Title:
SENSORANORDNUNG MIT OPTIMIERTER GRUPPENLAUFZEIT UND VERFAHREN ZUR SIGNALVERARBEITUNG
Kind Code:
A1


Abstract:

Es wird eine Schaltungsanordnung bereitgestellt. Die Schaltungsanordnung weist einen Sensor auf, eingerichtet ein analoges Signal bereitzustellen; einen Analog-Digital-Wandler, eingerichtet, das analoge Signal aufzunehmen und ein erstes Signal bereitzustellen; ein erstes Filter, eingerichtet ein auf dem ersten Signal basierendes Signal aufzunehmen und ein zweites Signal bereitzustellen; wobei das erste Filter derart eingerichtet ist,: dass das zweite Signal in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 10 kHz unverstärkt oder im Wesentlichen unverstärkt durchgelassen wird, und dass das zweite Signal mindestens ab einer vorgegebenen Frequenz, die größer als ungefähr 20 kHz ist, eine Verstärkung aufweist, die größer als 0 dB ist.




Inventors:
Sträussnigg, Dietmar (Villach, AT)
Wiesbauer, Andreas (Pörtschach, AT)
Bach, Elmar (Villach, AT)
Caspani, Alessandro (Villach, AT)
Application Number:
DE102016116421A
Publication Date:
01/11/2018
Filing Date:
09/02/2016
Assignee:
Infineon Technologies AG, 85579 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE10103812A1N/A2002-08-29



Foreign References:
201100992132011-04-28
201401778742014-06-26
Attorney, Agent or Firm:
Viering, Jentschura & Partner mbB Patent- und Rechtsanwälte, 01099, Dresden, DE
Claims:
1. Schaltungsanordnung (200), aufweisend:
einen Sensor, eingerichtet ein analoges Signal (204) bereitzustellen;
einen Analog-Digital-Wandler (202), eingerichtet, das analoge Signal (204) aufzunehmen und ein erstes Signal (206) bereitzustellen;
ein erstes Filter (208), eingerichtet ein auf dem ersten Signal (206) basierendes Signal aufzunehmen und ein zweites Signal (210) bereitzustellen;
wobei das erste Filter (208) derart eingerichtet ist,:
• dass das zweite Signal (210) in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 10 kHz unverstärkt oder im Wesentlichen unverstärkt durchgelassen wird, und
• dass das zweite Signal (210) mindestens ab einer vorgegebenen Frequenz, die größer als ungefähr 20 kHz ist, eine Verstärkung aufweist, die größer als 0 dB ist.

2. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend:
ein zweites Filter (214), das mit dem Analog-Digital-Wandler (202) verbunden ist und eingerichtet ist, ein auf dem ersten Signal basierendes drittes Signal (216) bereitzustellen.

3. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 2, wobei das zweite Filter (214) als ein frequenzselektives Filter eingerichtet ist, das von dem zweiten Filter aufgenommene Signal so zu verarbeiten, dass die Amplitude des von dem zweiten Filter (214) aufgenommenen Signals in einem vorgegebenen Frequenzbereich reduziert wird, wobei der vorgegebene Frequenzbereich eine Frequenz größer als 20 kHz aufweist.

4. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend:
einen Modulator (218), der mit dem Analog-Digital-Wandler (202) verbunden ist und eingerichtet ist, ein auf dem ersten Signal basierendes viertes Signal (220) bereitzustellen.

5. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend:
ein Dezimationsfilter, das mit dem Analog-Digital-Wandler (202) verbunden ist und eingerichtet ist, ein auf dem ersten Signal basierendes fünftes Signal bereitzustellen.

6. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend eine Schnittstelle zum Bereitstellen eines sechsten Signals, dass auf dem zweiten Signal basiert, wobei die Schnittstelle zum Bereitstellen des sechsten Signals an eine Schaltungsanordnung-externe Umgebung eingerichtet ist.

7. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 6, wobei das sechste Signal ein Mehr-Bit Signal ist.

8. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schaltungsanordnung als eine Drucksensoranordnung ausgebildet ist oder aufweist.

9. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schaltungsanordnung als eine Mikrofonanordnung ausgebildet ist oder aufweist.

10. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Sensor eine Membran aufweist, wobei eine Auslenkung der Membran aus einer Ruhelage das analoge Signal (204) erzeugt.

11. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 10, wobei die Membran eine mikroelektromechanische Struktur ist oder aufweist.

12. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das erste Filter (208) ein FIR-Filter ist oder aufweist.

13. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das erste Filter (208) ein FIR-Filter zweiter Ordnung ist oder aufweist.

14. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das erste Filter (208) eine Eckfrequenz in einem Bereich von ungefähr 16 kHz bis ungefähr 22 kHz aufweist.

15. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das erste Filter (208) eingerichtet ist, dass das erste Signal (206) ein Gruppenlaufzeit-Minimum in einem Frequenzbereich aufweist, wobei die Schaltungsanordnung eine Resonanzfrequenz in diesem Frequenzbereich aufweist.

16. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei das zweite Filter (214) ein Tiefpassfilter ist oder aufweist.

17. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei das zweite Filter (214) eine Eckfrequenz in einem Bereich von ungefähr 40 kHz bis ungefähr 80 kHz aufweist.

18. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das von der Sensoranordnung bereitgestellte Signal (220) eine erste Gruppenlaufzeit aufweist und das analoge Signal (204) eine zweite Gruppenlaufzeit aufweist, wobei die erste Gruppenlaufzeit in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 20 kHz kleiner ist als die zweite Gruppenlaufzeit.

19. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 18, aufweisend ein Gesamtfilter, wobei das Gesamtfilter das erste Filter (208) und das zweite Filter (214) aufweist, oder wobei das Gesamtfilter die Funktion des ersten Filters (208) und die Funktion des zweiten Filters (214) aufweist.

20. Verfahren (800) zur Signalverarbeitung, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen (S1) eines analogen Signals;
Umwandeln (S2) des analogen Signals in ein digitales, erstes Signal (206);
Verarbeiten (S3) des ersten Signals (206) in ein zweites Signal (220),
wobei das erste Signal (206) eine erste Gruppenlaufzeit aufweist und das zweite Signal (220) eine zweite Gruppenlaufzeit aufweist, wobei die zweite Gruppenlaufzeit kleiner ist als die erste Gruppenlaufzeit.

21. Verfahren zur Signalverarbeitung gemäß Anspruch 20, wobei das erste Signal (206) eine erste Wortbreite aufweist und das zweite Signal (220) eine zweite Wortbreite aufweist, wobei die zweite Wortbreite geringer ist als die erste Wortbreite.

Description:
GEBIET

Ausführungsformen betreffen eine Sensoranordnung mit optimierter Gruppenlaufzeit und ein Verfahren zur Signalverarbeitung.

HINTERGRUND

Sensoranordnungen, beispielsweise Mikrofone, werden zum Aufzeichnen von Umgebungsgeräuschen oder Umgebungsschall verwendet. Zum Bereitstellen einer guten Qualität des aufgezeichneten Tons oder um Anforderungen von Kunden zu genügen, können eine hohe Linearität, hohe Signal-Rausch-Verhältnisse (SNR) oder die Übereinstimmung mit einer vorgegebenen spektralen Maske für die Antwortfunktion eines Mikrofons erforderlich sein.

Ein herkömmliches Mikrofon 900 weist, wie im Blockdiagramm in 9 dargestellt ist, eine Mikrofonmembran 902, beispielsweise ein mikroelektromechanische Membran (MEMS) auf. Die Membrane 902 wird mittels Schall-induzierter Druckschwankungen aus einer Ruhelage ausgelenkt und erzeugt dabei ein analoges, elektrisches Signal, dass mittels eines Verstärkers 904 bzw. eines Auslese-Schaltkreises, beispielsweise einem Source-Folger, verstärkt wird. Das Signal des Verstärkers 904 wird mit einer Abtastfrequenz Fs (706) von einem Sensorschaltkreis 908 erfasst. Der Sensorschaltkreis 908 weist einen Analog-Digital-Wandler 910 auf, der das Signal des Verstärkers 904 in digitale Signale umwandelt. Der Sensorschaltkreis weist ferner ein digitales Filter 912 auf, das hochfrequente, digitale Signale vom Analog-Digital-Wandler 910 blockiert (Tiefpass-Filter). Die gefilterten, digitalen Signale werden von einem Modulator 914, der mit dem digitalen Filter 912 verbunden ist, in ein kundenspezifisches 1-Bit Ausgabesignal 916 umgewandelt.

Das Tiefpassfilter ist notwendig die Anordnung zu stabilisieren und eine Überhöhung des MEMS-Frequenzganges zu dämpfen. Mit dieser Anordnung ist eine Gruppenlaufzeit verbunden.

Bei manchen Anwendungen, wie beispielsweise Headset-Applikationen, ist eine akustische Unterdrückung des Umgebungslärms mittels Lautsprecher, der gegenphasig angesteuert wird, notwendig. Dabei wird mit einem Mikrofon das störende Umgebungsgeräusch gemessen, dann digital verarbeitet und auf den Lautsprecher geschalten. Für die Unterdrückung spielt die Gruppenlaufzeit der Mikrofonanordnung eine große Rolle. Diese Gruppenlaufzeit setzt sich additiv aus den Gruppenlaufzeiten des Mikrons, der Gruppenlaufzeit der digitalen Signalverarbeitung in dem Sensorschaltkreis und die Gruppenlaufzeit des Lautsprechers zusammen.

KURZFASSUNG

Es besteht ein Bedarf am Bereitstellen einer Sensoranordnung mit optimierter Gruppenlaufzeit.

Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand eines der Ansprüche erfüllt werden.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachstehend nur als Beispiel und mit Bezug auf die anliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:

1 ein Diagramm zur Gruppenlaufzeit einer Sensoranordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;

2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Sensoranordnung;

3A–D Blockdiagramme von verschiedenen Ausführungsbeispielen einer Sensoranordnung;

4A–C Blockdiagramme von verschiedenen Ausführungsbeispielen einer Sensoranordnung;

5A und 5B Darstellungen des Frequenzgangs eines Filters von Ausführungsbeispielen einer Sensoranordnung;

6A, B Diagramme zur Gruppenlaufzeit von Sensoranordnungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;

7 ein Diagramm zur Gruppenlaufzeit einer Sensoranordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;

8 ein Diagramm zu einem Verfahren zur Signalverarbeitung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und

9 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Mikrofons.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Verschiedene als Beispiel dienende Ausführungsformen werden nun vollständiger mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in der einige als Beispiel dienende Ausführungsformen dargestellt sind. In den Figuren können die Dicken von Linien, Schichten und/oder Gebieten aus Gründen der Klarheit übertrieben sein.

Wenngleich dementsprechend weitere Ausführungsformen verschiedene Modifikationen und alternative Formen haben können, sind einige als Beispiel dienende Ausführungsformen davon in den Figuren beispielhaft dargestellt und werden hier detailliert beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass es nicht beabsichtigt ist, als Beispiel dienende Ausführungsformen auf die offenbarten speziellen Formen zu beschränken, sondern als Beispiel dienende Ausführungsformen sollen im Gegenteil alle Modifikationen, gleichwertigen Ausgestaltungen und Alternativen abdecken, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Gleiche Zahlen beziehen sich in der Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente.

Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist oder aufweist.

Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Beschreiben spezieller als Beispiel dienender Ausführungsformen und ist nicht als weitere als Beispiel dienende Ausführungsformen einschränkend vorgesehen. Hier sollen die Singularformen "ein", "eine", "eines" und "der/die/das" auch die Pluralformen einschließen, sofern der Zusammenhang nichts anderes klar angibt. Es sei ferner bemerkt, dass die Begriffe "umfasst", "umfassend", "weist auf" und/oder "aufweisend", wenn sie hier verwendet werden, das Vorhandensein erwähnter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.

1 zeigt ein Diagramm 100 der Gruppenlaufzeit 120 in Einheiten von µs einer Sensoranordnung, beispielsweise einer Mikrofonanordnung, als Funktion der Frequenz 110 des Signals in Einheiten von Hz für unterschiedliche Dämpfungen bzw. Unterdrückungen des Umgebungslärms (–10 dB, –15 dB, –20 dB, –30 dB), wobei davon –10 dB die geringste Dämpfung und –30 dB stärkste Dämpfung ist. Aus dem Diagramm 100 ist ersichtlich, das mit zunehmender Dämpfung die Anforderung an die Gruppenlaufzeit steigt. Mit anderen Worten, um den Umgebungslärm stärker dämpfen zu können, ist es erforderlich, die Gruppenlaufzeit der Anordnung über einen breiten Frequenzbereich zu reduzieren. Durch die Dämpfung des Umgebungslärms wird zudem das Signal-zu-Rauschen Verhältnis verbessert. Eine gute Dämpfung kann erzielt werden, wenn die Gruppenlaufzeiten der Komponenten der Sensoranordnung minimiert werden.

2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Ausschnitts 200 eines Ausführungsbeispiels einer Sensoranordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.

Die Schaltungsanordnung weist einen Sensor (nicht veranschaulicht), einen Analog-Digital-Wandler 202, eine Filteranordnung 212 und eine Schnittstelle 222 auf.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Sensoranordnung ferner einen Modulator 218 und/oder ein Dezimationsfilter aufweisen, das unten noch ausführlicher beschrieben wird.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Filteranordnung 212 ein erstes Filter 208 auf, das eingerichtet ist, die Gruppenlaufzeit eines durchlaufenden Signals zu reduzieren, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird.

In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Filteranordnung 212 ein zweites Filter 214 aufweisen, das anschaulich als ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter eingerichtet ist.

Anschaulich sind das erste Filter 208, das zweite Filter 214 und der Modulator 218 mit dem Analog-Digital-Wandler 202 verbunden, sodass das von dem Analog-Digital-Wandler 202 bereitgestellte Signal 206 in ein von dem Modulator 218 bereitgestelltes Signal 220 verarbeitet bzw. umgewandelt wird.

Der Sensor ist eingerichtet, ein analoges Signal bereitzustellen.

Der Analog-Digital-Wandler 202 ist eingerichtet, das analoge Signal aufzunehmen und ein erstes Signal 206 bereitzustellen. Optional kann das analoge Signal des Sensors mittels eines Verstärkers, beispielsweise einem Source-Folger verstärkt werden, bevor es von dem Analog-Digital-Wandler 202 aufgenommen wird.

Das erste Filter 208 ist zum Aufnehmen eines Signals und Bereitstellen eines zweiten Signals 210 eingerichtet. Das von dem ersten Filter aufgenommene Signal weist eine erste Gruppenlaufzeit auf. Das erste Filter 208 ist eingerichtet, das von dem ersten Filter 208 aufgenommene Signal so zu verarbeiten, dass das von dem ersten Filter 208 ausgegebene zweite Signal 210 eine zweite Gruppenlaufzeit aufweist, beispielsweise mittels geeigneter Filterkoeffizienten, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird. Die zweite Gruppenlaufzeit ist kleiner als die erste Gruppenlaufzeit. Beispielsweise ist die zweite Gruppenlaufzeit in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 4 kHz in einem Bereich von ungefähr –0,01 µs bis ungefähr –25 µs kleiner als die erste Gruppenlaufzeit, beispielsweise um einen Wert in einem Bereich von ungefähr –0,01 µs bis ungefähr –15 µs, beispielsweise um einen Wert in einem Bereich von ungefähr –5 µs bis ungefähr –11 µs, beispielsweise –10 µs.

Das zweite Filter 214 ist zum Aufnehmen eines Signals eingerichtet und ist eingerichtet, ein drittes Signal 216 bereitzustellen.

Das zweite Filter 214 ist ein frequenzselektives Filter eingerichtet die Amplitude des von dem zweiten Filter 214 aufgenommenen Signals in einem vorgegebenen Frequenzbereich zu reduzieren, wobei der vorgegebene Frequenzbereich eine Frequenz größer als 20 kHz aufweist.

Das zweite Filter 214 ist beispielsweise ein Tiefpassfilter, ein Notch-Filter, ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter. Das zweite Filter 214 ist dabei ausgebildet, die Amplitude eines hochfrequenten Anteils des von dem ersten Filter ausgegebenen Signals zu reduzieren. Dadurch kann eine Überladung des nachgeschalteten Modulators verhindert werden.

Beispielsweise ist das zweite Filter 214 ein Tiefpassfilter und eingerichtet die Amplitude des aufgenommenen Signals ab einer Frequenz zu reduzieren, wobei die Frequenz beispielsweise 22 kHz, 40 kHz, 50 kHz, 60 kHz, 70 kHz oder 80 kHz ist. Diese Frequenz kann auch als Eckfrequenz des zweiten Filters bezeichnet werden. Oberhalb der Eckfrequenz kann die Amplitude vernachlässigbar oder im Wesentlichen vernachlässigbar sein, so dass eine Überladung des Modulators vermieden wird. Mit den unterschiedlichen Eckfrequenzen sind unterschiedliche Gruppenlaufzeiten für das verarbeitete Signal verbunden. Je höher dabei die Eckfrequenz ist, umso geringer ist die die Gruppenlaufzeit des verarbeiteten Signals. Je höher die Eckfrequenz ist, umso größer wird die Amplitude des nicht-gefilterten hochfrequenten Anteils an dem Signal, das von dem Modulator aufgenommen wird. Die Art des zweiten Filters und/oder die Eckfrequenz des zweiten Filters können anwendungsspezifisch ausgewählt, d.h. optimiert, werden. Eine anwendungsspezifische Optimierung kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Art des Modulators erfolgen und der Abtastfrequenz erfolgen. Beispielsweise kann eine höhere Eckfrequenz gewählt werden, falls der Modulator hochfrequente Signale nicht verarbeiten kann, beispielsweise einen integriertes Bandpass- oder Bandsperrfilter aufweist. Der Modulator 218 ist zum Aufnehmen eines Signals eingerichtet und eingerichtet ein viertes Signal 220 bereitzustellen. Das von dem Modulator 218 aufgenommene Signal weist die zweite Gruppenlaufzeit auf.

Das von dem Modulator bereitgestellte vierte Signal 220 weist eine dritte Gruppenlaufzeit auf. Das analoge Signal weist eine vierte Gruppenlaufzeit auf. Die dritte Gruppenlaufzeit des analogen Signals ist wenigstens in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 4 kHz kleiner als die vierte Gruppenlaufzeit des von dem von dem Modulator bereitgestellten vierten Signals 220.

In dem in 2 veranschaulichten Beispiel sind das erste Filter 208 zum Aufnehmen des ersten Signals, das zweite Filter 214 zum Aufnehmen des zweiten Signals und der Modulator 218 zum Aufnehmen des dritten Signals eingerichtet. Mit anderen Worten: der Sensor stellt das analoge Signal bereit. Der Analog-Digital-Wandler 202 nimmt das analoge Signal auf und stellt ein erstes Signal 206 bereit. Das erste Filter 208 nimmt das erste Signal 206 auf und stellt das zweite Signal 210 bereit. Das zweite Filter 214 nimmt das zweite Signal 210 auf und stellt das dritte Signal 216 bereit. Der Modulator 218 nimmt das dritte Signal 216 auf und stellt das vierte Signal 220 bereit.

Weiterhin kann die Schnittstelle 222 zum Aufnehmen des vierten Signals 220 eingerichtet sein, und eingerichtet sein, das vierte Signal 220 zu verarbeiten und ein fünftes Signal 224 auszugeben. Beispielsweise kann die Schnittstelle 222 eingerichtet sein, das auszugebende Signal auf mehrere Kanäle oder Pins aufzuteilen.

Die Schnittstelle 222 kann das fünfte Signal 224 an eine Sensoranordnung-externe Umgebung bereitstellen bzw. dazu eingerichtet sein, beispielsweise ein Buchse aufweisen. An die Buchse kann beispielsweise ein akustisches und/oder optische Ausgabegeräte angeschlossen werden, beispielsweise ein Lautsprecher oder eine Display-Anzeige. Das Ausgabegerät kann weitere Filter und/oder signalverarbeitende Komponenten aufweisen, die das an der Schnittstelle bereitgestellte Signal weiter verarbeiten und verändern.

Die aufgenommenen und bereitgestellten Signale der Filter können jeweils ein digitales Signal sein.

Das erste Filter 208 bewirkt eine Reduzierung der Gruppenlaufzeit des von dem ersten Filter aufgenommenen Signals. Dadurch kann das vierte Signal 220, das von dem Modulator bereitgestellt wird, eine Gruppenlaufzeit aufweisen, die kleiner ist als die Gruppenlaufzeit des analogen Signals, das von dem Sensor bereitgestellt wird. Dies ermöglicht es, das Rauschen des vierten Signals stärker zu dämpfen oder zu unterdrücken. Dadurch kann das Signal-zu-Rauschen Verhältnis (signal to noise ratio – SNR) der Sensoranordnung verbessert werden. Der Modulator kann dabei optional sein für den Fall, dass anwendungsspezifisch ein unmoduliertes Mehr-Bit (auch bezeichnet als m-Bit oder Multi-Bit bezeichnet) Ausgabesignal 224 gewünscht ist.

Das zweite Filter 214 kann verwendet werden, um die Amplitude eines hochfrequenten Signals oder Signalanteils des Signals zu reduzieren, das von dem Modulator 218 aufgenommen wird und/oder von der Schnittstelle 222 bereitgestellt wird. Dadurch wird verhindert, dass der Modulator 218 unnötig mit Daten und Signalen überladen wird. Bei einer Mikrofonanwendung kann das zweite Filter 214 ein Tiefpassfilter mit einer Eckfrequenz oberhalb der oberen Hörgrenze, d.h. oberhalb von ungefähr 22 kHz aufweisen. Dies ermöglicht es, dass eine hohe Klangqualität erhalten bleibt und gleichzeitig die Anforderung an den Modulator 218 zur Signalverarbeitung reduziert werden kann.

Anschaulich wird die Reduzierung der Gruppenlaufzeit durch ein digitales Filter mit negativer Gruppenlaufzeit erreicht. Eine negative Gruppenlaufzeit heißt, dass das von dem ersten Filter ausgegebene Signal eine niedrigere Gruppenlaufzeit aufweist, als das von dem ersten Filter aufgenommene Filter.

Die Sensoranordnung ist ein lineares zeitinvariantes System. Das von dem ersten Filter ausgegebene Signal hat wegen dem linearen Verhalten der Sensoranordnung dieselbe Frequenz wie das von dem ersten Filter aufgenommene Signal. Die beiden Signale unterscheiden sich jedoch in der Amplitude und in der Phase. Das Verhältnis der Amplituden von aufgenommenem Signal (Eingangssignal) und bereitgestelltem Signal (Ausgangssignal) in Abhängigkeit von der Frequenz ist der Amplitudengang. Der Unterschied der Phase zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Frequenz ist der Phasengang.

Das erste Filter ist derart eingerichtet, beispielsweise mittels geeigneter Wahl der Filterkoeffizienten, dass der Phasengang und der Amplitudengang positiv sind, d.h. mit zunehmender Frequenz eine positive Steigung aufweisen, beispielsweise im hochfrequenten Bereich. Anschaulich verstärkt das erste Filter das aufgenommene Signal im Hochfrequenzbereich somit. Der Hochfrequenzbereich beginnt beispielsweise ab ungefähr 20 kHz.

Die Gruppenlaufzeit ist definiert als -1faches der Ableitung des Phasenganges nach der Frequenz. Der positive Phasengang des ersten Filters bewirkt somit eine negative Gruppenlaufzeit.

Anschaulich kann dies erreicht werden, indem das erste Filter, beispielsweise in Form eines FIR-Filters eingerichtet ist. Das FIR-Filter ist derart eingerichtet, dass ein niederfrequentes Signal eine Verstärkung der Amplitude von ungefähr 0 dB aufweist. Ein Signal ist beispielsweise in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 4 kHz niederfrequent. Das (gleiche) FIR-Filter ist weiterhin derart eingerichtet, dass ein hochfrequentes Signal eine Verstärkung der Amplitude von größer als ungefähr 0 dB aufweist. Ein Signal ist beispielsweise mit einer Frequenz größer als ungefähr 4 kHz, beispielsweise ab einer Frequenz von ungefähr 20 kHz und mehr hochfrequent. Das FIR-Filter kann zudem derart eingerichtet sein, dass es in einem Frequenzbereich eine Unterschwingung der Amplitudenverstärkung aufweist (siehe 4B). Im Bereich der Unterschwingung kann das FIR-Filter eine negative Verstärkung, d.h. eine Dämpfung, aufweisen. Die negative Verstärkung kann beispielsweise im Bereich der Resonanzfrequenz eines schwingungsfähigen Sensors der Sensoranordnung liegen.

Ein derartiges FIR-Filter kann bei einer gegebenen Abtastfrequenz beispielsweise mittels geeigneter Wahl der Filterkoeffizienten realisiert werden.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsanordnung als eine Drucksensoranordnung ausgebildet oder weist eine solche auf. Alternativ oder zusätzlich ist die Schaltungsanordnung als eine Mikrofonanordnung ausgebildet oder weist eine solche auf.

Der Sensor kann beispielsweise eine Membran aufweisen. Eine Auslenkung der Membran aus einer Ruhelage kann dabei das analoge Signal erzeugen. Die Membran ist beispielsweise eine mikroelektromechanische Struktur (MEMS) oder weist eine solche auf. Alternativ oder mit anderen Worten, der Sensor kann eine mikroelektromechanische Struktur sein oder aufweisen.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird das Mikrofon verwendet, um Umgebungsschall, Sprache, Musik oder dergleichen aufzuzeichnen und ein Mikrofonsignal bereitzustellen. Das Aufzeichnen oder Bereitstellen eines Mikrofonsignals kann als ein elektrisches Signal bereitstellend verstanden werden, das vom Umgebungsschall oder mit anderen Worten vom auf das Mikrofon einwirkenden Schalldruck abhängt. Es können verschiedene Mikrofontypen verwendet werden, beispielsweise Elektretmikrofone oder andere Kondensatormikrofone. Ein spezielles Beispiel ist ein als ein mikroelektromechanisches System implementiertes Siliziummikrofon. Das heißt, dass die Membran und andere Komponenten, die das Mikrofon bilden, unter Verwendung von Verarbeitungsschritten und -techniken hergestellt werden können, die üblicherweise bei der Mikroprozessorherstellung verwendet werden.

Einige der Eigenschaften des Mikrofons, die das resultierende Mikrofonsignal in Beziehung mit dem einwirkenden Schalldruck setzen, können durch Hardwareeigenschaften des Mikrofons selbst abgestimmt werden, beispielsweise das rückseitige Volumen oder die Steifigkeit einer Membran des Mikrofons.

Gemäß der als Beispiel dienenden Ausführungsform aus 2 ist der Analog-Digital-Wandler 202 ein Mehrbitwandler, so dass das erste Signal eine Mehrbitdarstellung ist.

In einem Beispiel ist das erste Filter 208 ein finites Impulsantwortfilter (FIR-Filter) oder weist einen solches auf, beispielsweise ein FIR-Filter zweiter Ordnung. Anschaulich ist das erste Filter derart eingerichtet, dass das erste Filter 208 die Gruppenlaufzeit des aufgenommen Signals verändert, d.h. reduziert. Der hochfrequente Anteil des aufgenommenen Signals, d.h. das Wellenpakte, das von der Hüllkurve, umschlossen wird, wird durch das erste Filter nicht geändert. Die Hüllkurve ist der Amplitudenverlauf des Wellenpakets und bewegt sich mit der Gruppenlaufzeit fort.

Falls die Antwortfunktion des Sensors eine resonante Eigenschaft oder eine Resonanzspitze innerhalb des untersuchten Spektrums aufweist, kann ein FIR-Filter in der Lage sein, die Inverse des Frequenzgangs des Mikrofons 102 zu modellieren. Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen sind die Koeffizienten des FIR-Filters programmierbar oder veränderlich. Dies kann dazu dienen, die gewünschten Filtereigenschaften beizubehalten, wenn die Klangregelungsvorrichtung mit verschiedenen Abtastfrequenzen betrieben wird.

Alternativ ist das erste Filter 208 ein Rekursiv-Filter oder weist ein solches auf.

Das erste Filter 208 weist eine Eckfrequenz in einem Bereich von ungefähr 10 kHz bis ungefähr 40 kHz auf, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 16 kHz bis ungefähr 30 kHz auf, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 16 kHz bis ungefähr 22 kHz auf, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 25 kHz bis ungefähr 35 kHz auf.

Ist die Sensoranordnung eine Mikrofonanordnung, kann das erste Filter 208 beispielsweise eine Eckfrequenz im Bereich von ungefähr 16 kHz bis ungefähr 22 kHz aufweisen. Ist die Sensoranordnung eine Drucksensoranordnung, kann das erste Filter 208 beispielsweise eine Eckfrequenz im Bereich von ungefähr 25 kHz bis ungefähr 30 kHz aufweisen. Ein Grund für die unterschiedlichen Eckfrequenzen kann die anwendungsspezifisch unterschiedliche Ausgestaltung des Sensors und dessen Resonanzfrequenz sein.

Das erste Filter 208 ist eingerichtet, dass das erste Signal in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 22 kHz eine Gruppenlaufzeit aufweist, die kleiner gleich 0 Sekunden ist.

Das erste Filter 208 ist eingerichtet, dass das erste Signal in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 22 kHz eine Gruppenlaufzeit in einem Bereich von 0 Sekunden bis ungefähr –1·10–5 Sekunden aufweist.

Das erste Filter 208 ist eingerichtet, dass das erste Signal ein Gruppenlaufzeit-Minimum in einem Frequenzbereich aufweist. Die Schaltungsanordnung kann in diesem Frequenzbereich eine Resonanzfrequenz aufweisen. Das Gruppenlaufzeit-Minimum ist beispielsweise in einem Frequenzbereich von ungefähr 10 kHz bis ungefähr 30 kHz. Eine schwächere Dämpfung des Eingangssignals kann eine geringere Gruppenlaufzeit bewirken. Alternativ kann eine dazu stärkere Dämpfung zu einer relativ höheren Gruppenlaufzeit führen, die jedoch kleiner 0 µs sein kann. Es kann somit anwendungsspezifisch ausgewählt werden, ob eine stärkere Dämpfung eines Resonanzsignals der Sensoranordnung in einem vorgegebenen Frequenzbereich erwünscht ist oder alternativ eine geringere Gruppenlaufzeit in dem gleichen oder einem anderen Frequenzbereich erwünscht ist. Dies kann bei einer Abtastfrequenz durch Änderung der Dämpfung des ersten Filters realisiert werden.

Das erste Filter 208 kann derart eingerichtet sein, dass das erste Signal in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 20 kHz eine Verstärkung aufweist, die kleiner gleich 0 dB ist.

Das zweite Filter 214 ist ein Tiefpassfilter oder weist ein solches auf. Ein Tiefpassfilter kann entweder als ein Digitalfilter implementiert werden. Beispielsweise ist das zweite Filter 214 ein Tiefpassfilter dritter Ordnung oder weist ein solches auf.

Das zweite Filter 214 weist beispielsweise eine Eckfrequenz auf beispielsweise 22 kHz, 40 kHz, 50 kHz, 60 kHz, 70 kHz oder 80 kHz ist.

Die Eckfrequenz des zweiten Filters 214, d.h. die Frequenz ab der das zweite Filter 214 eine Transmission sperrt, entspricht in einem Ausführungsbeispiel der Eckfrequenz des ersten Filters 208.

Die Eckfrequenz des zweiten Filters 214 bzw. die Eckfrequenz des ersten Filters 208 kann auch als Grenzfrequenz, Passfrequenz oder Schwellenwert bezeichnet werden.

Das von dem Modulator 218 aufgenommene Signal weist eine erste Wortbreite auf. Der Modulator 218 ist eingerichtet, das von dem Modulator 218 aufgenommene Signal so zu verarbeiten, dass das von dem Modulator 218 bereitgestellte vierte Signal 218 eine zweite Wortbreite aufweist. Die zweite Wortbreite ist geringer als die erste Wortbreite, beispielsweise ist die erste Wortbreite größer als 4 bit, beispielsweise größer als 8 bit, beispielsweise größer als 20 bit; und die zweite Wortbreite kleiner als 8 bit, beispielsweise kleiner als 4 bit, beispielsweise 1 bit.

Das vierte Signal kann in beliebigen verschiedenen Darstellungen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein Einzelbitprotokoll verwendet werden, so dass das vierte Signal als ein Bitstrom bereitgestellt wird. Andere Implementationen können das vierte Signal als eine Sequenz von Bytes, beispielsweise im Hexadezimalsystem oder im Dezimalsystem, bereitstellen. Weitere Ausführungsformen können ein viertes Signal als ein Analogsignal bereitstellen.

Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen stellen ein viertes Signal in einer Einzelbitdarstellung bereit und können mittels des Modulator 218s zum Bereitstellen der Einzelbitdarstellung aus einer Mehrbitdarstellung, die in vorhergehenden Verarbeitungsschritten innerhalb der Sensoranordnung verwendet werden kann, bereitstellen.

Eine Sensoranordnung gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen umfasst ferner einen oder mehrere Anschlüsse, um die Möglichkeit bereitzustellen, alle Komponenten innerhalb des Sensoranordnung in einem einzigen Montageschritt durch den Anschluss (die Anschlüsse) mit weiteren Schaltungsanordnungen, gedruckten Leiterplatten oder dergleichen zu verbinden.

Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen einer Sensoranordnung umfassen eine gemeinsame Gehäuseanordnung, welche den Sensor und die weiteren Komponenten, beispielsweise den Verstärker, beispielsweise Sourcefolger, den ADC-Wandler, die Filter 208, 214; den Modulator 218, zumindest teilweise umschließt, wobei die gemeinsame Gehäuseanordnung Zufuhrverbinder für die elektrische Verbindung aller Komponenten mit weiteren Schaltungsanordnungen aufweist. Ein Sensoranordnung gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen kann als eine einzelne Einheit verstanden werden, die als eine diskrete unabhängige Vorrichtung behandelt werden kann, so dass die Komponenten innerhalb der Sensoranordnung mit weiteren Vorrichtungen oder Schaltungsanordnungen verbunden werden können, indem die Sensoranordnung insgesamt mit den weiteren Schaltungsanordnungen elektrisch verbunden wird. Dies kann es ermöglichen, die Anzahl der innerhalb einer Anwendung verwendeten Anschlüsse zu verringern, beispielsweise indem ein einziger Versorgungsspannungsanschluss für den Sensor und die weiteren Komponenten innerhalb des Gehäuses verwendet wird.

Der Modulator 218 der Sensoranordnung überträgt gemäß einer Ausführungsform eine Mehrbitdarstellung in eine Einzelbitdarstellung.

Gemäß der Ausführungsform aus 2 ist eine Abtastfrequenz Fs des Analog-Digital-Wandlers 202 veränderlich, so dass mehrere Abtastfrequenzen durch die Sensoranordnung unterstützt werden können. Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen von Sensoranordnungen ist eine Eigenschaft der Sensoranordnung 104 veränderlich, was es ermöglichen kann, ähnliche Modifikationseigenschaften der Sensoranordnung für verschiedene Abtastfrequenzen des Analog-Digital-Wandlers 202 zu erreichen. Die Abtastfrequenz weist beispielsweise einen Wert in einem Bereich von ungefähr 1 MHz bis ungefähr 4 MHz auf.

In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Filter 208 zum Aufnehmen des dritten Signals, das zweite Filter 214 zum Aufnehmen des ersten Signals 206 und der Modulator 218 zum Aufnehmen des zweiten Signals 210 eingerichtet. Mit anderen Worten: der Sensor stellt das analoge Signal bereit. Der Analog-Digital-Wandler 202 nimmt das analoge Signal auf und stellt ein erstes Signal 206 bereit. Das zweite Filter 214 nimmt das erste Signal 206 auf und stellt das dritte Signal 216 bereit. Das erste Filter 208 nimmt das dritte Signal 216 auf und stellt das zweite Signal 210 bereit. Der Modulator 218 nimmt das zweite Signal 210 auf und stellt das vierte Signal 220 bereit.

3A bis 3D zeigen Blockdiagramme verschiedener Ausführungsbeispiele einer Sensoranordnung 200, wie sie oben bereits beschrieben wurde.

In dem in 3A veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist in der Sensoranordnung 200 kein Tiefpassfilter, Modulator oder Dezimationsfilter vorgesehen. Der Schnittstelle 222 nachgeordnet, können derartige Komponenten jedoch vorgesehen sein. Beispielsweise kann, für den Fall einer Mikrofonanordnung, ein mit der Schnittstelle 222 verbundener Lautsprecher ein Tiefpassfilter, einen Modulator und/oder ein Dezimationsfilter aufweisen.

Mit anderen Worten: Der Sensor stellt das analoge Signal bereit. Der Analog-Digital-Wandler 202 nimmt das analoge Signal auf und stellt ein erstes Signal 206 bereit. Das erste Filter 208 ist zum Aufnehmen eines auf dem ersten Signal 206 basierenden Signals, beispielsweise dem ersten Signal 206, eingerichtet und stellt das zweite Signal 210 bereit, dass im Wesentlichen dem an die Schnittstelle 220 bereitgestellten Signal 220 entsprechen kann. Das erste Signal, das zweite Signal und/oder das von der Sensoranordnung 200 an der Schnittstelle 222 bereitgestellte Signal kann jeweils ein Mehr-Bit Signal sein, beispielsweise mit der gleichen oder im Wesentlichen gleichen Wortbreite.

In dem in 3B veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist in der Sensoranordnung 200 aus 3A ferner ein zweites Filter 214 vorgesehen. Die Sensoranordnung 200 ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein lineares, zeitinvariantes System. Das zweite Filter 214 kann somit zwischen dem Analog-Digital-Wandler 202 und dem ersten Filter 208 und/oder zwischen dem ersten Filter 208 und der Schnittstelle 222 angeordnet sein bezüglich des Signalflusses. Das an der Schnittstelle 222 bereitgestellte Signal ist in beiden Anordnungen identisch. Das zweite Filter 214 kann beispielsweise ein mehrstufiges Filter sein, beispielsweise ein mehrstufiges Tiefpassfilter. Dadurch kann beispielsweise die Amplitude des hochfrequenten Signalanteils des an der Schnittstelle 222 bereitgestellten Signals reduziert werden. Dies bewirkt beispielsweise bei einer Mikrofonanordnung, dass die Klangqualität verbessert werden kann. Mit anderen Worten: Das zweite Filter 214 kann eine Begrenzung der hochfrequenten Signalanteile bewirken, die keine oder im Wesentlichen keine Informationen tragen, auch bezeichnet als „Out Of Band“ Energie. In einigen Anwendungen ist die maximale Amplitude in den hochfrequenten Signalanteilen begrenzt bzw. eine Begrenzung erforderlich, beispielsweise soll der Amplitudengang ab einer Frequenz von 40 kHz unterhalb einer vorgegebenen Obergrenze liegen. In diesem Fall wird die Gruppenlaufzeit gemäß 6A, die einen Tiefpass als zweites Filter aufweist, zur Erfüllung der „Out Of Band“-Spezifikation verwendet. Durch das zweite Filter erhöht sich die Gruppenlauzeit.

Das an der Schnittstelle 222 bereitgestellte Signal kann in diesem Ausführungsbeispiel ein Mehr-Bit-Signal sein. Das Mehr-Bit-Signal kann beispielsweise die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Wortbreite aufweisen wie das erste Signal 206.

In den in 3C und 3D veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist in der Sensoranordnung 200 aus 3A ferner ein Dezimationsfilter 300 vorgesehen. Das Dezimationsfilter ist eingerichtet, ein Signal 302 mit verringerter bzw. reduzierter Abtastrate bereitzustellen, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird. Alternativ oder zusätzlich zum Dezimationsfilter 300 kann ein Filter vorgesehen sein, dass eine Erhöhung der Abtastrate bewirkt, beispielsweise ein Interpolationsfilter.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das in 3B veranschaulichte zweite Filter 214 bzw. dessen Funktion zusätzlich in dem ersten Filter 208 oder in dem Dezimationsfilter 300 implementiert sein.

Bei dem in 3C veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Dezimationsfilter 300 bezüglich des Signalflusses zwischen dem Analog-Digital-Wandler 202 und dem ersten Filter 208 angeordnet. Bei dem in 3D veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Dezimationsfilter 300 bezüglich des Signalflusses zwischen dem ersten Filter 208 und der Schnittstelle 222 angeordnet. Die Sensoranordnung 200 mit Dezimationsfilter 300 in verschiedenen Ausführungsbeispielen ist kein lineares, zeitinvariantes System mehr, wie dies bei den Ausführungsbeispielen der 3A, B der Fall ist. Insofern unterscheidet sich das an der Schnittstelle 222 bereitgestellte Signal der Sensoranordnung 200 aus 3C von dem an der Schnittstelle 222 bereitgestellten Signal aus 3D, wenn die verwendeten Filter der Sensoranordnungen die gleichen Filterkoeffizienten aufweisen.

Das an der Schnittstelle 222 bereitgestellte Signal kann in diesen Ausführungsbeispielen jeweils ein Mehr-Bit-Signal sein.

Anschaulich zeigt 3C eine Sensoranordnung mit Gruppenlaufzeitoptimierung, wenn das Signal der Sensoranordnung anwendungsspezifisch auf einer niedrigeren Abtastrate bereitgestellt werden soll.

Für die Abtastratenreduzierung kann das Dezimationsfilter 300 verwendet werden. Das Dezimationsfilter kann eine Tiefpassfilterung und eine Abtastratenreduktion bewirken.

Das Ausführungsbeispiel aus 3D zeigt zudem, dass das erste Filter 208 auch auf der höheren Abtastrate des ersten Signals platziert werden kann.

Mittels des Dezimationsfilters werden der Modulator und/oder das zweite Filter optional, beispielsweise können entfallen. Aus den unten noch ausführlicher beschriebenen 6B und 7 ist ein Vergleich der Gruppenlaufzeit ersichtlich, woraus zu erkennen ist, dass die Anwendungsbeispiele mit Multi-Bit Schnittstelle eine zusätzliche Verbesserung der Gruppenlaufzeit bewirken.

Der Analog-Digital-Wandler ist beispielsweise ein Sigmadelta Analog-Digital-Wandler 3. Ordnung. Das Dezimationsfilter kann beispielsweise ein Kammfilter 3.Ordnung sein.

4A, 4B zeigen weiterhin in weiteren Einzelheiten ein erstes Filter 208 in Form eines finiten Impulsantwortfilters, beispielsweise in Form eines finiten Impulsantwortfilters zweiter Ordnung. Das erste Filter ist Teil einer beschriebenen Sensoranordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Das finite Impulsantwortfilter arbeitet im zeitdiskreten digitalen Bereich und stellt bei jedem Verarbeitungsschritt ein Ausgangssignal bereit, das vom mit einem ersten Skalierungsparameter (c0) multiplizierten gegenwärtigen Eingangssignal abhängt, beispielsweise ist c0 = 1227. Das Eingangssignal kann das von dem ersten Filter 208 aufgenommene Signal sein.

Das von dem ersten Filter 208 ausgegebene zweite Signal 210 hängt ferner vom mit einem zugeordneten zweiten Skalierungsparameter c1, beispielsweise ist c1 = –2411, multiplizierten vorhergehenden Eingangssignal oder Abtastwert und vom mit einem dritten Skalierungsparameter c2, beispielsweise ist c2 = 1185, multiplizierten vorletzten Eingangssignal ab. Das zweite Signal 210 ist die Summe eines skalierten Eingangsabtastwerts, eines skalierten vorhergehenden Eingangsabtastwerts und eines skalierten vorletzten Eingangsabtastwerts.

Beispielsweise ist das erste Filter ein FIR-Filter zweiter Ordnung, wobei die Eckfrequenz bei ungefähr 20 kHz liegt.

Das in 4A veranschaulichte zweite Filter wirkt zur Stabilisierung der Sensoranordnung und ist beispielsweise ein Wellendigitalfilter dritter Ordnung, beispielsweise ein Tschebyscheff-Filter, beispielsweise mit einer Eckfrequenz bei 70kHz.

In einem Ausführungsbeispiel kann das zweite Filter als ein FIR-Filter eingerichtet sein.

4C zeigt in weiteren Einzelheiten ein Dezimationsfilter 300 einer Sensoranordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, die im Wesentlichen einem beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht.

Das Dezimationsfilter kann einstufig oder mehrstufig eingerichtet sein.

4C zeigt beispielsweise ein zwei-stufiges Dezimationsfilter 300 3. Ordnung mit einer ersten Stufe 404, die ein dezimiertes Signal 402 bereitstellt, und einer zweiten Stufe 406, die das Signal 302 des Dezimationsfilters 300 bereitstellt. Die zweite Stufe 406 kann die Abtastrate des dezimierten Signals 402 weiter reduzieren. Dadurch sind beispielsweise beliebige Dezimationen möglich, beispielsweise um einen Faktor in einem Bereich von 2 bis 48.

Ein Dezimationsfilter bzw. eine Stufe eines Dezimationsfilters kann beispielsweise als ein Kamm-Filter (comb filter) eingerichtet sein. Die Ordnung des Dezimationsfilters kann der Ordnung des Analog-Digital-Wandlers entsprechen.

Alternativ oder zusätzlich zum Dezimationsfilter kann ein Interpolationsfilter in der Sensoranordnung vorgesehen sein, um die Abtastrate zu erhöhen. In Kombination mit einem zweiten Filter in Form eines Sperr- und/oder Passfilters, kann dadurch der frequenzabhängige Amplitudengang in einem vorgegebenen Frequenzbereich geglättet oder gedämpft werden bzw. eine anwendungsspezifisch vorgegebene Abtastrate eingestellt werden.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Sensoranordnung ein einziges Filter aufweisen, dass die beschriebene Funktion des ersten Filters, des zweiten Filters und/oder des Dezimationsfilters (bzw. eines Interpolationsfilters) erfüllt, beispielsweise den in 5A, B beschriebenen Amplituden- und Phasengang. Mit anderen Worten: das erste Filter und das zweite Filter, d.h. deren Funktionalität, können in einem einzigen Filter implementiert sein. Das einzige Filter kann auch als Gesamtfilter bezeichnet werden. Mit anderen Worten: Das Gesamtfilter weist das erste Filter, das zweite Filter und/oder das Dezimations-/Interpolationsfilter auf. Alternativ weist das Gesamtfilter die Funktion des ersten Filters, die Funktion des zweiten Filters und/oder die Funktion des Dezimations-/Interpolationsfilters auf.

Das erste Filter und/oder das zweite Filter können in verschiedene Ausführungsbeispielen Filter nullter Ordnung, erster Ordnung, zweiter, Ordnung, dritter Ordnung oder noch höherer Ordnung sein, insofern dieses Filter die beschrieben Funktion erfüllt. Beispielsweise weist das erste Filter einen mit steigender Frequenz positiv steigenden Phasengang auf. Das zweite Filter ist beispielsweise eingerichtet, die Amplitude eines hochfrequenten Signals zu reduzieren.

5A und 5B zeigen Darstellungen 500, 510 des Frequenzgangs eines ersten Filters von Ausführungsbeispielen einer oben beschriebenen Sensoranordnung. Das erste Filter ist als FIR-Filter zweiter Ordnung implementiert. Die in 5A, B veranschaulichten Beispiele 502, 504, 506, 508 des ersten Filters weisen unterschiedliche Dämpfungswerte des schwingungsfähigen Systems auf. Die (normalisierte) Dämpfung kann einen Wert zwischen 0 und 1 aufweisen, wobei bei einem Wert von 0 ein Resonator vorliegt und bei einem Wert von 1 jegliche Schwingung unterdrückt ist. Das erste Beispiel 502 weist die größte Dämpfung unter den vier Beispielen 502, 504, 506, 508 und das vierte Beispiel 508 die geringste Dämpfung unter den vier Beispielen 502, 504, 506, 508 auf. Das zweite Beispiel 504 und das dritte Beispiel 506 sind Zwischenwerte.

Die x-Achse 110 in 5A, B zeigt die Frequenz in Einheiten von Hz. In 5A zeigt die y-Achse 120 die Gruppenlaufzeit 120 in Einheiten von Sekunden durch das erste Filter. In 5B zeigt die y-Achse 512 die Verstärkung in Einheiten von dB. Eine negative Verstärkung entspricht einer Dämpfung der Signalamplitude des in dem ersten Filter aufgenommenen Signals beim Durchlauf durch das erste Filter.

In 5A und 5B sind die Gruppenlaufzeit 120 bzw. die Verstärkung 512 von Signalen durch erste Filter mit unterschiedlicher Eckfrequenz gezeigt.

Im dargestellten Frequenzbereich von ungefähr 100 Hz bis ungefähr 4 kHz ist die Gruppenlaufzeit 120 und die Verstärkung 512 im Wesentlichen linear abhängig bzw. im Wesentlichen konstant, d.h. unabhängig von der Frequenz 110 des von dem ersten Filter aufgenommenen Signals. Es erfolgt somit im Wesentlichen eine 1-zu-1 Abbilddung des von dem ersten Filter aufgenommenen Signals in diesem Frequenzbereich.

Das erste Filter, das in diesem Frequenzbereich eine hohe Gruppenlaufzeit aufweist, die jedoch kleiner Null ist, weist im Frequenzbereich zwischen ungefähr 10 kHz und ungefähr 40 kHz eine geringere Gruppenlaufzeit und eine geringe Verstärkung, bzw. größere Dämpfung auf, als ein erstes Filter, das in dem Frequenzbereich von ungefähr 100 Hz bis ungefähr 3 kHz eine geringere Gruppenlaufzeit aufweist. Die Gruppenlaufzeit durch das erste Filter ist abhängig von der Eckfrequenz des ersten Filters. Je größer die Eckfrequenz ist, umso geringer ist die Gruppenlaufzeit im Frequenzbereich von ungefähr 100 Hz bis ungefähr 3 kHz, desto größer ist jedoch auch die Dämpfung (siehe 5B) des Signals im Frequenzbereich zwischen ungefähr 10 kHz und ungefähr 40 kHz.

Im Frequenz Bereich zwischen ungefähr 10 kHz und ungefähr 30 kHz kann eine Resonanzfrequenz eines Sensors der Sensoranordnung angeordnet sein, mit dem das erste Filter verbunden ist, d.h. das von dem ersten Filter bereitgestellte Signal basiert auf dem von dem Sensor bereitgestellten Signal. Somit kann das erste Filter geeignet sein, die Schwingung des Sensors der Sensoranordnung zu dämpfen. Die starke Resonanzspitze des ersten Filters bei etwa 19 kHz führt zu einer Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Signals des Sensors, was ein unerwünschtes Verhalten sein kann.

Die in 5B veranschaulichte, positive Verstärkung des Signals kann in hochfrequenten Bereichen, beispielsweise ab 40 kHz, zu einer signifikanten Verstärkung der Amplitude von ansonsten im Wesentlichen vernachlässigbaren Frequenzbereichen führen. Beispielsweise ist die Amplitude des analogen Signals des Sensors in diesem Bereich gering und im Wesentlichen vernachlässigbar. Mittels der Verstärkung des Signals in diesen Frequenzbereichen durch das erste Filter kann der Modulator übersteuert werden. Das zweite Filter, beispielsweise in Form eines Tiefpass- oder Bandpassfilters mit einer Eckfrequenz beispielsweise ab 40 kHz, kann die hochfrequenten Anteile filtern, so dass eine Übersteuerung des Modulators verhindert wird.

Mit anderen Worten: im Passband-Bereich des zweiten Filters ist der Amplitudengang, d.h. die Verstärkung des ersten Filters flach, ist und höhere Frequenzen werden durch das erste Filter verstärkt. Das zweite Filter stabilisiert somit die Anordnung und verhindert eine Übersteuerung des Modulators.

Mit dem zweiten Filter ist wiederum eine positive Gruppenlaufzeit verbunden. Um für die Gesamtanordnung eine optimierte Gruppenlaufzeit zu erhalten, werden das erste Filter und das zweite Filter daher aufeinander abgestimmt. Das zweite Filter weist eine möglichst niedrige Eckfrequenz auf, beispielsweise nahe an der Bandgrenze des zweiten Filters. Das erste Filter weist eine möglichst hohe Eckfrequenz auf. Dadurch wird einerseits die Stabilität der Gesamtanordnung gesichert. Weiterhin kann dadurch die (positive) Gruppenlaufzeit der Gesamtanordnung möglichst klein gehalten werden. Dadurch wird eine Sensoranordnung mit optimierter Gruppenlaufzeit erhalten.

Ist anwendungsspezifisch ein Mehr-Bit-Ausgabesignal (auch bezeichnet als m-Bit oder Multi-Bit) zulässig oder erwünscht, ist das zweite Filter optional oder kann eine sehr hohe Passfrequenz aufweisen. Die Wortbreite, d.h. die Bit-Anzahl, des von der Sensoranordnung bereitgestellten Signals, kann mittels eines oben beschriebenen Modulators oder Dezimations- bzw. Interpolationsfilters auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Der vorgegebene Wert kann einen Wert in einem Bereich von 1 Bit bis beispielsweise 1024 Bit aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von 1 Bit bis beispielsweise 128 Bit, bis beispielsweise 64 Bit, bis beispielsweise 32 Bit, bis beispielsweise 16 Bit, bis beispielsweise 8 Bit, bis beispielsweise 4 Bit bis beispielsweise 2 Bit. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass jedem der genannten Bits eine Amplitudeninformation zugeordnet ist. Beispielsweise können höhere Bits einem hochfrequenten Signalanteil zugeordnet sein, der jedoch von dem zweiten Filter gesperrt wird. Die höhere Bit-Anzahl kann anwendungsspezifisch jedoch für die weitere Signalverarbeitung notwendig sein. Dadurch kann nachgeschaltet beispielsweise auf einen weiteren Modulator oder ein Dezimations-/Interpolationsfilter verzichtet werden bzw. dieser optional werden.

6A, B zeigen Diagramme 600, 610 zur Gruppenlaufzeit einer Sensoranordnung. Dargestellt ist der Frequenzgang einer MEMS Struktur 604, einer herkömmlichen Mikrofonanordnung 602 gemäß 9, eines Ausführungsbeispiels 606 gemäß einem der genannten Ausführungsbeispiele mit Tiefpassfilter und Modulator, und eines Ausführungsbeispiels 608 gemäß einem der genannten Ausführungsbeispiele ohne Tiefpassfilter, Dezimationsfilter oder Modulator, d.h. nur mit erstem Filter. Die x-Achse 110 zeigt die Frequenz in Einheiten von Hz und die y-Achse 120 zeigt die Gruppenlaufzeit 120 in Einheiten von Sekunden durch die jeweilige Sensoranordnung.

Aus 6A, B ist ersichtlich, dass die Sensoranordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen eine geringere Gruppenlaufzeit aufweist als eine herkömmliche Sensoranordnung sowie eine geringere Gruppenlaufzeit aufweist als eine in diesen Sensoranordnungen verwendete MEMS. Die geringere Gruppenlaufzeit erlaubt eine stärkere Dämpfung von Störsignalen, wie in 1 beschrieben ist. Dies ermöglicht eine Sensoranordnung mit einem verbesserten Signal-zu-Rauschen-Verhältnis bereitzustellen. Ohne zweites Filter, d.h. im Beispiel 608, kann die Gruppenlaufzeit bezogen auf das Beispiel 606 mit zweitem Filter zudem noch weiter reduziert werden, da die Erhöhung der Gruppenlaufzeit des Signals durch das zweite Filter entfällt.

7 zeigt ein Diagramm 700 zur Gruppenlaufzeit einer Sensoranordnung. Dargestellt ist der Frequenzgang einer MEMS Struktur 604 von Ausführungsbeispielen mit Dezimationsfilter 702, 704, 708, 710 mit unterschiedlicher Dezimationsstufe (710: Faktor 4, 708: Faktor 8, 704: Faktor 16, 702: Faktor 24) gemäß einem der genannten Ausführungsbeispiele mit Dezimationsfilter. Das Dezimationsfilter kann dabei einstufig oder mehrstufig eingerichtet sein. Bei einem mehrstufigen Dezimationsfilter können die einzelnen Stufen den gleichen oder einen unterschiedlichen Dezimationsfaktor aufweisen. Der Dezimationsfaktor bzw. Faktor gibt den Grad an, um den die Abtastrate reduziert wird.

Die x-Achse 110 zeigt die Frequenz in Einheiten von Hz und die y-Achse 120 zeigt die Gruppenlaufzeit 120 in Einheiten von Sekunden durch die jeweilige Sensoranordnung.

Aus 7 ist ersichtlich, dass mit zunehmenden Faktor, d.h. mit abnehmender Abtastrate, die Gruppenlaufzeit im veranschaulichten Signalbereich, beispielsweise für Frequenzen größer 1 kHz, signifikant größer ist. Entsprechend kann anwendungsspezifisch mittels eines Kompromisses aus Gruppenlaufzeit und Abtastrate eine optimierte Gruppenlaufzeit ermittelt werden.

8 zeigt ein Diagramm zu einem Verfahren zur Signalverarbeitung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Das Verfahren 800 weist ein Bereitstellen S1 eines analogen Signals, ein Umwandeln S2 des analogen Signals in ein digitales, erstes Signal und ein Verarbeiten S3 des ersten Signals in ein zweites Signal auf. Das erste Signal weist eine erste Gruppenlaufzeit auf und das zweite Signal weist eine zweite Gruppenlaufzeit auf, wobei die zweite Gruppenlaufzeit kleiner ist als die erste Gruppenlaufzeit. Das erste Signal weist eine erste Wortbreite auf und das zweite Signal weist eine zweite Wortbreite auf, wobei die zweite Wortbreite geringer ist als die erste Wortbreite.

Die Signalverarbeitung kann beispielsweise mittels einer oben beschriebenen Schaltungsanordnung durchgeführt werden. Die Schaltungsanordnung kann beispielsweise als eine Drucksensoranordnung ausgebildet sein oder eine solche aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Schaltungsanordnung als eine Mikrofonanordnung ausgebildet sein oder eine solche aufweisen.

Das analoge Signal kann beispielsweise erzeugt werden mittels einer Auslenkung einer Membran eines Sensors der Sensoranordnung. Die Membran ist beispielsweise eine mikroelektromechanische Struktur oder weist eine solche auf.

Das Verarbeiten S3 des ersten Signals in ein zweites Signal kann mittels eines Signaldurchlaufs durch ein erstes Filter erfolgen, das beispielsweise ein FIR-Filter ist oder aufweist, beispielsweise ein FIR-Filter zweiter Ordnung.

Das erste Filter kann eine Eckfrequenz in einem Bereich von ungefähr 16 kHz bis ungefähr 30 kHz aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 16 kHz bis ungefähr 22 kHz. Das erste Filter kann derart eingerichtet sein, dass das erste Signal ein Gruppenlaufzeit-Minimum in einem Frequenzbereich aufweist, wobei die Schaltungsanordnung eine Resonanzfrequenz in diesem Frequenzbereich aufweist. Das erste Filter kann beispielsweise eingerichtet sein, dass das erste Signal in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 4 kHz eine Verstärkung aufweist, die kleiner gleich 0 dB ist. Das

Alternativ oder zusätzlich kann das Verarbeiten S3 des ersten Signals in ein zweites Signal mittels eines Signaldurchlaufs durch ein zweites Filter erfolgen, das beispielsweise ein Tiefpassfilter ist oder aufweist. Das zweite Filter kann eine Eckfrequenz größer gleich 20 kHz aufweisen.

Beispiel 1, das mit Bezug auf 1 bis 8 beschrieben ist, ist eine Schaltungsanordnung, die einen Sensor aufweist. Der Sensor ist eingerichtet ein analoges Signal bereitzustellen. Die Schaltungsanordnung weist weiterhin einen Analog-Digital-Wandler auf, der eingerichtet ist, das analoge Signal aufzunehmen und ein erstes Signal bereitzustellen. Die Schaltungsanordnung weist weiterhin ein erstes Filter auf, das zum Bereitstellen eines zweiten Signals eingerichtet ist. Die Schaltungsanordnung weist weiterhin ein zweites Filter auf, das eingerichtet ist ein drittes Signal bereitzustellen. Die Schaltungsanordnung weist weiterhin einen Modulator auf, der eingerichtet ist ein viertes Signal bereitzustellen. Das erste Filter, das zweite Filter und der Modulator sind mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden, sodass das erste Signal in das vierte Signal verarbeitet bzw. umgewandelt, oder umgeändert wird. Das von dem ersten Filter aufgenommene Signal weist eine erste Gruppenlaufzeit auf und das erste Filter ist eingerichtet, das von dem ersten Filter aufgenommene Signal so zu verarbeiten, dass das von dem ersten Filter ausgegebene zweite Signal eine zweite Gruppenlaufzeit aufweist, wobei die zweite Gruppenlaufzeit kleiner ist als die erste Gruppenlaufzeit. Das zweite Filter ist als ein frequenzselektives Filter eingerichtet, das von dem zweiten Filter aufgenommene Signal so zu verarbeiten, dass die Amplitude des von dem zweiten Filter aufgenommenen Signals in einem vorgegebenen Frequenzbereich reduziert wird. Der vorgegebene Frequenzbereich weist eine Frequenz größer als 20 kHz auf.

Dies ermöglicht es die Gruppenlaufzeit eines Signals in der Sensoranordnung zu reduzieren. Dadurch können störende Umgebungssignale stärker gedämpft werden, ohne dass dabei Informationen verloren gehen. Damit kann das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis der Sensoranordnung und damit deren Sensitivität verbessert werden. Zudem wird eine Überladung des Modulators verhindert.

In Beispiel 2 kann der Gegenstand des Beispiels 1 ferner aufweisen, dass das erste Filter zum Aufnehmen des ersten Signals, das zweite Filter zum Aufnehmen des zweiten Signals und der Modulator zum Aufnehmen des dritten Signals eingerichtet sind.

In Beispiel 3 kann der Gegenstand des Beispiels 1 oder 2 ferner aufweisen, dass die Schaltungsanordnung als eine Drucksensoranordnung ausgebildet ist oder eine solche aufweist.

In Beispiel 4 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 3 ferner aufweisen, dass die Schaltungsanordnung als eine Mikrofonanordnung ausgebildet ist oder eine solche aufweist.

In Beispiel 5 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 4 ferner aufweisen, dass der Sensor eine Membran aufweist, wobei eine Auslenkung der Membran aus einer Ruhelage das analoge Signal erzeugt.

In Beispiel 6 kann der Gegenstand des Beispiels 5 ferner aufweisen, dass die Membran eine mikroelektromechanische Struktur ist oder aufweist.

In Beispiel 7 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 6 ferner aufweisen, dass das erste Filter ein FIR-Filter ist oder aufweist.

In Beispiel 8 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 7 ferner aufweisen, dass das erste Filter ein FIR-Filter zweiter Ordnung ist oder aufweist.

In Beispiel 9 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 8 ferner aufweisen, dass das erste Filter eine Eckfrequenz in einem Bereich von ungefähr 16 kHz bis ungefähr 22 kHz aufweist.

In Beispiel 10 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 9 ferner aufweisen, dass das erste Filter eingerichtet ist, dass das erste Signal ein Gruppenlaufzeit-Minimum in einem Frequenzbereich aufweist, wobei die Schaltungsanordnung eine Resonanzfrequenz in diesem Frequenzbereich aufweist.

In Beispiel 11 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 10 ferner aufweisen, dass das erste Filter eingerichtet ist, dass das erste Signal in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 20 kHz eine Verstärkung aufweist, die kleiner gleich 0 dB ist.

In Beispiel 12 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 11 ferner aufweisen, dass das zweite Filter ein Tiefpassfilter ist oder aufweist.

In Beispiel 13 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 12 ferner aufweisen, dass das zweite Filter eine Eckfrequenz in einem Bereich von ungefähr 40 kHz bis ungefähr 80 kHz aufweist.

In Beispiel 14 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 13 ferner aufweisen, dass das vierte Signal eine dritte Gruppenlaufzeit aufweist und das analoge Signal eine vierte Gruppenlaufzeit aufweist, wobei die dritte Gruppenlaufzeit in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 20 kHz kleiner ist als die vierte Gruppenlaufzeit.

In Beispiel 15 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 13 ferner ein Gesamtfilter aufweisen, wobei das Gesamtfilter das erste Filter und das zweite Filter aufweist, oder wobei das Gesamtfilter die Funktion des ersten Filters und die Funktion des zweiten Filters aufweist.

In einem Beispiel 16, das mit Bezug auf 1 bis 8 beschrieben ist, weist ein Verfahren zur Signalverarbeitung auf: Bereitstellen eines analogen Signals, Umwandeln des analogen Signals in ein digitales, erstes Signal; Verarbeiten des ersten Signals in ein zweites Signal, wobei das erste Signal eine erste Gruppenlaufzeit aufweist und das zweite Signal eine zweite Gruppenlaufzeit aufweist, wobei die zweite Gruppenlaufzeit kleiner ist als die erste Gruppenlaufzeit; und wobei das erste Signal eine erste Wortbreite aufweist, und das zweite Signal eine zweite Wortbreite aufweist, wobei die zweite Wortbreite geringer ist als die erste Wortbreite.

Beispiel 17, das mit Bezug auf 1 bis 8 beschrieben ist, ist eine Schaltungsanordnung, die einen Sensor aufweist. Der Sensor ist eingerichtet ein analoges Signal bereitzustellen. Die Sensoranordnung weist weiterhin einen Analog-Digital-Wandler auf, der eingerichtet ist, das analoge Signal aufzunehmen und ein erstes Signal bereitzustellen. Die Sensoranordnung weist weiterhin ein erstes Filter auf, das eingerichtet ist, ein auf dem ersten Signal basierendes Signal aufzunehmen und ein zweites Signal bereitzustellen. Das erste Filter ist eingerichtet, so dass das zweite Signal in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 10 kHz unverstärkt oder im Wesentlichen unverstärkt durchgelassen wird. Das Filter ist ferner eingerichtet, sodass das zweite Signal mindestens ab einer vorgegebenen Frequenz, die größer als ungefähr 20 kHz ist, eine Verstärkung aufweist, die größer als 0 dB ist.

Dies bewirkt eine Reduzierung der Gruppenlaufzeit des ersten Signals.

Ein unverstärktes bzw. im Wesentlichen unverstärktes Durchlassen des von dem ersten Filter aufgenommenen Signals kann als eine 1-zu-1 Abbildung von aufgenommenen Signals zu bereitgestelltem (zweiten) Signal in diesem Frequenzbereich verstanden werden, beispielsweise bis auf eine auf einen Stromripple zurückzuführende Verstärkung. Ein unverstärktes bzw. im Wesentlichen unverstärktes Durchlassen kann in dem Frequenzbereich beispielsweise eine Verstärkung im Bereich von –3 dB bis +3 dB aufweisen.

Beispielsweise kann das erste Filter eingerichtet sein, das aufgenommene Signal ab einer Frequenz von ungefähr 20 kHz zu verstärken, d.h. eine Verstärkung der Amplitude größer 0 dB aufweisen. Die Verstärkung kann jedoch auch ab Frequenzen größer 10 kHz größer als 0 dB sein, siehe bspw. den Verlauf der Signalkurve 502 in 5B. Mit anderen Worten: die Verstärkung ist nicht notwendigerweise erst ab einer Frequenz von ungefähr 20 kHz betragsmäßig größer als 0 dB.

Die Verstärkung ab einer Frequenz von ungefähr 20 kHz kann einen linearen oder im Wesentlichen linearen Verlauf aufweisen. Die lineare oder im Wesentlichen lineare Abhängigkeit der Verstärkung von der Frequenz bezieht sich auf eine Darstellung der Verstärkung des Signals in Einheiten von Dezibel (dB) in logarithmischer Darstellung der Frequenz, siehe bspw. Signalverstärkungen in 5B für Frequenzen ab 20 kHz. Eine lineare Abhängigkeit bedeutet, dass der Verlauf des frequenzabhängigen Verstärkungsgangs des Signals durch eine Gerade approximiert werden kann. Die Verstärkung des Signals kann bei einer gegebenen Frequenz dabei geringfügig von dem Wert der Geraden bei dieser Frequenz abweichen. Die Verstärkung des Signals kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr ±10 %, beispielsweise ±5 %, von dem Verstärkungswert der Geraden liegen. Bei einer derartigen Abweichung kann noch von einer im Wesentlichen linearen Abhängigkeit ausgegangen werden.

Für den Fall, dass das von einem Filter aufgenommene Signal auf einem anderen, bereitgestellten Signal basiert, ist derart zu verstehen, dass das aufgenommene Signal identisch mit dem bereitgestellten Signal ist oder das bereitgestellte Signal zunächst noch anderweitig verarbeitet wird, beispielsweise durch ein anderes Filter, bevor es von dem Filter aufgenommen wird.

In einem Beispiel 18 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 ferner ein zweites Filter auf, das mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden ist und eingerichtet ist, ein auf dem ersten Signal basierendes drittes Signal bereitzustellen.

In einem Beispiel 19 weist die Sensoranordnung des Beispiels 18 ferner auf, dass das zweite Filter als ein frequenzselektives Filter eingerichtet ist, das von dem zweiten Filter aufgenommene Signal so zu verarbeiten, dass die Amplitude des von dem zweiten Filter aufgenommenen Signals in einem vorgegebenen Frequenzbereich reduziert wird, wobei der vorgegebene Frequenzbereich eine Frequenz größer als 20 kHz aufweist.

In einem Beispiel 20 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 19, ferner einen Modulator auf, der mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden ist und eingerichtet ist, ein auf dem ersten Signal basierendes viertes Signal bereitzustellen.

In einem Beispiel 21 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 20 ferner ein Dezimationsfilter auf, das mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden ist und eingerichtet ist, ein auf dem ersten Signal basierendes fünftes Signal bereitzustellen.

In einem Beispiel 22 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 21 ferner eine Schnittstelle zum Bereitstellen eines sechsten Signals auf, dass auf dem zweiten Signal basiert, wobei die Schnittstelle zum Bereitstellen des sechsten Signals an eine Schaltungsanordnung-externe Umgebung eingerichtet ist.

In einem Beispiel 23 weist die Sensoranordnung des Beispiels 22 ferner auf, dass das sechste Signal ein Mehr-Bit Signal ist.

In einem Beispiel 24 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 23 ferner auf, dass die Schaltungsanordnung als eine Drucksensoranordnung ausgebildet ist oder eine solche aufweist.

In einem Beispiel 25 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 24 ferner auf, dass die Schaltungsanordnung als eine Mikrofonanordnung ausgebildet ist oder eine solche aufweist.

In einem Beispiel 26 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 25 ferner auf, dass der Sensor eine Membran aufweist, wobei eine Auslenkung der Membran aus einer Ruhelage das analoge Signal erzeugt.

In einem Beispiel 27 weist die Sensoranordnung des Beispiels 26 ferner auf, dass die Membran eine mikroelektromechanische Struktur ist oder aufweist.

In einem Beispiel 28 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 27 ferner auf, dass das erste Filter ein FIR-Filter ist oder aufweist.

In einem Beispiel 29 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 28 ferner auf, dass das erste Filter ein FIR-Filter zweiter Ordnung ist oder aufweist.

In einem Beispiel 30 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 29 ferner auf, dass das erste Filter eine Eckfrequenz in einem Bereich von ungefähr 16 kHz bis ungefähr 22 kHz aufweist.

In einem Beispiel 31 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 30 ferner auf, dass das erste Filter eingerichtet ist, dass das erste Signal ein Gruppenlaufzeit-Minimum in einem Frequenzbereich aufweist, wobei die Schaltungsanordnung eine Resonanzfrequenz in diesem Frequenzbereich aufweist.

In einem Beispiel 32 weist die Sensoranordnung des Beispiels 18 bis 31 ferner auf, dass das zweite Filter ein Tiefpassfilter ist oder aufweist.

In einem Beispiel 33 weist die Sensoranordnung des Beispiels 18 bis 32 ferner auf, dass das zweite Filter eine Eckfrequenz in einem Bereich von ungefähr 40 kHz bis ungefähr 80 kHz aufweist.

In einem Beispiel 34 weist die Sensoranordnung des Beispiels 17 bis 33 ferner auf, dass das von der Sensoranordnung bereitgestellte Signal eine erste Gruppenlaufzeit aufweist und das analoge Signal eine zweite Gruppenlaufzeit aufweist, wobei die erste Gruppenlaufzeit in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 20 kHz kleiner ist als die zweite Gruppenlaufzeit.

In einem Beispiel 35 weist die Sensoranordnung des Beispiels 18 bis 34 ferner ein Gesamtfilter auf, wobei das Gesamtfilter das erste Filter und das zweite Filter aufweist, oder wobei das Gesamtfilter die Funktion des ersten Filters und die Funktion des zweiten Filters aufweist.

In einem Beispiel 36, das mit Bezug auf 1 bis 8 beschrieben ist, wird ein Verfahren zur Signalverarbeitung beschrieben. Das Verfahren weist ein Bereitstellen eines analogen Signals, ein Umwandeln des analogen Signals in ein digitales, erstes Signal und ein Verarbeiten des ersten Signals in ein zweites Signal auf. Das erste Signal weist eine erste Gruppenlaufzeit auf und das zweite Signal weist eine zweite Gruppenlaufzeit auf, wobei die zweite Gruppenlaufzeit kleiner ist als die erste Gruppenlaufzeit.

Das Verfahren kann eine oben beschriebene Sensoranordnung erfordern oder mit einer solchen durchgeführt werden.

In einem Beispiel 37 weist das Verfahren des Beispiels 36 ferner auf, dass das erste Signal eine erste Wortbreite aufweist und das zweite Signal eine zweite Wortbreite aufweist, wobei die zweite Wortbreite geringer ist als die erste Wortbreite.

Obwohl die Erfindung vor allem unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte es von denjenigen, die mit dem Fachgebiet vertraut sind, verstanden werden, dass zahlreiche Änderungen bezüglich Ausgestaltung und Details daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Bereich der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen. Der Bereich der Erfindung wird daher durch die angefügten Ansprüche bestimmt, und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Änderungen, welche unter den Wortsinn oder den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, umfasst werden.

Es sei bemerkt, dass die Tatsache, dass die hier erläuterten Funktionsblöcke nicht so ausgelegt werden sollten, dass sie bedeuten, dass die entsprechende Funktionalität notwendigerweise in einem einzigen Hardwarebestandteil oder in einer einzigen Vorrichtung implementiert ist. Stattdessen können die verschiedenen Funktionalitäten auf verschiedene Vorrichtungen verteilt werden oder in einer einzigen Vorrichtung implementiert sein. Beispielsweise können der Sourcefolger, der Verstärker, der Analog-Digital-Wandler, die Klangregelungsvorrichtung und der Modulator der Sensoranordnung bei einigen Beispielen als ein einziger ASIC oder eine einzige Vorrichtung implementiert werden, während sie bei anderen Beispielen unter Verwendung von zwei oder mehr getrennten Vorrichtungen implementiert werden können.