Titel

Elektronische Schaltung

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung gemäß Patentanspruch 1. Stand der Technik

Es ist bekannt, Sensoren mit mikromechanischen Sensorelementen als Zwei- Chip-Systeme auszubilden, die einen ersten Chip mit dem eigentlichen mikromechanischen Sensorelement und einen zweiten Chip mit einer integrierten Auswerteschaltung umfassen. Der zweite Chip kann dabei beispielsweise ein ASIC sein. Die beiden Chips sind über Bonddrähte verbunden, über die die Auswerteschaltung ein analoges Sensorsignal (Nutzsignal) von der mikromechanischen Sensorstruktur empfangen kann. Die Auswerteschaltung umfasst typischerweise einen Analog-Digital-Wandler, um das analoge Sensorsignal in ein digitales Signal zu wandeln.

Ein Problem derartiger Zwei-Chip-Systeme ist, dass ein Bonddraht in einem äußeren elektromagnetischen Feld eine Antenne darstellt. Daher können elektromagnetische Störsignale in den Bonddraht eingekoppelt werden, wobei sie dem Nutzsignal additiv überlagert werden. Hierdurch sinkt das Signal-Rausch- Verhältnis des Nutzsignals.

Es ist bekannt, volldifferentielle Architekturen zu verwenden, um das Nutzsignal vom Störsignal zu trennen. Dabei wird ein Teil des Signalpfads (beispielsweise das Sensorelement) doppelt ausgeführt, wodurch sich jedoch nachteiligerweise ein hoher Platzbedarf und hohe Herstellungskosten ergeben.

Offenbarung der Erfindung Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte elektronische Schaltung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Schaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung umfasst einen ersten Chip und einen zweiten Chip, wobei der erste Chip und der zweite Chip über einen ersten Bonddraht miteinander verbunden sind. Der erste Bonddraht ist vorgesehen, ein Nutzsignal zu übertragen. Der erste Chip und der zweite Chip sind außerdem über einen zweiten Bonddraht miteinander verbunden, wobei der zweite Bonddraht vorgesehen ist, kein Nutzsignal zu übertragen. Vorteilhafterweise gestattet diese elektronische Schaltung die Realisierung eines volldifferentiellen Verfahrens, um hochfrequente Störsignale zu reduzieren.

In einer zweckmäßigen Ausführung der elektronischen Schaltung sind der erste Bonddraht und der zweite Bonddraht parallel zueinander angeordnet. Vorteilhafterweise werden äußere Störsignale dann in gleicher weise in den ersten Bonddraht und den zweiten Bonddraht eingekoppelt. Dies ermöglicht es, das in beiden Bonddrähten gleichermaßen vorhandene Störsignal vom Nutzsignal zu trennen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Schaltung weist der zweite Bonddraht Abschlussimpedanzen auf, die den Abschlussimpedanzen des ersten Bonddrahts entsprechen. Vorteilhafterweise ist dann sichergestellt, dass beide Bonddrähte vergleichbare Antenneneigenschaften aufweisen und Störsignale in gleicher Weise in beide Bonddrähte eingekoppelt werden.

In einer Ausführungsform der elektronischen Schaltung weist der erste Chip eine erste Abschlussschaltung auf, die leitend mit dem zweiten Bonddraht verbunden ist, während der zweite Chip eine zweite Abschlussschaltung aufweist, die leitend mit dem zweiten Bonddraht verbunden ist. Dabei umfassen die erste Abschlussschaltung und die zweite Abschlussschaltung jeweils einen Widerstand und/oder einen Kondensator. Vorteilhafterweise gestatten es die Abschlussschaltungen, die Abschlussimpedanzen des zweiten Bonddrahts sehr genau an jene des ersten Bonddrahts anzugleichen. Vorteilhafterweise werden äußere Störsignale dann auf sehr ähnliche Weise in beide Bonddrähte eingekoppelt, wodurch sich das Störsignal mittels einer differentiellen Auswertung nahezu vollständig eliminieren lässt.

In einer Ausführungsform der elektronischen Schaltung weist der erste Chip ein mikromechanisches Sensorelement auf. Das mikromechanische Sensorelement kann beispielsweise ein Beschleunigungs- oder ein Drehratensensor sein. Vorteilhafterweise ermöglicht die Herstellung der elektronischen Schaltung als Zwei- Chip-System eine höhere Ausbeute und reduziert dadurch die Herstellungskosten.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Schaltung weist der zweite Chip einen Analog-Digital-Wandler auf. Vorteilhafterweise kann der Analog-Digital-Wandler dann zur Digitalisierung eines von einem Sensorelement gelieferten analogen Messsignals dienen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Schaltung weist der zweite Chip einen differentiellen Analog-Digital-Wandler auf, der mit dem ersten Bonddraht und mit dem zweiten Bonddraht verbunden ist. Dabei ist der differentielle Analog-Digital-Wandler ausgebildet, eine Differenz zwischen einem über den ersten Bonddraht empfangenen ersten Signal und einem über den zweiten Bonddraht empfangenen zweiten Signal zu verstärken. Vorteilhafterweise werden Störsignale in gleicher Weise in beide Bonddrähte eingekoppelt, während ein Nutzsignal nur mittels des ersten Bonddrahts übertragen wird. In der Differenz der über beide Bonddrähte empfangenen Signale verschwindet das Störsignal daher vorteilhafterweise, so dass ein Nutzsignal mit verbessertem Signal- Rausch-Verhältnis verbleibt.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figur näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer elektronischen Schaltung.

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer elektronischen Schaltung 100. Die elektronische Schaltung 100 kann beispielsweise eine Sensorschaltung, etwa ein Beschleunigungs- oder ein Drehratensensor sein. Die elektronische Schaltung 100 ist als Zwei-Chip-System mit einem ersten Chip 200 und einem zweiten Chip 300 ausgebildet. Der erste Chip 200 und der zweite Chip 300 umfassen jeweils ein eigenes Halbleitersubstrat. Der erste Chip 200 und der zweite Chip 300 der elektronischen Schaltung 100 können in einem ge- meinsamen Gehäuse angeordnet sein.

Der erste Chip 200 weist in der dargestellten Ausführungsform ein mikromechanisches Sensorelement auf. Der zweite Chip 300 weist eine Auswerteschaltung auf. Der zweite Chip 300 kann beispielsweise ein ASIC sein. Der erste Chip 200 dient zur Erzeugung eines analogen Sensorsignals. Der zweite Chip 300 dient zur Digitalisierung und Auswertung des analogen Sensorsignals.

Der erste Chip 200 weist eine erste Bondfläche 210 und eine zweite Bondfläche 220 auf. Der zweite Chip 300 weist eine dritte Bondfläche 310 und eine vierte Bondfläche 320 auf. Die Bondflächen 210, 220, 310, 320 können beispielsweise als metallische Kontaktflächen auf Oberflächen der Chips 200, 300 ausgebildet sein. Die erste Bondfläche 210 des ersten Chips 200 ist über einen ersten Bonddraht 1 10 mit der dritten Bondfläche 310 des zweiten Chips 300 verbunden. Die zweite Bondfläche 220 des ersten Chips 200 ist über einen zweiten Bonddraht 120 mit der vierten Bondfläche 320 des zweiten Chips 300 verbunden. Der erste

Bonddraht 1 10 und der zweite Bonddraht 120 sind parallel zueinander orientiert und weisen einen möglichst geringen Abstand voneinander auf. Bevorzugt ist der erste Bonddraht 1 10 etwa genauso lang wie der zweite Bonddraht 120. Ebenfalls bevorzugt ist, dass der erste Bonddraht 1 10 und der zweite Bonddraht 120 aus demselben Material bestehen.

Der erste Chip 200 weist eine nur schematisch dargestellte Sensorstruktur 230 auf. Die Sensorstruktur 230 ist bevorzugt eine mikromechanische Sensorstruktur, die beispielsweise eine auf die elektronische Schaltung 100 einwirkende Be- schleunigung oder eine Drehrate der elektronischen Schaltung 100 detektieren kann. Die Sensorstruktur 230 ist mit der ersten Bondfläche 210 verbunden und dazu ausgebildet, über die erste Bondfläche 210 ein analoges Sensorsignal (Nutzsignal) auszugeben. Das analoge Sensorsignal wird von der ersten Bondfläche 210 über den ersten Bonddraht 1 10 zur dritten Bondfläche 310 auf dem zweiten Chip 300 übertragen. Der erste Bonddraht 1 10 stellt in einem äußeren elektromagnetischen Feld allerdings eine Antenne dar. Dadurch können elektromagnetische Störsignale gut in den ersten Bonddraht 1 10 eingekoppelt werden, wo sie dem durch die Sensorstruktur 230 ausgegebenen analogen Nutzsignal additiv überlagert werden. Hierdurch verschlechtert sich ein Signal-Rausch-Verhältnis des über den ersten Bonddraht 1 10 übertragenen analogen Sensorsignals.

Der zweite Bonddraht 120 dient als Dummy-Bonddraht. Über den zweiten Bonddraht 120 wird kein Nutzsignal übertragen. Allerdings werden äußere Störsignale auch in den zweiten Bonddraht 120 eingekoppelt.

Der zweite Bonddraht 120 weist Abschlussimpedanzen auf, die den Abschlussimpedanzen des ersten Bonddrahts 1 10 möglichst exakt entsprechen. Zu diesem Zweck ist auf dem ersten Chip 200 eine erste Abschlussschaltung 240 angeordnet. Auf dem zweiten Chip 300 ist eine zweite Abschlussschaltung 340 angeordnet. Die erste Abschlussschaltung 240 ist über die zweite Bondfläche 220 mit dem zweiten Bonddraht 120 verbunden. Die zweite Abschlussschaltung 340 ist über die vierte Bondfläche 320 ebenfalls mit dem zweiten Bonddraht 120 verbunden. Die erste Abschlussschaltung 240 ist in Figur 1 lediglich schematisch dargestellt und umfasst in diesem schematischen Beispiel einen ersten Widerstand 241 und einen ersten Kondensator 242. Die zweite Abschlussschaltung 340 ist ebenfalls nur schematisch dargestellt und umfasst im Beispiel der Figur 1 einen zweiten Kondensator 341 und einen dritten Kondensator 342. Die erste Abschlussschaltung 240 und die zweite Abschlussschaltung 340 sind so bemessen, dass die sich ergebenden Abschlussimpedanzen des zweiten Bonddrahts 120 denen des ersten Bonddrahts 1 10 entsprechen.

Auf dem zweiten Chip 300 ist ein differentieller Analog-Digital-Wandler 330 angeordnet, der mit der dritten Bondfläche 310 und mit der vierten Bondfläche 320 verbunden ist. Der differentielle Analog-Digital-Wandler 330 ist dazu ausgebildet, eine Differenz zwischen einem über den ersten Bonddraht 1 10 und die dritte Bondfläche 310 empfangenen ersten Signal und einem über den zweiten Bonddraht 120 und die vierte Bondfläche 320 empfangenen zweiten Signal zu verstärken. Somit bildet der differentielle Analog-Digital-Wandler 330 eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal und verstärkt diese Differenz. Der Verstärkungsfaktor kann dabei einen beliebigen Wert aufweisen, beispiels- weise auch den Wert 1. Das Differenzsignal wird durch den differentiellen Ana- log-Digital-Wandler 330 digitalisiert und an nachfolgende Schaltungsteile auf dem zweiten Chip 300 weitergeleitet.

Wegen der parallelen und benachbarten Anordnung des ersten Bonddrahts 1 10 und des zweiten Bonddrahts 120 und wegen der ungefähr gleichen Abschlussimpedanzen des ersten Bonddrahts 1 10 und des zweiten Bonddrahts 120 werden externe Störsignale in nahezu identischer Weise sowohl in den ersten Bonddraht 1 10 als auch in den zweiten Bonddraht 120 eingekoppelt. Ein durch die Sensorstruktur 230 geliefertes analoges Nutzsignal wird nur über den ersten Bonddraht 1 10 übertragen. Im ersten Bonddraht 1 10 überlagern sich somit das Nutzsignal und ein Stör- oder Rauschsignal additiv. Im zweiten Bonddraht 120 ist lediglich das Stör- oder Rauschsignal vorhanden. Durch Subtrahieren des Signals des zweiten Bonddrahts 120 vom Signal des ersten Bonddrahts 1 10 wird das Rausch- oder Störsignal vom Nutzsignal subtrahiert, so dass lediglich das Nutzsignal mit deutlich verbessertem Signal-Rausch-Abstand verbleibt. Diese Subtraktion wird durch den differentiellen Analog-Digital-Wandler 330 durchgeführt.

Experimente haben gezeigt, dass die elektronische Schaltung 100 eine um einen Faktor 3 verbesserte Störfestigkeit gegenüber einer herkömmlichen Lösung aufweist, bei der lediglich ein Bonddraht zur Übertragung des Nutzsignals vorhanden ist.