Title:
SCHALTUNGSANORDNUNG MIT OPTIMIERTEM FREQUENZGANG UND VERFAHREN ZUR KALIBRIERUNG EINER SCHALTUNGSANORDNUNG
Kind Code:
B3


Abstract:

Es wird eine Schaltungsanordnung (200) bereitgestellt. Die Schaltungsanordnung weist ein Kalibrierungsfilter (208) auf, eingerichtet ein auf einem ersten Signal (S1) basierendes Signal aufzunehmen und ein kalibriertes Signal (kS) bereitzustellen; wobei das erste Signal (S1) ein von einem Analog-Digital-Wandler (204) bereitgestelltes Signal ist, dass auf einem analogen Signal (S0) basiert, wobei das analoge Signal (S0) von mindestens einem Sensor (202) einer Sensoranordnung bereitgestellt wird; eine Filteranordnung (210) auf, eingerichtet, ein auf dem ersten Signal (S1) basierendes Signal aufzunehmen und ein zweites Signal (S2) bereitzustellen; und eine Steuereinheit (206) auf, eingerichtet, ein vom Frequenzgang des Sensors abhängiges, Sensor-spezifisches Steuersignal (SS) aus mehreren Steuersignalen (SS) auszuwählen und an das Kalibrierungsfilter (208) bereitzustellen auf, wobei das kalibrierte Signal (kS) auf dem ersten Signal (S1) und dem Sensor-spezifischen Steuersignal (SS) basiert und in einem vorgegebenen Frequenzbereich einer vorgegebenen Spektralmaske entspricht oder im Wesentlichen entspricht.




Inventors:
Sträussnigg, Dietmar (Villach, AT)
Caspani, Alessandro (Villach, AT)
Bach, Elmar (Villach, AT)
Application Number:
DE102016117587A
Publication Date:
03/01/2018
Filing Date:
09/19/2016
Assignee:
Infineon Technologies AG, 85579 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102008062972A1N/A2010-06-24



Foreign References:
82187792012-07-10
84330752013-04-30
200301082092003-06-12
201601679612016-06-16
201602419612016-08-18
Attorney, Agent or Firm:
Viering, Jentschura & Partner mbB Patent- und Rechtsanwälte, 01099, Dresden, DE
Claims:
1. Schaltungsanordnung (200), aufweisend:
ein rekursives Kalibrierungsfilter (208), eingerichtet ein auf einem ersten Signal (S1) basierendes Signal aufzunehmen und ein kalibriertes Signal (kS) bereitzustellen;
wobei das erste Signal (S1) ein von einem Analog-Digital-Wandler (204) bereitgestelltes Signal ist, dass auf einem analogen Signal (S0) basiert, wobei das analoge Signal (S0) von mindestens einem Sensor (202) einer Sensoranordnung bereitgestellt wird,
eine Filteranordnung (210), eingerichtet, ein auf dem ersten Signal (S1) basierendes Signal aufzunehmen und ein zweites Signal (S2) bereitzustellen; und
eine Steuereinheit (206), eingerichtet, ein vom Frequenzgang des Sensors abhängiges, Sensor-spezifisches Steuersignal (SS) aus mehreren Steuersignalen (SS) auszuwählen und an das rekursive Kalibrierungsfilter (208) bereitzustellen, wobei das kalibrierte Signal (kS) auf dem ersten Signal (S1) und dem Sensor-spezifischen Steuersignal (SS) basiert und in einem vorgegebenen Frequenzbereich einer vorgegebenen Spektralmaske entspricht oder im Wesentlichen entspricht.

2. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 1, wobei die Sensoranordnung mehrere Sensoren (202) aufweist, die jeweils ein analoges Signal (S0) bereitstellen, wobei mindestens ein Signal (S0) eines Sensors (202) bezüglich der vorgegebenen Spektralmaske verändert wird.

3. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 2, wobei die Signale (S0) von mehreren Sensoren (202) der Sensoranordnung bezüglich einer gemeinsamen, vorgegebenen Spektralmaske verändert werden.

4. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens ein Sensor (202) der Sensoranordnung eine Membran aufweist, wobei eine Auslenkung der Membran aus einer Ruhelage das analoge Signal (S0) erzeugt.

5. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 4, wobei die Membran eine mikroelektromechanische Struktur ist oder aufweist.

6. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das rekursive Kalibrierungsfilter (208) ein programmierbares, rekursives Kalibrierungsfilter (208) ist.

7. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das rekursive Kalibrierungsfilter (208) mindestens zwei Filterkoeffizienten (b0, b1), vorzugsweise drei Filterkoeffizienten (a0, b0, b1), aufweist.

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

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

10. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 9, wobei die Mikrofonanordnung eine Anordnung von mehreren Mikrofonen aufweist, wobei die Mikrofone als Sensoren (202) der Sensoranordnung eingerichtet sind.

11. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Filteranordnung (210) mindestens eines der nachfolgenden Filter oder Filterfunktionen aufweist: ein frequenzselektives Filter, ein Passfilter und/oder ein Sperrfilter; ein Dezimationsfilter, ein Interpolationsfilter, ein Filter zum Reduzieren der Gruppenlaufzeit.

12. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner aufweisend: einen Modulator (212), der mit dem Analog-Digital-Wandler (202) verbunden ist und eingerichtet ist, ein auf dem kalibrierten Signal (kS) basierendes drittes Signal (S3) bereitzustellen.

13. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend: eine Schnittstelle (214) zum Bereitstellen eines vierten Signals (S4), dass auf dem zweiten Signal (S2) basiert, wobei die Schnittstelle (214) zum Bereitstellen des vierten Signals (S4) an eine Schaltungsanordnung-externe Umgebung eingerichtet ist.

14. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 13, wobei das vierte Signal (S4) ein Ein-Bit Signal ist.

15. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 13, wobei das vierte Signal (S4) ein Mehr-Bit Signal ist.

16. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Sensor-spezifische Steuersignal (SS) abhängig ist von einer gemessenen oder geschätzten Eigenschaft des Sensors (SE) bezüglich eines vorgegebenen Amplitudenganges, eines vorgegebenen Phasenganges und/oder einer vorgegebenen Gruppenlaufzeit.

17. Schaltungsanordnung (200) gemäß Anspruch 16,
wobei die Steuereinheit (206) einen Speicher aufweist oder mit diesem verbunden ist,
wobei in dem Speicher die mehreren Steuersignale (SS) gespeichert sind und die Steuereinheit (206) eingerichtet ist, abhängig von der gemessenen oder abgeschätzten Eigenschaft des Sensors (SE) eines der mehreren Steuersignale (SS) als Sensor-spezifisches Steuersignal (SS) auszuwählen und an das rekursive Kalibrierungsfilter (208) bereitzustellen.

18. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das rekursive Kalibrierungsfilter (208) das von der Filteranordnung (210) bereitgestellte Signal (S2) aufnimmt.

19. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Filteranordnung (210) das von dem rekursiven Kalibrierungsfilter (208) bereitgestellte, kalibrierte Signal (kS) aufnimmt.

20. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, ferner aufweisend die Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor (202), der eingerichtet ist, das analoge Signal (S0) bereitzustellen.

21. Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, ferner aufweisend den Analog-Digital-Wandler (204), eingerichtet, das analoge Signal (S0) aufzunehmen und das erste Signal (S1) bereitzustellen.

22. Verfahren (350) zur Kalibrierung einer Schaltungsanordnung (200),
wobei die Schaltungsanordnung (200) mindestens einen Sensor (202) aufweist, der eingerichtet ist ein Signal (S0) bereitzustellen;
das Verfahren aufweisend:
Erfassen (K1) einer Eigenschaft (SE) eines Sensors der Sensoranordnung;
Ermitteln (K2) eines Steuersignals (SS) aus einer Vielzahl an Steuersignalen basierend auf der erfassten Eigenschaft und einer vorgegebenen Spektralmaske;
Verändern (K3) des auf dem Sensor-Signal basierenden und an ein rekursives Kalibrierungsfilter bereitgestelltes Signal mittels des Steuersignals (SS) um ein kalibriertes Signal (kS) bereitzustellen, wobei das Steuersignal eine rekursive Verarbeitung des bereitgestellten Signals mit mindestens zwei Signal-Koeffizienten mittels des rekursiven Kalibrierungsfilters bewirkt.

23. Verfahren (350) gemäß Anspruch 22, die Schaltungsanordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21.

Description:
GEBIET

Ausführungsformen betreffen eine Schaltungsanordnung mit optimiertem Frequenzgang und ein Verfahren zur Kalibrierung einer Schaltungsanordnung.

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 500 weist, wie im Blockdiagramm in 5 dargestellt ist, eine Mikrofonmembran 502, beispielsweise ein mikroelektromechanische Membran (MEMS) auf. Die Membrane 502 wird mittels Schall-induzierter Druckschwankungen aus einer Ruhelage ausgelenkt und erzeugt dabei ein analoges, elektrisches Signal, dass mittels eines Verstärkers 504 bzw. eines Auslese-Schaltkreises, beispielsweise einem Source-Folger, verstärkt wird. Das Signal des Verstärkers 504 wird mit einer Abtastfrequenz Fs (510) von einem Sensorschaltkreis 506 erfasst. Der Sensorschaltkreis 506 weist einen Analog-Digital-Wandler 512 auf, der das Signal des Verstärkers 504 in digitale Signale umwandelt. Der Sensorschaltkreis weist ferner ein digitales Filter 514 auf, das hochfrequente, digitale Signale vom Analog-Digital-Wandler 512 blockiert (Tiefpass-Filter). Die gefilterten, digitalen Signale werden von einem Modulator 516, der mit dem digitalen Filter 514 verbunden ist, in ein kundenspezifisches 1-Bit Ausgabesignal 508 umgewandelt.

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

Reale Mikrofone weisen bedingt durch Prozessstreuung und Package-Variation eine erhebliche Streuung im Frequenzgang auf. In 1 zeigt ein Diagramm 100, in dem der Amplitudengang 104 in Einheiten von dB in Abhängigkeit von der Frequenz 102 der Signale für unterschiedliche Mikrofone 106, 108, 110 der gleichen Bauart gezeigt. Aus 1 ist ersichtlich, dass speziell der untere Frequenzbereich, der durch den akustischen Hochpass bestimmt wird, betroffen.

Bei manchen Anwendungen werden Umgebungsgeräusche mit mehreren Mikrofonen gleichzeitig erfasst und ausgewertet. Die mehreren Mikrofone werden dazu in einem Mikrofon-Feld (MIC-array) jeweils in einem Abstand in einer spezifischen Anordnung zueinander angeordnet. Dadurch kommt eine Schallwelle zeitlich versetzt bei den einzelnen Mikrofonen an. Um eine präzise Auswertung der von den Mikrofonen erfassten Signale zu ermöglichen, sollten die einzelnen Mikrofone keine oder nur geringe Schwankungen im Frequenzgang zueinander aufweisen. Der Frequenzgang impliziert keine oder nur geringe Schwankungen im Amplitudengang, Phasengang und der Gruppenlaufzeit der erfassten Signale. Für derartige Anwendungen ist der untere Frequenzbereich, beispielsweise bis ca. 4 kHz, von großer Bedeutung.

Derzeit wird durch schaltungstechnische Maßnahmen versucht, die Streuung der Frequenzgänge der einzelnen Mikrofone möglichst gering zu halten. Diesem Ansatz sind allerdings Grenzen gesetzt oder bedeuten entsprechenden zusätzlichen Aufwand.

Aus DE 10 2008 062 972 A1 ist die Kompensation einer lastkraftabhängigen Veränderung des Frequenzganges eines Wagesensors bekannt.

Aus US 2003/0108209 A1 ist eine Lautsprecher-Anordnung bekannt, bei der externe Störsignale in einem auszugebenden Audiosignal kompensiert werden.

Aus US 8,218,779 B2 ist eine Lautsprecher-Anordnung bekannt, bei der ein Verlust des auszugebenden Audiosignals abgeschätzt wird.

Aus US 2016/0167961 ist eine Vorrichtung zum Messen einer Sensorcharakteristik einer MEMS-Struktur und zum Kalibrieren der MEMS-Struktur bekannt.

Aus US 8,433,075 B2 ist die Strahlformung eines Audiosignals eines Audiosystems mit einem Mikrofon-Feld bekannt.

Aus US 2016/0241961 A1 ist eine Filteranordnung bekannt, deren Filterkoeffizienten basierend auf einer empfangenen akustischen Welle verändert werden.

KURZFASSUNG

Es bestehen ein Bedarf am Bereitstellen einer Schaltungsanordnung mit optimiertem Frequenzgang und ein Verfahren zur Kalibrierung einer Schaltungsanordnung.

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 zum Amplitudengang einer Sensoranordnung ohne Kalibrierung;

2A, 2B Blockdiagramme von Schaltungsanordnungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;

3A, B Diagramme zum Amplitudengang eines Kalibrierungsfilters einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;

3C ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;

4A ein Diagramm zum Amplitudengang einer kalibrierten Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;

4B ein Diagramm zum Phasengang einer kalibrierten Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;

4C ein Diagramm zur Gruppenlaufzeit einer kalibrierten Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und

5 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.

2A und 2B zeigen Blockdiagramme von Schaltungsanordnungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. 2A veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Ausschnitts 200 eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. 2B zeigt weiterhin in weiteren Einzelheiten ein Kalibrierungsfilter 208 in Form eines programmierbaren, rekursiven Filters erster Ordnung. Das Kalibrierungsfilter ist Teil einer beschriebenen Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Schaltungsanordnung 200 eine Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor 202; einen Analog-Digital-Wandler 204, ein Kalibrierungsfilter 208, eine Filteranordnung 210 und eine Steuereinheit 206 auf, die unten ausführlicher beschrieben werden.

Einige der Eigenschaften der Sensoranordnung, die das von der Schaltungsanordnung bereitgestellte Signal S4 in Beziehung mit dem beispielsweise auf einen Drucksensor 202 einwirkenden Druck setzen, können durch Hardwareeigenschaften des Sensors 202 selbst abgestimmt werden, beispielsweise das rückseitige Volumen oder die Steifigkeit einer Membran bei einem Mikrofon. Es verbleiben jedoch Bauart-typische Schwankungen im Frequenzgang der Sensoren – wie sie in 1 veranschaulicht sind.

Das Kalibrierungsfilter 208 ist programmierbar eingerichtet, so dass der Frequenzgang der Sensoren der Sensoranordnung jeweils der vorgegebenen Spektralmaske entsprechen oder im Wesentlichen entsprechen kann. Die Sensoranordnung kann dabei Sensor-spezifisch, Sensor-individuell bzw. für eine Gruppe von Sensoren mit ähnlichen Eigenschaften kalibriert werden. Der Fehler der Sensoranordnung bzw. die Abweichung zur vorgegebenen Spektralmaske kann dabei gemessenen oder abgeschätzt werden. Davon abhängend kann ein Satz an Filterkoeffizienten aus zwei oder mehr Sätzen an Filterkoeffizienten (auch bezeichnet als Steuersignal) für das Kalibrierungsfilter 208 ausgewählt werden und das Kalibrierungsfilter 208 entsprechend programmiert werden. Die Auswahl erfolgt derart, dass das kalibrierte Signal in einem vorgegebenen Frequenzbereich, beispielsweise in einem Bereich von 100 Hz bis 4 kHz, im Mittel eine möglichst geringe Abweichung zur vorgegebenen Spektralmaske aufweist, beispielsweise in einem Bereich von ±3% um den jeweiligen Wert der Spektralmaske. Als Fehlersignal können beispielsweise der Amplitudenfehler, Phasenfehler oder Gruppenlaufzeitfehler herangezogen werden.

Anschaulich ermöglicht die Schaltungsanordnung 200 mit dem Kalibrierungsfilter basierend auf einem jeweiligen Sensor-spezifischen Steuersignal ein Optimieren des Frequenzgangs bezüglich einer vorgegebenen Spektralmaske. Dadurch können die Bauart-typischen Schwankungen der Sensoren 202 im Frequenzgang, beispielsweise im niederfrequenten Signalbereich, kompensiert werden, wie in 4A–C veranschaulicht ist, was als Optimieren des Frequenzganges verstanden werden kann.

Die Schaltungsanordnung 200 ist beispielsweise als eine Drucksensoranordnung oder eine Mikrofonanordnung ausgebildet. Die Mikrofonanordnung kann eine Anordnung von einem oder mehreren Mikrofonen aufweisen. In diesem Fall sind die Mikrofone als Sensoren 202 der Sensoranordnung eingerichtet.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird die Schaltungsanordnung 200 verwendet, um Umgebungsschall, Sprache, Musik oder dergleichen aufzuzeichnen und ein darauf basierendes Signal S4 bereitzustellen. Das Aufzeichnen oder Bereitstellen eines Signals 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.

Ein Entsprechen oder ein im Wesentlichen Entsprechen des Frequenzganges des Signals mit einer vorgegebenen Spektralmaske bedeutet, dass die Amplitudenverstärkung, der Phasenwinkel und/oder die Gruppenlaufzeit des Signals des Sensors bei einer Frequenz dem vorgegebenen Wert der Spektralmaske bei dieser Frequenz entspricht, d. h. identisch ist (bspw. unter Beachtung von Rundungsregeln und Messfehlern), oder innerhalb eines Bereiches um diesen Wert liegt, d. h. der jeweilige Wert des Signals kann geringfügig von dem Wert der Spektralmaske abweichen. Der Wert des Signals entspricht beispielsweise im Wesentlichen dem Wert der Spektralmaske, wenn er in einem Bereich von beispielsweise ungefähr ±10%, beispielsweise ±5% um den Wert der Spektralmaske liegt.

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.

Der mindestens eine Sensor ist eingerichtet, ein analoges Signal S0 bereitzustellen. Die Sensoranordnung kann mehrere Sensoren 202 aufweisen. Die Sensoren 202 stellen jeweils ein analoges Signal S0 bereit. Mindestens ein Signal S0 eines Sensors 202 wird bezüglich der vorgegebenen Spektralmaske verändert. Weiterhin können die Signale S0 von mehreren Sensoren 202 der Sensoranordnung bezüglich einer gemeinsamen, vorgegebenen Spektralmaske, d. h. bezüglich der gleichen Spektralmaske, verändert werden.

Mindestens ein Sensor 202 der Sensoranordnung kann eine Membran aufweisen, wobei eine Auslenkung der Membran aus einer Ruhelage das analoge Signal S0 erzeugt. 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.

Der Analog-Digital-Wandler 204 ist eingerichtet, das analoge Signal S0 aufzunehmen und ein erstes Signal S1 bereitzustellen. Optional kann das analoge Signal S0 des Sensors mittels eines Verstärkers, beispielsweise einem Source-Folger verstärkt werden, bevor es von dem Analog-Digital-Wandler 204 aufgenommen wird. Der Analog-Digital-Wandler 204 kann ein Mehrbitwandler sein, so dass das erste Signal 51 eine Mehrbitdarstellung ist. Der Analog-Digital-Wandler ist beispielsweise ein Sigmadelta Analog-Digital-Wandler, beispielsweise 3. Ordnung.

Die Abtastfrequenz des Analog-Digital-Wandlers 202 veränderlich sein, so dass mehrere Abtastfrequenzen durch die Schaltungsanordnung unterstützt werden können. Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen von Schaltungsanordnungen ist eine Eigenschaft der Sensoranordnung veränderlich, was es ermöglichen kann, ähnliche Modifikationseigenschaften der Sensoranordnung für verschiedene Abtastfrequenzen des Analog-Digital-Wandlers 204 zu erreichen. Die Abtastfrequenz weist beispielsweise einen Wert in einem Bereich von ungefähr 1 MHz bis ungefähr 4 MHz auf.

Die Steuereinheit 206 ist eingerichtet, ein vom Frequenzgang des Sensors 202 abhängiges, Sensor-spezifisches Steuersignal SS aus mehreren Steuersignalen SS auszuwählen und an das Kalibrierungsfilter 208 bereitzustellen.

Die Steuereinheit 206 ist beispielsweise ein integrierter Schaltkreis (IC) oder ein anwendungsspezifischer, integrierter Schaltkreis (ASIC) oder weist einen solchen auf. Die kann ferner einen Detektorschaltkreis aufweisen oder damit verbunden sein, um eine Sensor-spezifische Eigenschaft eines mit der Steuereinheit 206 verbundenen Sensors 202 zu erfassen.

Der Kalibrierungsfilter 208 ist eingerichtet, ein auf dem ersten Signal S1 basierendes Signal aufzunehmen und ein kalibriertes Signal kS bereitzustellen. Das von dem Kalibrierungsfilter 208 ausgegebene, kalibrierte Signal kS 10 hängt ferner von dem Steuersignal SS ab, das auf einem Sensor-spezifisch erfassten Eigenschaft SE basiert.

Das Kalibrierungsfilter 208 arbeitet im zeitdiskreten digitalen Bereich und stellt bei jedem Verarbeitungsschritt ein bezüglich einer vorgegebenen Spektralmaske kalibriertes Signal kS bereit. Das kalibrierte Signal hängt vom mit Skalierungsparametern (a0, b0, b1) multiplizierten gegenwärtigen Eingangssignal ab. Das Eingangssignal kann das von dem Analog-Digital-Wandler 204 bereitgestellte, erste Signal S1 sein oder darauf basieren.

Das Kalibrierungsfilter 208 kann als ein programmierbares, digitales Kalibrierungsfilter 208 eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich ist das Kalibrierungsfilter 208 als ein rekursives Kalibrierungsfilter 208 eingerichtet. Das Kalibrierungsfilter 208 weist beispielsweise mindestens zwei Filterkoeffizienten b0, b1, beispielsweise drei Filterkoeffizienten a0, b0, b1, auf.

Das Kalibrierungsfilter ist beispielsweise ein programmierbares, digitales, rekursives Filter mit der Übertragungsfunktion H(z): mit b1, b0 und a0 als Filterkoeffizienten.

Dieses Filter weist grundsätzlich drei Freiheitsgrade, d. h. drei Koeffizienten auf. Bei geringer Abweichung des Frequenzganges von der vorgegebenen Spektralmaske und/oder reduzierter Abtastrate kann der Koeffizient a0 im Nenner der Antwortfunktion H(z) des Kalibrierungsfilters fixiert werden. Dadurch wird ermöglicht, dass für das Kalibrierungsfilter zwei Filterkoeffizienten (b1, b0) ausreichen, um den Frequenzgang der Schaltungsanordnung an die vorgegebene Spektralmaske anzunähern bzw. zum Übereinstimmen zu bringen. Das kalibrierte Signal kS ist in mindestens einem Frequenzbereich unterschiedlich zu dem ersten Signal S1. In verschiedenen Ausführungsbeispielen entspricht das kalibrierte Signal kS in mindestens einem Frequenzbereich dem ersten Signal S1, beispielsweise für Frequenzen größer ungefähr 10 kHz. Mit anderen Worten, d. h. in diesem Frequenzbereich erfolgt durch das Kalibrierungsfilter 208 eine 1-zu-1-Abbildung des Signals, wie in 3A veranschaulicht ist.

Die Filteranordnung 210 ist zum Aufnehmen eines auf dem ersten Signal S1 basierenden Signals und Bereitstellen eines zweiten Signals S2 eingerichtet. Anschaulich ist die Filteranordnung 210 mit dem Analog-Digital-Wandler 204 verbunden, sodass das von dem Analog-Digital-Wandler 204 bereitgestellte Signal S1 in ein von der Filteranordnung 210 bereitgestelltes Signal S2 verarbeitet bzw. umgewandelt wird. Beispielsweise ist die Filteranordnung 210 eingerichtet, ein auf dem kalibrierten Signal kS basierendes Signal, beispielsweise das kalibrierte Signal kS, aufzunehmen und ein zweites Signal S2 bereitzustellen.

Das zweite Signal S2 ist in mindestens einem Frequenzbereich unterschiedlich zu dem kalibrierten Signal und erstem Signal. In verschiedenen Ausführungsbeispielen entspricht das zweite Signal in mindestens einem Frequenzbereich dem kalibrierten Signal kS, d. h. es erfolgt eine 1-zu-1-Abbildung des Signals in diesem Frequenzbereich durch die Filteranordnung bzw. das Kalibrierungsfilter.

Die Filteranordnung 210 kann beispielsweise eines oder mehrere der nachfolgenden Filter oder Filterfunktionen aufweisen: ein frequenzselektives Filter, beispielsweise ein Passfilter und/oder ein Sperrfilter; ein Dezimationsfilter, ein Interpolationsfilter, ein Filter zum Reduzieren der Gruppenlaufzeit. Die Filteranordnung 210 kann linear und Zeit invariant eingerichtet sein. Alternativ weist die Filteranordnung 210 beispielsweise ein Filter zum Ändern der Abtastrate auf, beispielsweise ein Dezimationsfilter und/oder ein Interpolationsfilter; wodurch die Filteranordnung nicht-linear wird. Mit anderen Worten: In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Filteranordnung 210 ein Filter aufweisen, das eingerichtet ist, die Gruppenlaufzeit eines durchlaufenden Signals zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Filteranordnung 210 ein Filter oder eine Filterfunktion aufweisen, das anschaulich als ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter eingerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Filteranordnung 210 ein Filter oder eine Filterfunktion aufweisen, das anschaulich die Abtastrate des Signals verändert, beispielsweise in Form eines Dezimationsfilters und/oder eines Interpolationsfilters. Die Filteranordnung kann ein Filter oder mehrere Filter oder Filterfunktionen aufweisen. Mehrere Filterfunktionen können in einem gemeinsamen Filter implementiert sein. Filterfunktionen sind beispielsweise ein Ändern der Abtastrate des aufgenommenen Signals, ein Ändern des Frequenzganges des aufgenommenen Signals, beispielsweise ein selektives Sperren oder Passieren-lassen von Frequenzbereichen des aufgenommenen Signals. Das Filter oder die mehreren Filter können jeweils einstufig oder mehrstufig eingerichtet sein.

Die unten noch ausführlicher beschriebenen, aufgenommenen und bereitgestellten Signale S1, S2, S3, S4, kS, SS, SE können jeweils ein digitales Signal sein und unterschiedlich zueinander sein.

Das von dem Kalibrierungsfilter 208 bereitgestellte, kalibrierte Signal kS basiert auf dem vom Analog-Digital-Wandler 204 bereitgestellten ersten Signal S1 und dem von der Steuereinheit 206 bereitgestellten Sensor-spezifischen Steuersignal SS. Das kalibrierte Signal kS entspricht oder entspricht im Wesentlichen in einem vorgegebenen Frequenzbereich einer vorgegebenen Spektralmaske, die in 4A–C beispielhaft ausführlicher beschrieben.

Das Sensor-spezifische Steuersignal SS kann abhängig von einer gemessenen oder geschätzten Eigenschaft des Sensors SE bezüglich eines vorgegebenen Amplitudenganges, eines vorgegebenen Phasenganges und/oder einer vorgegebenen Gruppenlaufzeit sein. Die Steuereinheit 206 weist beispielsweise einen Speicher auf oder ist mit einem solchen verbunden. In dem Speicher sind die mehreren Steuersignale SS gespeichert. Die Steuereinheit 206 ist eingerichtet, abhängig von der gemessenen oder abgeschätzten Eigenschaft des Sensors SE eines der mehreren Steuersignale SS als Sensor-spezifisches Steuersignal SS auszuwählen und an das Kalibrierungsfilter 208 bereitzustellen.

Das Sensor-spezifisches Steuersignal SS kann einen Satz an Filterkoeffizienten oder Filterkoeffizienten für das Kalibrierungsfilter enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann das Kalibrierungsfilter 206 einen weiteren Speicher aufweisen oder mit einem solchen verbunden sein. In diesem weiteren Speicher können mehrere Sätze an Filterkoeffizienten oder Filterkoeffizienten für das Kalibrierungsfilter 208 gespeichert sein. Das Kalibrierungsfilter 208 ist eingerichtet, abhängig von dem Sensor-spezifischen einen Satz an Filterkoeffizienten aus dem mit dem Kalibrierungsfilter verbundenen Speicher zu laden. Dadurch kann das auf dem ersten Signal basierende, von dem Kalibrierungsfilter aufgenommene Signal zu der vorgegebenen Spektralmaske hin verändert bzw. darauf kalibriert werden.

Das von dem Analog-Digital-Wandler 204 bereitgestellte, erste Signal S1 kann bei einem linearen, zeitinvarianten Verhalten der Schaltungsanordnung dieselbe Abtastrate wie das von der Sensoranordnung bereitgestellte, vierte Signal S4 aufweisen. Die beiden Signale können sich jedoch in der Amplitude, in der Phase und in der Gruppenlaufzeit unterscheiden.

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.

Die Schaltungsanordnung 200 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ferner einen Modulator 212 aufweisen. Der Modulator ist mit dem Analog-Digital-Wandler 202, dem Kalibrierungsfilter 208 und/oder der Filteranordnung 210 verbunden. Der Modulator 212 ist eingerichtet, ein auf dem kalibrierten Signal kS basierendes drittes Signal S3 bereitzustellen. Das dritte Signal S3 kann beispielsweise auf dem zweiten Signal 52 basieren, d. h. der Modulator 212 ist zum Aufnehmen eines auf dem zweiten Signal S2 basierenden Signals und Bereitstellen eines dritten Signals S3 eingerichtet. Alternativ basiert das zweite Signal S2 auf dem dritten Signal S3.

Das von dem Modulator 212 aufgenommene Signal weist eine erste Wortbreite auf. Der Modulator 212 ist eingerichtet, das von dem Modulator 212 aufgenommene Signal so zu verarbeiten, dass das von dem Modulator 212 bereitgestellte dritte Signal S3 eine zweite Wortbreite aufweist. Die zweite Wortbreite kann geringer als die erste Wortbreite sein, 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.

Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen stellen ein Signal S3, S4 in einer Einzelbitdarstellung bereit und können dieses Signal mittels des Modulator 212 zum Bereitstellen der Einzelbitdarstellung aus einer Mehrbitdarstellung, die in vorhergehenden Verarbeitungsschritten innerhalb der Sensoranordnung verwendet werden kann, bereitstellen.

Die Schaltungsanordnung 200 kann ferner eine Schnittstelle 214 aufweisen. Die Schnittstelle 214 ist zum Bereitstellen eines vierten Signals S4 eingerichtet. Das vierte Signal S4 basiert auf dem zweiten Signal S2 bzw. dem kalibrierten Signal kS. Die Schnittstelle 214 kann beispielsweise zum Aufnehmen des dritten Signals S3 eingerichtet sein, und eingerichtet sein, ein viertes Signal S4 bereitzustellen. Das vierte Signal S4 kann identisch mit dem kalibrierten Signal, dem zweiten Signal oder dem dritten Signal sein.

Die Schnittstelle 214 ist zum Bereitstellen des vierten Signals S4 an eine Schaltungsanordnung-externe Umgebung eingerichtet und kann beispielsweise eine Buchse aufweisen. Beispielsweise kann die Schnittstelle 214 eingerichtet sein, das auszugebende Signal auf mehrere Kanäle oder Pins aufzuteilen. Das von der Schnittstelle 214 bereitgestellte, vierte Signal S4 kann in beliebigen verschiedenen Darstellungen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein Einzelbitprotokoll verwendet werden, so dass das vierte Signal S4 als ein Bitstrom bereitgestellt wird. Andere Implementationen können das vierte Signal S4 als eine Sequenz von Bits oder Bytes, beispielsweise im Hexadezimalsystem oder im Dezimalsystem, bereitstellen. Weitere Ausführungsformen können ein viertes Signal als ein Analogsignal bereitstellen. An die Schnittstelle 214 kann beispielsweise ein akustisches Ausgabegerät und/oder ein optisches Ausgabegerät angeschlossen werden, beispielsweise ein Lautsprecher bzw. eine Display-Anzeige. Das Ausgabegerät kann weitere Filter und/oder signalverarbeitende Komponenten aufweisen, die das an der Schnittstelle bereitgestellte Signal weiter verarbeiten und verändern. Das vierte Signal S4 kann ein Ein-Bit Signal oder ein Mehr-Bit Signal (auch als m-Bit oder Multi-Bit Signal bezeichnet) sein.

Mit anderen Worten: In dem in 2A, 2B veranschaulichten Ausführungsbeispiel stellt der Sensor 202 der Sensoranordnung das analoge Signal S0 bereit. Der Analog-Digital-Wandler 204 nimmt das analoge Signal S0 auf und stellt ein erstes Signal S1 bereit. Die Filteranordnung nimmt ein auf dem ersten Signal S1 basierendes Signal auf und stellt das zweite Signal S2 bereit. Der Modulator 212 nimmt ein auf dem zweiten Signal S2 basierendes Signal auf und stellt das dritte Signal S3 bereit.

Eine Schaltungsanordnung 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 Schaltungsanordnung umfassen eine gemeinsame Gehäuseanordnung, welche den Sensor und die weiteren Komponenten, beispielsweise den Verstärker, beispielsweise Sourcefolger, den Analog-Digital-Wandler 204, die Filteranordnung 210 und/oder den Modulator 212, zumindest teilweise umschließt, wobei die gemeinsame Gehäuseanordnung Zufuhrverbinder für die elektrische Verbindung aller Komponenten mit weiteren Schaltungsanordnungen aufweist. Ein Schaltungsanordnung 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 Schaltungsanordnungen mit weiteren Vorrichtungen oder Schaltungsanordnungen verbunden werden können, indem die Schaltungsanordnung 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.

Die Schaltungsanordnung 200 kann beispielsweise ein digitales Mikrofon oder ein analoges Mikrofon aufweisen. Dem Mikrofon kann beispielsweise ein Lautsprecher und/oder eine Spracherkennungsvorrichtung nachgeordnet sein, der/die Teil der Schaltungsanordnung sein kann oder mit dieser mittels einer Schnittstelle verbindbar ist. Mit anderen Worten: Der Sensor 202; der Analog-Digital-Wandler 204, die jeweiligen Filter 208, 210, die Steuereinheit 206 und/oder der optionale Modulator 212 können in einer oder mehrerer Vorrichtungen implementiert sein, die miteinander verbunden werden können.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Filteranordnung 210 das von dem Analog-Digital-Wandler 204 bereitgestellte, erste Signal S1 aufnehmen und ein zweites Signal S2 bereitstellen, das von dem Kalibrierungsfilter 208 aufgenommen wird und – wie oben beschrieben – bezüglich einer vorgegebenen Spektralmaske kalibriert wird. Die Filteranordnung 210 kann in diesem Fall die Abtastrate des ersten Signals S1 verändern, beispielsweise reduzieren. In diesem Fall ist die Schaltungsanordnung nicht-linear und nicht zeitinvariant. Somit unterscheiden sich die Filterkoeffizienten von denen, für den Fall, dass die Filteranordnung 210 dem Kalibrierungsfilter nachgeordnet ist. Anschaulich wird dadurch, dass die Filteranordnung 210 bezüglich des Signalflusses vor dem Kalibrierungsfilter 208 angeordnet ist, dass durch die Filteranordnung 210 veränderte Signal nachkalibriert. Im Falle einer Reduzierung der Abtastrate des ersten Signals S1 durch die Filteranordnung 210 kann die Kalibrierung des an der Schnittstelle 214 bereitgestellten Signals S4 hin zu der vorgegebenen Spektralmaske durch das Kalibrierungsfilter effizienter bzw. vereinfach werden.

3A zeigt ein Diagramm zum Amplitudengang eines Kalibrierungsfilters einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen für eine hohe Kompensation 302 und 3B zeigt ein Diagramm zum Amplitudengang eines Kalibrierungsfilters für eine niedrige Kompensation 304.

Die x-Achse zeigt die Frequenz 102 in Einheiten von Hz und die y-Achse zeigt die Verstärkung 104 der Amplitude des von dem Kalibrierungsfilter aufgenommenen Signals durch das Kalibrierungsfilter 208 in Einheiten von dB. Eine negative Verstärkung entspricht einer Dämpfung der Signalamplitude des durch die Kalibrierungsfilter 208 durchlaufenden Signals.

Wie aus 3A, B ersichtlich ist, bewirkt das Kalibrierungsfilter 208 im Hochpass-Bereich, d. h. im Frequenzbereich von ungefähr 100 Hz bis ungefähr 4 kHz eine Änderung der Amplitude des aufgenommen Signals, um eine Übereinstimmung mit der Spektralmaske in diesem Frequenzbereich zu bewirken.

Im Frequenzbereich zwischen ungefähr 10 kHz und ungefähr 30 kHz kann eine Resonanzfrequenz eines Sensors der Sensoranordnung angeordnet sein, mit dem das Kalibrierungsfilter 208 verbunden ist. Im hochfrequenten Bereich, beispielsweise ab ungefähr 10 kHz, kann das Kalibrierungsfilter 208 das aufgenommene Signal unverstärkt, im Wesentlichen unverstärkt oder gedämpft durchlassen. Ein unverstärktes bzw. im Wesentlichen unverstärktes Durchlassen des von dem Kalibrierungsfilter 208 aufgenommenen Signals kann als eine 1-zu-1 Abbildung von aufgenommenem Signal zu bereitgestelltem, kalibriertem Signal kS 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.

3C zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren 350 zur Kalibrierung einer Schaltungsanordnung 200 bereitgestellt. Die Schaltungsanordnung 200 weist mindestens einen Sensor 202 auf, der eingerichtet ist, ein Signal S0 bereitzustellen.

Das Verfahren 350 weist ein Erfassen K1 einer Eigenschaft SE eines Sensors der Sensoranordnung auf. Dies kann beispielsweise die Abweichung eines Signalwertes des Sensors bei einer vorgegebenen Frequenz zu einem vorgegeben Signalwert, beispielsweise der vorgegebenen Spektralmaske, bei dieser Frequenz sein.

Das Verfahren 350 weist weiterhin ein Ermitteln K2 eines Steuersignals SS aus einer Vielzahl an Steuersignalen basierend auf der erfassten Eigenschaft und einer vorgegebenen Spektralmaske auf. Beispielsweise können unterschiedliche Werte und Richtungen der Abweichung des Signalwertes von dem vorgegebenen Wert mit unterschiedlichen Sätzen, Klassen oder Gruppen von Kalibrierungen, d. h. Frequenzgängen des Kalibrierungsfilters – wie beispielsweise in 3A, B veranschaulicht, korreliert sein. Mittels der Steuereinheit kann, beispielsweise mittels einer Wenn-Dann-Vorschrift, ermittelt werden, mittels welcher der verfügbaren Kalibrierungen die Abweichung zur vorgegeben Spektralmaske minimiert werden kann. Dabei können einzelne Frequenzbereich stärker gewichtet sein als andere.

Das Verfahren 350 weist ferner ein Verändern K3 des auf dem Sensor-Signal basierenden und an das Kalibrierungsfilter bereitgestellten Signals, beispielsweise das erste Signal S1, mittels des Steuersignals SS auf, um ein kalibriertes Signal bereitzustellen. Das Steuersignal bewirkt eine rekursive Verarbeitung des bereitgestellten Signals mit mindestens zwei Signal-Koeffizienten. Anschaulich werden nach Übermittlung des Steuersignals an das Kalibrierungsfilter die Filterkoeffizienten des Kalibrierungsfilters eingestellt, und auf das erste Signal, das auf dem Signal des Sensors S0 basiert, angewendet.

Die Filterkoeffizienten können dabei das Steuersignal sein bzw. darin implementiert sein. Alternativ weist das Kalibrierungsfilter einen Speicher oder mehrere Register auf, in den unterschiedliche Filterkoeffizienten gespeichert sind. Das Steuersignal bewirkt dann ein Laden der Filterkoeffizienten aus einem bestimmten Register in einen Schaltkreis des Kalibrierungsfilters. Das Kalibrierungsfilter kann beispielsweise als ein IC oder ASIC eingerichtet sein.

Weiterhin kann das Verfahren 350 ein Bereitstellen K1 eines analogen Signals, ein Umwandeln S1 des analogen Signals in ein digitales, erstes Signal und ein Verarbeiten S3 des ersten Signals in ein zweites Signal aufweisen, wie im Kontext der Schaltungsanordnung beschrieben ist.

Das Verfahren 350 kann beispielsweise mittels einer oben beschriebenen Schaltungsanordnung durchgeführt werden.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden die möglicherweise auftretenden Abweichungen in unterschiedliche Gruppen aufgeteilt, denen jeweils ein Steuersignal, d. h. ein Satz an Filterkoeffizienten zu geordnet ist. Die Abweichungen dieser Gruppen können eine qualitativ und/oder quantitativ gleiche Abweichung von der vorgegebenen Spektralmaske sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Teil der Gruppen jeweils einen Satz mit lediglich zwei Filterkoeffizienten aufweisen, beispielsweise falls der Frequenzgang des unkalibrierten Sensors bereits in der Nähe der vorgegebenen Spektralmaske ist; und ein anderer Teil der Gruppen kann jeweils einen Satz mit drei oder mehr Filterkoeffizienten aufweisen, beispielsweise falls der Frequenzgang des unkalibrierten Sensors weiter von der vorgegebenen Spektralmaske entfernt ist. Die Eingruppierung der Frequenzgänge in die jeweiligen Gruppen kann anwendungsspezifisch erfolgen, beispielsweise abhängig von der erforderlichen Genauigkeit der Kalibrierung.

4A–C veranschaulichen den Frequenzgang einer kalibrierten Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, wobei in 4A der Amplitudengang, 4B den Phasengang und 4C die Gruppenlaufzeit veranschaulicht ist. Die x-Achse in 4A–C zeigt die Frequenz 102 in Einheiten von Hz. In 4A zeigt die y-Achse die Verstärkung 104 in Einheiten von dB. Eine negative Verstärkung entspricht einer Dämpfung der Signalamplitude des durch die Sensoranordnung durchlaufenden Signals. In 4B zeigt die y-Achse 412 den Phasenwinkel in Einheiten Grad. In 4C zeigt die y-Achse 422 die Gruppenlaufzeit in Einheiten von Sekunden durch die Sensoranordnung.

Veranschaulicht sind jeweils die unteren Abweichung 402 und die obere Abweichung 404 von Sensoren einer Bauart vom nominalen Sollwert 406, d. h. der vorgegebenen Spektralmaske. Abweichungen 402, 404 entsprechen den in der Herstellung des Sensors typischerweise maximal auftretenden Schwankungen, wie Sie in FIG. veranschaulicht sind.

Mit den für die einzelnen Grenzfälle optimierten Filterkoeffizienten ist der resultierende Amplitudengang im Vergleich zum nicht kompensierten Fall in 4A dargestellt. Es ist ersichtlich, dass sich die kompensierten Amplitudengänge mit dem nominellen Amplitudengang, d. h. der vorgegebenen Spektralmaske, decken. 4B und 4c zeigen das gleiche Resultat bezüglich des Phasenganges und der Gruppenlaufzeit.

Beispielsweise erfüllt ein erster Sensor 108 in 1 die anwendungsspezifische Spezifikation, d. h. entspricht (im Wesentlichen) der vorgegebenen Spektralmaske oder ist diese. Der Frequenzgang dieses Sensors entspricht somit dem Sollwert 406.

Ein zweiter Sensor 106 in 1 weist im niederfrequenten Signalbereich, d. h. bis ungefähr 4 kHz, eine stärkere Dämpfung auf, als dies von der vorgegebenen Spektralmaske vorgesehen ist. Der Frequenzgang dieses Sensors entspricht vor dem Kalibrieren somit der unteren Abweichung 402. Das Signal dieses Sensors wird im niederfrequenten Signalbereich verstärkt, um der vorgegebenen Spektralmaske 406 zu entsprechen. In 4A–C ist der Frequenzgang dieses Sensors nach dem Kalibrieren als Kurven 408 gezeigt. Ein Unterschied zwischen dem Frequenzgang 408 des Sensors 106 nach dem Kalibrieren mit dem Sollwert 406, d. h. der vorgegebenen Spektralmaske; im vorgegebenen Frequenzbereich – hier im niederfrequenten Signalbereich von ungefähr 100 Hz bis ungefähr 4 kHz – ist kaum zu erkennen.

Ein dritter Sensor 110 in 1 weist im niederfrequenten Signalbereich, d. h. bis ungefähr 4 kHz, eine geringere Dämpfung auf, als dies von der vorgegebenen Spektralmaske vorgesehen ist. Der Frequenzgang dieses Sensors entspricht vor dem Kalibrieren somit der oberen Abweichung 404. Das Signal dieses Sensors wird im niederfrequenten Signalbereich gedämpft, um der vorgegebenen Spektralmaske 406 zu entsprechen. In 4A–C ist der Frequenzgang dieses Sensors nach dem Kalibrieren als Kurven 410 gezeigt. Ein Unterschied zwischen dem Frequenzganges 410 des Sensors 106 nach dem Kalibrieren mit dem Sollwert 406, d. h. der vorgegebenen Spektralmaske; im vorgegebenen Frequenzbereich – hier im niederfrequenten Signalbereich von ungefähr 100 Hz bis ungefähr 4 kHz – ist kaum zu erkennen.

Daraus ist ersichtlich, dass es mittels der Schaltungsanordnung möglich ist, die herstellungsbedingten Abweichungen des Frequenzganges eines Sensors von einem vorgegebenen Frequenzgang, d. h. einer vorgegebenen Spektralmaske in einem vorgegebenen Frequenzbereich, auf einfache Weise zur reduzieren. Dadurch können Schaltungsanordnung mit mehreren Mikrofonen in ihrem Frequenzgang optimiert werden. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Auflösung der Schaltungsanordnung. Alternativ oder zusätzlich kann das Signal-zu-Rauschen- Verhältnis verbessert werden.

Beispiel 1, das im Zusammenhang mit den 1 bis 4C veranschaulicht ist, ist eine Schaltungsanordnung 200, die ein Kalibrierungsfilter 208 aufweist, das eingerichtet ist ein auf einem ersten Signal S1 basierendes Signal aufzunehmen und ein kalibriertes Signal kS bereitzustellen; wobei das erste Signal S1 ein von einem Analog-Digital-Wandler 204 bereitgestelltes Signal ist, dass auf einem analogen Signal S0 basiert, wobei das analoge Signal S0 von mindestens einem Sensor 202 einer Sensoranordnung bereitgestellt wird; und eine Filteranordnung 210 aufweist, die eingerichtet ist, ein auf dem ersten Signal basierendes Signal S1 aufzunehmen und ein zweites Signal S2 bereitzustellen; und eine Steuereinheit 206 aufweist, die eingerichtet ist, ein vom Frequenzgang des Sensors abhängiges, Sensor-spezifisches Steuersignal SS aus mehreren Steuersignalen SS auszuwählen und an das Kalibrierungsfilter 208 bereitzustellen. Das kalibrierte Signal kS basiert auf dem ersten Signal S1 und dem Sensor-spezifischen Steuersignal SS und entspricht oder entspricht im Wesentlichen in einem vorgegebenen Frequenzbereich einer vorgegebenen Spektralmaske.

Zwischen dem Sensor und dem Analog-Digital-Wandler und/oder zwischen dem Analog-Digital-Wandler und den weiteren, beschriebenen Komponenten kann (jeweils) eine Schnittstelle angeordnet sein, d. h. die einzelnen Komponenten können in mehreren physisch unterschiedlichen Vorrichtungen implementiert sein. Alternativ sind diese Komponenten in einer gemeinsamen Vorrichtung implementiert.

Die vorgegebene Spektralmaske kann beispielsweise eine anwendungsspezifische Soll-Spezifikation sein. Alternativ kann die vorgegebene Spektralmaske der ermittelte Frequenzgang eines weiteren Sensors der Sensoranordnung sein.

Dies ermöglicht ein Sensor-spezifisches Reduzieren der Schwankung bzw. der Abweichung des Frequenzganges des Sensors. Dadurch kann die Präzision bzw. Auflösung einer Sensoranordnung mit mehreren Sensoren verbessert werden.

In Beispiel 2 kann der Gegenstand nach Beispiel 1 ferner aufweisen, dass die Sensoranordnung mehrere Sensoren 202 aufweist, die jeweils ein analoges Signal S0 bereitstellen. Mindestens ein Signal S0 eines Sensors 202 wird bezüglich der vorgegebenen Spektralmaske verändert.

Beispielsweise weist die Sensoranordnung einen ersten Sensor und einem zweiten Sensor auf, der zu dem ersten Sensor in einem Abstand angeordnet ist. Der erste Sensor kann der Sensor sein, dessen Frequenzgang optimiert werden soll. Es ist jedoch nicht notwendigerweise erforderlich, dass auch der Frequenzgang des zweiten Sensors optimiert wird. Beispielsweise für den Fall, dass der Frequenzgang des zweiten Sensors der Spektralmaske entspricht oder im Wesentlichen entspricht. Alternativ kann der Frequenzgang des zweiten Sensors als Spektralmaske für den ersten Sensor dienen.

Dies ermöglicht ein Sensor-spezifisches Reduzieren der Schwankung bzw. der Abweichung des Frequenzganges der Sensoren der Sensoranordnung. Dadurch kann die Präzision bzw. Auflösung einer Sensoranordnung mit mehreren Sensoren verbessert werden.

In Beispiel 3 kann der Gegenstand nach Beispiel 2 ferner aufweisen, dass die Signale S0 von mehreren Sensoren 202 der Sensoranordnung bezüglich einer gemeinsamen, vorgegebenen Spektralmaske verändert werden.

Dies ermöglicht ein Sensor-spezifisches Reduzieren der Schwankung bzw. der Abweichung des Frequenzganges der Sensoren der Sensoranordnung. Dadurch kann die Präzision bzw. Auflösung einer Sensoranordnung mit mehreren Sensoren verbessert werden.

In Beispiel 4 kann der Gegenstand nach einem der Beispiele 1 bis 3 ferner aufweisen, dass mindestens ein Sensor 202 der Sensoranordnung eine Membran aufweist, wobei eine Auslenkung der Membran aus einer Ruhelage das analoge Signal S0 erzeugt.

In Beispiel 5 kann der Gegenstand nach Beispiel 4 ferner aufweisen, dass die Membran eine mikroelektromechanische Struktur ist oder aufweist.

In Beispiel 6 kann der Gegenstand nach einem der Beispiele 1 bis 5 ferner aufweisen, dass das Kalibrierungsfilter 208 ein programmierbares Kalibrierungsfilter 208 ist.

Dadurch können unterschiedliche Sensor-spezifische Steuersignale an das Kalibrierungsfilter übermittelt werden und somit unterschiedliche Filterkoeffizienten eingestellt werden. Dies ermöglicht ein Verwenden des Kalibrierungsfilters für eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren.

In Beispiel 7 kann der Gegenstand nach einem der Beispiele 1 bis 6 ferner aufweisen, dass das Kalibrierungsfilter 208 ein rekursives Kalibrierungsfilter 208 ist.

In Beispiel 8 kann der Gegenstand nach einem der Beispiele 1 bis 7 ferner aufweisen, dass das Kalibrierungsfilter 208 mindestens zwei Filterkoeffizienten b0, b1, beispielsweise drei Filterkoeffizienten a0, b0, b1, aufweist.

Zwei Filterkoeffizienten können ausreichend sein, falls der Frequenzgang des Sensors bereits in der Nähe der Spektralmaske ist. Dadurch kann eine effiziente und einfachere Kalibrierung erfolgen. Mittels drei oder mehr Filterkoeffizienten können auch größere Abweichungen von der Spektralmaske kompensiert werden.

In Beispiel 9 kann der Gegenstand nach einem der Beispiele 1 bis 8 ferner aufweisen, dass die Schaltungsanordnung 200 als eine Drucksensoranordnung ausgebildet ist.

In Beispiel 10 kann der Gegenstand nach einem der Beispiele 1 bis 9 ferner aufweisen, dass die Schaltungsanordnung 200 als eine Mikrofonanordnung ausgebildet ist.

In Beispiel 11 kann der Gegenstand nach Beispiel 10 ferner aufweisen, dass die Mikrofonanordnung eine Anordnung von mehreren Mikrofonen aufweist, wobei die Mikrofone als Sensoren 202 der Sensoranordnung eingerichtet sind.

In Beispiel 12 kann der Gegenstand nach einem der Beispiele 1 bis 11 ferner aufweisen, dass die Filteranordnung 210 mindestens eines der nachfolgenden Filter oder Filterfunktionen aufweist: ein frequenzselektives Filter, insbesondere ein Passfilter und/oder ein Sperrfilter; ein Dezimationsfilter, ein Interpolationsfilter, ein Filter zum Reduzieren der Gruppenlaufzeit.

Dies ermöglicht das von der Schaltungsanordnung bereitzustellende Signal anwendungsspezifische zu verändern, um eine vorgegebene Spezifikation zu erfüllen.

In Beispiel 13 kann der Gegenstand nach einem der Beispiele 1 bis 12 ferner einen Modulator 212 aufweisen, der mit dem Analog-Digital-Wandler 202 verbunden ist und eingerichtet ist, ein auf dem kalibrierten Signal kS basierendes drittes Signal S3 bereitzustellen.

Dies ermöglicht die Wortbreite des bereitgestellten Signals einzustellen, beispielsweise ein Ein-Bit oder Mehr-Bit-Signal bereitzustellen.

In Beispiel 14 kann der Gegenstand nach einem der Beispiele 1 bis 13, ferner eine Schnittstelle 214 zum Bereitstellen eines vierten Signals S4, dass auf dem zweiten Signal S2 basiert, aufweisen, wobei die Schnittstelle 214 zum Bereitstellen des vierten Signals S4 an eine Schaltungsanordnung-externe Umgebung eingerichtet ist.

In Beispiel 15 kann der Gegenstand nach Beispiel 14 ferner aufweisen, dass das vierte Signal S4 ein Ein-Bit Signal ist.

In Beispiel 16 kann der Gegenstand nach Beispiel 14 ferner aufweisen, dass das vierte Signal S4 ein Mehr-Bit Signal ist.

In Beispiel 17 kann der Gegenstand nach einem der Beispiele 1 bis 16 ferner aufweisen, dass das Sensor-spezifische Steuersignal SS abhängig ist von einer gemessenen oder geschätzten Eigenschaft des Sensors SE bezüglich eines vorgegebenen Amplitudenganges, eines vorgegebenen Phasenganges und/oder einer vorgegebenen Gruppenlaufzeit.

In Beispiel 18 kann der Gegenstand nach Beispiel 17 ferner aufweisen, dass die Steuereinheit 206 einen Speicher aufweist oder mit diesem verbunden ist. In dem Speicher sind die mehreren Steuersignale SS gespeichert. Die Steuereinheit 206 ist eingerichtet, abhängig von der gemessenen oder abgeschätzten Eigenschaft des Sensors SE eines der mehreren Steuersignale SS als Sensor-spezifisches Steuersignal SS auszuwählen und an das Kalibrierungsfilter 208 bereitzustellen.

Die Filterkoeffizienten können durch das Steuersignal an das Kalibrierungsfilter übermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich weist das Kalibrierungsfilter einen Speicher auf, in dem unterschiedliche Sätze an Filterkoeffizienten gespeichert sind. Das Steuersignal übermittelt in diesem Fall ein Signal, welcher der gespeicherten bzw. vorgehaltenen Sätze an Filterkoeffizienten ausgewählt werden soll.

In Beispiel 19 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 18 ferner aufweisen, dass das Kalibrierungsfilter das von der Filteranordnung bereitgestellte Signal aufnimmt.

In Beispiel 20 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 18 ferner aufweisen, dass die Filteranordnung das von dem Kalibrierungsfilter bereitgestellte, kalibrierte Signal (kS) aufnimmt. Die Filteranordnung kann beispielsweise ein Dezimationsfilter aufweisen, wodurch die Abtastrate des durch die Filteranordnung aufgenommenen Signals reduziert und damit die Kalibrierung durch das Kalibrierungsfilter vereinfacht werden kann.

In Beispiel 21 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 19 ferner die Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor 202 aufweisen, der eingerichtet ist, das analoge Signal S0 bereitzustellen.

In Beispiel 22 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 20 ferner den Analog-Digital-Wandler 204 aufweisen, der eingerichtet ist, das analoge Signal S0 aufzunehmen und das erste Signal S1 bereitzustellen.

Mit anderen Worten: Die Schaltungsanordnung 200 weist die Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor 202 auf, der eingerichtet ist, das analoge Signal S0 bereitzustellen; den Analog-Digital-Wandler 204 auf, eingerichtet, das analoge Signal S0 aufzunehmen und das erste Signal S1 bereitzustellen; das Kalibrierungsfilter 208, eingerichtet das auf dem ersten Signal S1 basierende Signal aufzunehmen und ein kalibriertes Signal kS bereitzustellen; die Filteranordnung 210, eingerichtet, das auf dem ersten Signal S1 basierende Signal aufzunehmen und das zweite Signal S2 bereitzustellen; und die Steuereinheit 206, eingerichtet, das vom Frequenzgang des Sensors abhängige, Sensor-spezifische Steuersignal SS aus mehreren Steuersignalen SS auszuwählen und an das Kalibrierungsfilter 208 bereitzustellen. Das kalibrierte Signal kS basiert auf dem ersten Signal S1 und dem Sensor-spezifischen Steuersignal SS und entspricht oder entspricht im Wesentlichen in einem vorgegebenen Frequenzbereich einer vorgegebenen Spektralmaske.

Beispiel 23, das im Zusammenhang mit den 1 bis 4C veranschaulicht ist, ist ein Verfahren 350 zur Kalibrierung einer Schaltungsanordnung 200. Die Schaltungsanordnung 200 weist mindestens einen Sensor 202 auf, der eingerichtet ist, ein Signal S0 bereitzustellen. Das Verfahren weist ein Erfassen K1 einer Eigenschaft SE eines Sensors der Sensoranordnung; ein Ermitteln K2 eines Steuersignals SS aus einer Vielzahl an Steuersignalen basierend auf der erfassten Eigenschaft und einer vorgegebenen Spektralmaske; und ein Verändern K3 des auf dem Sensor-Signal basierenden und an das Kalibrierungsfilter bereitgestellten Signals mittels des Steuersignals SS, um ein kalibriertes Signal bereitzustellen, auf, wobei das Steuersignal eine rekursive Verarbeitung des bereitgestellten Signals mit mindestens zwei Signal-Koeffizienten bewirkt.

In Beispiel 24 kann der Gegenstand nach Beispiel 23 ferner aufweisen, dass die Schaltungsanordnung 200 nach einem der Beispiele 1 bis 22 ausgebildet ist.