein Schwingelement eines Drehratensensors umfassen. Das elektromechanische System 10 kann ebenfalls ein MEMS-System sein, jedoch auch ein makroskopisches System, etwa ein Hearable, Wearable oder dergleichen.

Die MEMS-Einrichtung 1 gibt ein von einer Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente 2 abhängiges Signal aus. Dabei kann es sich um ein Messsignal handeln, welches von der Amplitude und/oder Frequenz und/oder Phase der schwingfähigen Komponente 2 abhängt.

Weiter umfasst das elektromechanische System eine Signalverarbeitungseinrichtung 3 (anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ASIC), welche das von der MEMS- Einrichtung 2 ausgegebene Signal über eine elektrische Verbindung 11 empfängt und verarbeitet. Die Signalverarbeitungseinrichtung 3 umfasst eine Recheneinrichtung 4, welche anhand des Messsignals die Schwingungsbewegung oder den zeitlichen Verlauf der Schwingungsbewegung des schwingfähigen Elementes 2 überwacht und regelt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 3 kann entsprechende Signale an die MEMS-Einrichtung 2 ausgeben. Weiter umfasst das elektromechanische System 10 eine

Spannungsbereitstellungseinrichtung 5, welche dazu ausgebildet ist, mindestens eine Versorgungsspannung für die Signalverarbeitungseinrichtung 3 bereitzustellen. Die Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 wird mit einer Versorgungsspannung VDD versorgt. Fig. 1 veranschaulicht, dass zumindest ein Teil der

Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 als Bestandteil der Signalverarbeitungseinrichtung 3 realisiert ist. Erfmdungsgemäß umfasst die Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 mindestens einen Schaltregler, der im hier dargestellten Ausführungsbeispiel auch externe Komponenten umfasst, nämlich eine Spule L und einen Kondensator C, die nicht Teil der Signalverarbeitungseinrichtung 3 sind. Diese passive Komponenten, etwa die Spule L der Kondensator C, können in einem Gehäuse des MEMS-Systems 6 integriert sein. Der Schaltregler ist dazu ausgebildet, die der Recheneinrichtung 4 bereitgestellte Spannung 43 zu regeln.

Die Recheneinrichtung 4 übermittelt im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Signale an die Spannungsbereitstellungseinrichtung: ein erstes Signal 41 mit einer Referenzfrequenz zum Synchronisieren des Schaltreglers mit der Schwingungsbewegung der schwingungsfähigen Komponente 2 sowie ein zweites Signal 42 zur Betriebszustand- Steuerung. Das erste Signal 41 hängt von der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente 2 ab, ist also ein Schwingungszustandssignal.

Mit Hilfe des zweiten Signals 42 wird ein Umschalten zwischen dem synchronen Betriebszustand und dem asynchronen Betriebszustand der Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 initiiert.

Die Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 ist in dem synchronen Betriebszustand betreibbar, wenn die schwingfähige Komponente 2 zu Schwingungen angeregt ist bzw. sich in einem eingeschwungenen Zustand befindet. Die

Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 wird in dem synchronen Betriebszustand als Schaltregler betrieben wird, wobei in dem synchronen Betriebszustand der Schaltregler mit der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente 2 synchronisiert ist. Das Synchronisieren von schwingfähiger Komponente 2 und Schaltregler kann anhand des ersten Signals 41 durchgeführt werden. Die Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 kann in dem synchronen Betriebsmodus zum Synchronisieren des Schaltreglers mit der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente 2 ein ganzzahliges Frequenzverhältnis und ein festes Phasenverhältnis einregeln. Der Schaltregler wird somit mit einer Frequenz betrieben, welche mit einer Eigenfrequenz der schwingfähigen Komponente 2 in einem ganzzahligen Frequenzverhältnis und in einem festen Phasenverhältnis steht.

In dem asynchronen Betriebszustand ist die Spannungsbereitstellungseinrichtung 3 nicht mit der schwingfähigen Komponente 2 synchronisiert.

Nach dem Starten des elektromechanischen Systems 10 im asynchronen Betriebszustand kann ein automatisches Umschalten vom asynchronen Betriebszustand in den synchronen Betriebszustand erfolgen, nachdem eine stabile Schwingung anhand von Amplitude, Phase oder anderen Parametern erkannt wurde.

Alternativ kann nach dem Starten im asynchronen Betriebszustand nach einer vorgegebenen Zeit automatisch vom asynchronen Betriebszustand in den synchronen Betriebszustand gewechselt werden.

Weiter kann in den asynchronen Betriebszustand zurück gewechselt werden, falls eine Reduktion der Schwingung anhand von Amplitude, Phase oder anderen Parametern erkannt worden ist.

Das Zurückschalten in den asynchronen Betriebszustand kann auch bei einer Konfigurationsänderung des elektromechanischen Systems 10, z.B. beim Abschalten der schwingfähigen Komponente 2, erfolgen.

Die Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 ist in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform in die Signalverarbeitungseinrichtung 3 integriert. Weiter sind die Signalverarbeitungseinrichtung 3 und die MEMS-Einrichtung 1 Teil des MEMS-Systems 6

Figur 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines elektromechanischen Systems 20 mit einer externen Spannungsversorgung VDD. Einige Bestandteile der Signalverarbeitungseinrichtung 3 nutzen die externe Versorgungsspannung VDD als solche, was hier über die gestrichelt dargestellte Leitungsverbindung VDD angedeutet ist. Andere Bestandteile der Signalverarbeitungseinrichtung 3 benötigen eine - wie eingangs beschrieben - niedrigere Versorgungsspannung, die hier als V_reg bezeichnet ist. Dazu könnte die Signalverarbeitungseinrichtung 3 mit einem Linearregler als Spannungsregler ausgestattet sein, auf dessen Darstellung hier aus Gründen der Übersicht verzichtet wurde. Die Spannungsregelung kann hier aber auch mit Hilfe einer erfmdungsgemäßen Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 mit Schaltregler erfolgen. Diese befindet sich in der gezeigten Ausführungsform - im Unterschied zur in Figur 1 illustrierten Ausführungsform - aber außerhalb des MEMS-Systems 6, also z.B. auf dem Host- Prozessor eines übergeordneten Systems. An einem Ausgang des MEMS-Systems 6 stellt die Recheneinrichtung 4 dem übergeordneten System deshalb ein erstes Signal 41 bereit, das die Schwingungsbewegung der schwingungsfähigen Komponente 2 charakterisiert. Dieses Signal 41 kann zum Synchronisieren des Schaltreglers der externen erfmdungsgemäßen Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 genutzt werden und auch zur Steuerung des Betriebszustands des Schaltreglers. Optional kann die Recheneinrichtung 4 aber auch noch ein zweites Signal 42 zur Betriebszustand-Steuerung des Schaltreglers bereitstellen, wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet. Falls das übergeordnete System also über eine erfmdungsgemäßen Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 mit Schaltregler verfügt, kann diese zur Spannungsregelung für bestimmte Teile der Signalverarbeitungseinrichtung 3 genutzt werden. Andernfalls kann die Spannungsregelung über den Linearregler der Signalverarbeitungseinrichtung 3 erfolgen.

Das zweite Signal 42 ist optional, wenn die Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 so ausgestaltet ist, dass das Vorhandensein einer Frequenz auf dem Signal 41 als Information genutzt werden kann, um in den synchronen Modus zu schalten.

Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektromechanischen Systems, etwa eines der oben beschriebenen elektromechanische Systeme 10, 20. Das elektromechanischen Systems 10, 20 umfasst eine MEMS- Einrichtung 1, welche eine schwingfahige Komponente 2 aufweist, wobei die MEMS- Einrichtung 1 dazu ausgebildet ist, ein von einer Schwingungsbewegung der schwingfähigen Komponente 2 abhängiges Signal 11 auszugeben. Das elektromechanische System 10, 20 umfasst weiter eine Signalverarbeitungseinrichtung 3, welche dazu ausgebildet ist, das von der MEMS-Einrichtung 1 ausgegebene Signal 11 zu empfangen und zu verarbeiten, und eine Spannungsbereitstellungseinrichtung 5, welche dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung für die Signalverarbeitungseinrichtung 3 bereitzustellen.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird die Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 in einem asynchronen Betriebszustand betrieben, wobei in dem asynchronen Betriebszustand die Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 nicht mit der schwingfahigen Komponente 2 synchronisiert ist.

In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird die Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 in einem synchronen Betriebszustand betrieben, wenn die schwingfahige Komponente 2 zu Schwingungen angeregt ist, wobei die Spannungsbereitstellungseinrichtung 5 in dem synchronen Betriebszustand als Schaltregler betrieben wird, und wobei in dem synchronen Betriebszustand der Schaltregler mit der Schwingungsbewegung der schwingfahigen Komponente 2 synchronisiert ist.

Der Übergang vom asynchronen Betriebszustand in den synchronen Betriebszustand kann eine vorgegebenen Zeit nach dem Starten des elektromechanischen Systems 10, 20 erfolgen. Der Übergang kann auch erfolgen, falls erkannt wird, dass sich das schwingfahige Element 2 in einem eingeschwungenen Zustand befindet.

Der Übergang vom synchronen Betriebszustand in den asynchronen Betriebszustand kann erfolgen, wenn das schwingfahige Element 2 inaktiv geschaltet werden soll, oder wenn aufgrund von benutzungsabhängigen Performance-Anforderungen an das MEMS-System der asynchrone Betriebszustand bevorzugt wird.