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WO2021115701A1 - Phasenregelkreis für eine treiberschaltung zum betreiben eines mems-gyroskops - Google Patents

Phasenregelkreis für eine treiberschaltung zum betreiben eines mems-gyroskops Download PDF

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Publication number
WO2021115701A1
WO2021115701A1 PCT/EP2020/081572 EP2020081572W WO2021115701A1 WO 2021115701 A1 WO2021115701 A1 WO 2021115701A1 EP 2020081572 W EP2020081572 W EP 2020081572W WO 2021115701 A1 WO2021115701 A1 WO 2021115701A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phase
mems gyroscope
oscillators
locked loop
oscillator
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/081572
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Francesco Diazzi
Andrea Visconti
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US17/778,951 priority Critical patent/US12098921B2/en
Priority to CN202080086215.3A priority patent/CN114829875B/zh
Publication of WO2021115701A1 publication Critical patent/WO2021115701A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5776—Signal processing not specific to any of the devices covered by groups G01C19/5607 - G01C19/5719
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/567—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop

Definitions

  • the invention relates to a phase locked loop for a driver circuit for Betrei ben a MEMS gyroscope.
  • the invention also relates to a driver circuit for operating a MEMS gyroscope.
  • the invention also relates to a method for phase control of a drive signal for operating a MEMS gyroscope.
  • gyroscopes are often used together with an acceleration sensor in an inertial measuring unit, for example to enable applications with augmented reality or navigation within buildings.
  • the energy consumption in Internet of Things applications or portable applications in the field of end customers plays an important role.
  • a gyroscope that is in operation consumes a lot of energy.
  • the gyroscope is often switched off when it is not being used or when its measurement data is not required.
  • this requires a long start time in the event that the gyroscope should deliver measurement data again, since its seismic mass must first be brought into a corresponding oscillation again.
  • a gyroscope system with a MEMS gyroscope is which is connected to a driver system and a sensing system has become known.
  • the drive system keeps the MEMS gyroscope in an oscillation state and the sensing system in a state of receiving, amplifying and demodulating an output signal of the MEMS gyroscope indicating the rotation rate of the MEMS gyroscope.
  • the gyroscope system also includes a phase-locked loop, or PLL for short, which receives a reference clock signal (REFCLK) from the driver system and provides a system clock signal (CLK).
  • REFCLK reference clock signal
  • CLK system clock signal
  • the gyroscope system further comprises a control device which is operated by means of the system clock signal and which sets an operating state of the driver system and the sensing system and also controls the operating state of the PLL.
  • a control device which is operated by means of the system clock signal and which sets an operating state of the driver system and the sensing system and also controls the operating state of the PLL.
  • one or more system state parameters are maintained in an essentially unchangeable state during a so-called protection mode, which enables rapid transitions between a low-energy operating mode and a normal operating mode of the gyroscope system.
  • the present invention provides a phase-locked loop for a driver circuit for operating a MEMS gyroscope with a seismic mass that can be excited to vibrate, comprising an input interface for receiving position signals which represent the current position of the vibrating seismic mass of the MEMS gyroscope, a phase detector to determine the phase and frequency of the current oscillatory movement of the seismic mass on the basis of the position signals obtained, at least two alternatively activatable oscillators, the alternatively activatable oscillators having different energy consumption and / or different noise properties, and at least one output interface for outputting one of signal provided to the currently activated oscillator.
  • the present invention provides a circuit arrangement for operating a MEMS gyroscope with a seismic mass that can be excited to vibrate.
  • the circuit arrangement comprises a sensor unit which is connected to the MEMS gyroscope and with which a useful signal from the MEMS gyroscope can be provided.
  • the inventive Measured circuit arrangement an amplitude control unit for outputting a STEU ersignal to excite and maintain a defined Schwingungsbewe supply of the seismic mass of the MEMS gyroscope based on position signals that represent the current position of the vibrating seismic mass of the MEMS gyroscope, and a phase locked loop according to the invention, at least an output interface of the phase-locked loop is connected to the amplitude control unit.
  • the circuit arrangement according to the invention also includes an energy control unit that is connected to the sensing unit.
  • One of several predefined operating modes of the MEMS gyroscope can be specified by means of the energy control unit.
  • the energy control unit is designed to activate one of the at least two oscillators and to deactivate the remaining oscillators as a function of the specified operating mode.
  • the present invention provides a MEMS gyroscope sensor arrangement, comprising a MEMS gyroscope and a circuit arrangement according to the invention, the MEMS gyroscope on the one hand with an input interface of the sensing unit, on the other hand with an input interface of the phase locked loop and an input and an output interface of the amplitude control device is connected.
  • the present invention provides a method for operating a MEMS gyroscope sensor arrangement with a circuit arrangement according to the invention, one of at least two predefined operating modes of the MEMS gyroscope sensor arrangement being specified, and one of the at least two oscillators of the phase-locked loop oscillators is activated, while the remaining oscillators of the phase-locked loop are deactivated.
  • the power consumption for the MEMS gyroscope circuit arrangement can be reduced significantly, although the oscillatory movement of the seismic mass of the gyroscope is maintained regardless of its operating mode, so that there is no long start-up time when changing the operating state of the gyroscope must until reliable measurement data from the gyroscope is available.
  • the oscillator Tor of the phase-locked loop of the drive circuit has a comparatively high energy consumption compared to the other components of the MEMS gyroscope circuit arrangement, since this should also provide a signal with low phase noise for demodulating the sensing channel.
  • embodiments of the invention provide a phase-locked loop that can alternatively be operated with at least two oscillators of different quality.
  • One of the two oscillators is designed for operation with low noise, for example, in order to achieve a defined drive frequency for the seismic mass and to enable reliable demodulation of the measurement signal, whereas the other oscillator is designed for low energy consumption in order to drive the seismic mass Maintain the mass of the MEMS gyroscope with low energy consumption when its sensor unit is switched off, i.e. no measured values from the gyroscope are recorded.
  • the phase locked loop according to the invention is equipped with a loop filter for using at least one transmission function.
  • This loop filter has at least two outputs, one output of the loop filter being connected to one of the at least two oscillators, and each output of the loop filter being assigned its own transmission function. This increases the flexibility, since different transfer functions can be provided by the loop filter at the same time.
  • At least one of the at least two oscillators of the phase locked loop according to the invention is designed to be voltage or current controlled. In this way, a simple control of at least one oscillator with the help of electrical voltage signals or current signals nals.
  • an energy control unit which is designed to activate one of the at least two oscillators and to deactivate the remaining oscillators.
  • the energy control unit is also connected to a switch element for its actuation.
  • the respectively activated oscillator is integrated into the signal path of the phase-locked loop and the phase-locked loop is thereby closed.
  • the energy control unit not only determines the operating mode of the phase-locked loop by activating one of the oscillators and deactivating the other oscillators.
  • the energy control unit also integrates the respectively activated oscillator into the phase-locked loop in terms of circuitry.
  • controllable switch element comprises a multiplexer.
  • a simple implementation of a selection circuit is made possible by means of a multiplexer.
  • At least one frequency divider is arranged between the outputs of the at least two oscillators and the at least one output interface.
  • a separate frequency divider is assigned to each oscillator.
  • the advantage of this is the increased flexibility, since different frequency dividers can also be used due to the different frequencies of the different oscillators. If the at least two oscillators have the same center frequency, only one common frequency divider can be used, which is then arranged in terms of signaling after the selection circuit.
  • the energy control unit is designed det, to specify either an active sensing operating mode, in which sensor signals are recorded and preprocessed, or at least one standby mode, in which no sensor signals are recorded and / or preprocessed, as the operating mode of the MEMS gyroscope, with the active sensing operating mode the lower-noise and / or more stable-frequency oscillator of the at least two oscillators is used, while the more energy-saving oscillator of the at least two oscillators is used for the at least one standby mode.
  • one of the at least two oscillators is designed or operated to be particularly low-noise and / or frequency-stable, and the other of the at least two oscillators is designed to be particularly energy-saving.
  • the advantage of this is that the power consumption for the MEMS gyroscope circuit arrangement can be significantly reduced without the accuracy of measurement data from the MEMS gyroscope being reduced.
  • a switch element is provided which can be controlled by the energy control unit in such a way that the output signal of the respectively activated oscillator is fed to the amplitude control unit and the phase-locked loop is thereby closed. This enables a central, simple way of controlling the selection of the oscillator to be activated for closing the phase-locked loop.
  • a switch is made between an active sensing operating mode, in which sensor signals are acquired and preprocessed, and at least one standby mode, in which no sensor signals are acquired and / or preprocessed .
  • the lower-noise and / or more stable-frequency oscillator of the at least two oscillators is activated or used for the active sensing operating mode, and the more energy-saving oscillator of the at least two oscillators is activated or used for the at least one standby mode, while the other oscillator is deactivated becomes.
  • the advantage of this is that the power consumption for the MEMS gyroscope circuit arrangement can be reduced significantly without loss of performance in the measurement mode, that is to say in the sensing mode of operation.
  • switching between the predefined operating modes of the MEMS gyroscope sensor arrangement is initiated individually. This enables flexible switching between the operating modes as required.
  • a switch between the predefined operating modes of the MEMS gyroscope sensor arrangement takes place automatically at a predetermined frequency. In this way, measured values from the MEMS gyroscope can be provided essentially continuously or at least regularly, with lower energy consumption at the same time.
  • FIG. 1 shows the circuit diagram of a MEMS gyroscope sensor arrangement according to an embodiment of the present invention
  • a MEMS gyroscope sensor arrangement 1 is shown in detail in FIG.
  • the MEMS gyroscope sensor arrangement 1 comprises a MEMS gyroscope sensor element 3 with a seismic mass that can be excited to vibrate and a circuit arrangement 100 with a sensing unit 5, which is also referred to as sensing front end 5, with a driver circuit and with an energy control unit 2.
  • the driver circuit which is not shown separately in FIG. 1, consists of an amplitude control unit 4 and a phase-locked loop 10.
  • the phase-locked loop 10 has an input interface 20 which is connected to the MEMS gyroscope sensor element 3.
  • the phase-locked loop 10 receives position signals 101 via this input interface 20, which represent the current position of the vibrating seismic mass of the MEMS gyroscope 3.
  • the loop filter 12 has two outputs 12a, 12b which are each connected to an oscillator 13a, 13b.
  • the two Oszilla gates 13a, 13b differ in their energy consumption and / or in their noise properties.
  • the oscillator 13a can have a, in particular significantly, higher quality than the oscillator 13b, which for this purpose can have, in particular significantly, lower energy consumption than the oscillator 13a, which will be explained in more detail below.
  • Each of the oscillators 13a, 13b is further connected to a frequency divider 14a, 14b.
  • the output signals 101a, 101b provided by the two frequency dividers 14a, 14b are fed to a switch element 15 in the form of a multiple xer, which denotes either the signal 101a or the signal 101b of the respective oscillator 13a, 13b as a signal 102 via an output interface 22 of the amplitude control unit 4 provides.
  • the energy control unit 2 is connected to both the Sensie unit 5 and to the two oscillators 13a, 13b and the switch element 15.
  • the energy control unit 2 specifies the operating mode of the MEMS gyroscope sensor arrangement 1. It can choose between a sensing operating mode, in which sensor signals are recorded and preprocessed, and a standby mode, in which no sensor signals are recorded and / or preprocessed.
  • the energy control unit 2 activates the sensing unit 5 via the signal path 105 and the lower-noise OS oscillator 13a via signal path 121a.
  • the more energy-saving oscillator 13b is deactivated via the signal path 121b.
  • the energy control unit 2 controls the switch element 15 via the signal path 120 in such a way that the oscillator 13a is switched to the phase-locked loop 10, that is to say the phase-locked loop 10 is closed by the lower-noise oscillator 13a.
  • the energy control unit 2 deactivates the sensing unit 5 via the signal path 105.
  • the lower-noise oscillator 13a is also deactivated via the signal path 121a.
  • the more energy-saving oscillator 13b is now activated via the signal path 121b.
  • the energy control unit 2 controls the switch element 15 via the signal path 120 in such a way that the oscillator 13b is now switched to the phase-locked loop 10, that is to say the phase-locked loop 10 is closed by the more energy-saving oscillator 13b. Accordingly, the two oscillators 13a, 13b are switched on or off via corresponding control signals 121a, 121b of the energy control unit 2 depending on the selected operating mode of the MEMS gyroscope sensor arrangement 1.
  • the position signals 101 are also fed to the amplitude control unit 4.
  • This generates a driver signal 103 for the MEMS gyroscope sensor element 3 on the basis of the position signals 101 and the output signal 102 of the phase locked loop 10.
  • This driver signal 103 is generated independently of the operating mode of the MEMS gyroscope sensor arrangement 1 and is used to control the vibrational movement of the seismic To maintain the mass of the MEMS gyroscope sensor element 3 regardless of the operating mode of the MEMS gyroscope sensor arrangement 1.
  • the measurement signals 104 captured by the MEMS gyroscope sensor element 3 are read out by the activated sensing unit 5 and demodulated using the output signal 101a of the lower-noise oscillator 13a in order to provide a rotation rate sensor signal as a useful signal 106.
  • the phase locked loop 10 is a closed system which determines the phase and frequency of an input signal, here a position data signal of the MEMS gyroscope 3.
  • the phase-locked loop 10 comprises here - as already leads out - a phase detector 11, a loop filter 12 and two controllable oscillators 13a, 13b, in particular in the form of voltage-controlled oscillators - VCO - and in each case a downstream frequency divider 14a, 14b with the factors 1 / N1 and 1 / N2, respectively.
  • the loop filter 12 has two output interfaces 12a, 12b which can apply and provide various transfer functions to the respective input signal.
  • one of the signals to which the respective transfer function was applied is then made available to one of the two oscillators 13a, 13b.
  • one of the oscillators 13a is designed to provide low (phase) noise, which requires a correspondingly high frequency and, as a result, high energy consumption.
  • the other oscillator 13b is designed for a particularly low energy consumption, possibly with a lower frequency than the first oscillator 13a and with higher noise.
  • two different frequency dividers 14a, 14b with different coefficients 1 / N1 and 1 / N2 can also be used, as in FIG. 1. If the two oscillators 13a, 13b have the same center frequency, the phase control circuit 10 or the MEMS gyroscope circuit arrangement 1 can be operated as a whole with a single divided frequency divider. This is then technically arranged after the switch element 15 signal. The switch element 15 is controlled by the energy control unit 2 outside the phase-locked loop 10. The energy control unit 2 then selects which of the two oscillators 13a, 13b provides the signal for the control loop to be closed. In particular, only one oscillator 13a, 13b is activated in each case.
  • the signal path of the oscillator with lower noise - the oscillator 13a in FIG. 1 - is connected to the sensor front end 5, which reads the rotational speed of the MEMS gyroscope 3 and requires a corresponding demodulation signal 105 from the phase locked loop 10.
  • the amplitude control unit 4 reads out the position of the MEMS gyroscope sensor element 3 and provides a drive signal 103 in order to keep the amplitude of the MEMS gyroscope sensor element 3 constant.
  • the amplitude control unit 4 also requires a drive signal 102 from the phase-locked loop 10 in order to detect the amplitude movement and to provide a suitable drive signal 103 at the resonance frequency of the MEMS gyroscope sensor element 3.
  • the operating mode of the MEMS gyroscope sensor arrangement 1 is specified with the aid of the energy control unit 2. If the Sensier-Frontend 5 is switched on, the lower noise is designed th oscillator 13a of the phase-locked loop 10 is used. When the sensing front end 5 is switched off, a switch is made to the second oscillator 13b, which is designed for lower energy consumption. The respective oscillator 13a, 13b that is not used is then switched off in order to save energy.
  • the process comprises the following steps.
  • a first step S1 one of at least two predefined operating modes of the MEMS gyroscope sensor arrangement 1 is specified.
  • step S2 one of the at least two oscillators of the phase-locked loop is activated as a function of the specified operating mode.
  • step S3 the remaining oscillators of the phase-locked loop are deactivated.
  • step S4 switching between the predefined operating modes of the MEMS gyroscope sensor arrangement 1 is initiated individually and / or switching between the predefined operating modes of the MEMS gyroscope sensor arrangement takes place automatically at a predefinable frequency.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Phasenregelkreis für eine Treiberschaltung zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops mit einer zu Schwingungen anregbaren seismischen Masse, umfassend eine Eingangsschnittstelle zum Erhalten von Positionssignalen, die die aktuelle Position der schwingenden seismischen Masse des MEMS-Gyroskops repräsentieren, einen Phasendetektor zum Ermitteln der Phase und Frequenz der aktuellen Schwingungsbewegung der seismischen Masse auf Basis der erhaltenen Positionssignale, zumindest zwei alternativ aktivierbare Oszillatoren, wobei die alternativ aktivierbaren Oszillatoren unterschiedlichen Energieverbrauch und/oder unterschiedliche Rauscheigenschaften aufweisen, und zumindest eine Ausgabeschnittstelle zur Ausgabe eines von dem aktuell aktivierten Oszillator bereitgestellten Signals.

Description

Phasenregelkreis für eine Treiberschaltung zum Betreiben eines
MEMS-Gyroskops
Die Erfindung betrifft einen Phasenregelkreis für eine Treiberschaltung zum Betrei ben eines MEMS-Gyroskops.
Die Erfindung betrifft weiter eine Treiberschaltung zum Betreiben eines MEMS- Gyroskops.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Phasenreglung eines Treibersignals zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops.
Technisches Gebiet
Bekannte MEMS-Gyroskopeinheiten, im folgenden kurz Gyroskope, werden häufig zusammen mit einem Beschleunigungssensor in einer Inertialmesseinheit verwen det, um beispielsweise Anwendungen mit erweiterter Realität oder eine Navigation innerhalb von Gebäuden zu ermöglichen. Hierbei spielt insbesondere der Energie verbrauch bei Internet-der-Dinge-Anwendungen oder tragbaren Anwendungen im Bereich Endkunden eine wichtige Rolle. Üblicherweise weist dabei ein im Betrieb befindliches Gyroskop einen hohen Energieverbrauch auf. Um den Energiever brauch zu reduzieren, wird das Gyroskop oft abgeschaltet, wenn dieses nicht be nutzt wird beziehungsweise dessen Messdaten nicht benötigt werden. Dies bedingt jedoch eine lange Startzeit im Fall, dass das Gyroskop wieder Messdaten liefern soll, da dessen seismische Masse erst wieder in eine entsprechende Oszillation gebracht werden muss. Um diesem wiederum Rechnung zu tragen ist es bekannt geworden, den Ausleseschaltkreis während der Nichtbenutzung des Gyroskops ab zuschalten, die Treiberschaltung für die Oszillation der seismischen Masse jedoch aktiviert zu lassen.
Stand der Technik
Aus der US 9,506,757 B2 ist ein Gyroskop-System mit einem MEMS-Gyroskop, welches mit einem Treibersystem und einem Sensiersystem verbunden ist, bekannt geworden. Das Treibersystem hält das MEMS-Gyroskop in einem Oszillationszu stand und das Sensiersystem in einem Zustand zum Empfangen, Verstärken und Demodulieren eines Ausgabesignals des MEMS-Gyroskops, welches die Rotations rate des MEMS-Gyroskops anzeigt. Das Gyroskop-System umfasst zusätzlich eine Phasenregelschleife, kurz PLL, die ein Referenztaktsignal (REFCLK) von dem Trei bersystem erhält und ein Systemtaktsignal (CLK) bereitstellt. Das Gyroskop-System umfasst weiter eine Steuereinrichtung, die mittels des Systemtaktsignals betrieben wird und die einen Betriebszustand des Treibersystems und des Sensiersystems einstellt und ebenfalls den Betriebszustand des PLL steuert. Hierbei werden ein o- der mehrere Systemzustandsparameter in einem im wesentlichen unveränderbaren Zustand während eines sogenannten Schutzmodus aufrechterhalten, was schnelle Übergänge zwischen einem Niedrigenergie-Betriebsmodus und einem normalen Betriebsmodus des Gyroskop-Systems ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Phasenregelkreis für eine Treiberschaltung zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops mit einer zu Schwingungen anregbaren seismischen Masse bereit, umfassend eine Eingangs schnittstelle zum Erhalten von Positionssignalen, die die aktuelle Position der schwingenden seismischen Masse des MEMS-Gyroskops repräsentieren, einen Phasendetektor zum Ermitteln der Phase und Frequenz der aktuellen Schwin gungsbewegung der seismischen Masse auf Basis der erhaltenen Positionssignale, zumindest zwei alternativ aktivierbare Oszillatoren, wobei die alternativ aktivierbaren Oszillatoren unterschiedlichen Energieverbrauch und/oder unterschiedliche Rau scheigenschaften aufweisen, und zumindest eine Ausgabeschnittstelle zur Ausgabe eines von dem aktuell aktivierten Oszillator bereitgestellten Signals.
In einerweiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Schaltungs anordnung zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops mit einer zu Schwingungen an regbaren seismischen Masse bereit. Die Schaltungsanordnung umfasst eine Sen- siereinheit, die mit dem MEMS-Gyroskop verbunden ist und mit der ein Nutzsignal des MEMS-Gyroskops bereitstellbar ist. Des Weiteren umfasst die erfindungsge- mäße Schaltungsanordnung eine Amplitudensteuereinheit zur Ausgabe eines Steu ersignals zur Anregung und Aufrechterhaltung einer definierten Schwingungsbewe gung der seismischen Masse des MEMS-Gyroskops basierend auf Positionssigna len, die die aktuelle Position der schwingenden seismischen Masse des MEMS- Gyroskops repräsentieren, und einen erfindungsgemäßen Phasenregelkreis, wobei zumindest eine Ausgabeschnittstelle des Phasenregelkreises mit der Amplituden steuereinheit verbunden ist. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Schaltungs anordnung auch noch eine Energiesteuereinheit, die mit der Sensiereinheit verbun den ist. Mittels der Energiesteuereinheit ist einer von mehreren vordefinierten Be triebsmodi des MEMS-Gyroskops vorgebbar. Außerdem ist die Energiesteuereinheit dazu ausgebildet, in Abhängigkeit vom vorgegebenen Betriebsmodus einen der mindestens zwei Oszillatoren zu aktivieren und die übrigen Oszillatoren zu deakti vieren.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine MEMS- Gyroskop-Sensoranordnung bereit, umfassend ein MEMS-Gyroskop und eine erfin dungsgemäße Schaltungsanordnung, wobei das MEMS-Gyroskop einerseits mit einer Eingangsschnittstelle der Sensiereinheit, andererseits mit einer Eingangs schnittstelle des Phasenregelkreises und einer Eingangs- und einer Ausgangs schnittstelle der Amplitudensteuereinrichtung verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung mit einer erfindungsgemä ßen Schaltungsanordnung bereit, wobei einer von mindestens zwei vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung vorgegeben wird, und wobei in Abhängigkeit vom vorgegebenen Betriebsmodus einer der mindestens zwei Os zillatoren des Phasenregelkreises aktiviert wird, während die übrigen Oszillatoren des Phasenregelkreises deaktiviert werden.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass der Stromverbrauch für die MEMS- Gyroskop-Schaltungsanordnung wesentlich gesenkt werden kann, obwohl die Schwingungsbewegung der seismischen Masse des Gyroskops unabhängig von dessen Betriebsmodus aufrechterhalten wird, so dass keine lange Startzeit beim Wechsel des Betriebszustandes des Gyroskops abgewartet werden muss, bis ver lässliche Messdaten des Gyroskops verfügbar sind. Üblicherweise weist der Oszilla- tor des Phasenregelkreises der Antriebsschaltung einen vergleichsweise hohen Energieverbrauch gegenüber den anderen Komponenten der MEMS-Gyroskop- Schaltungsanordnung auf, da dieser auch ein Signal mit niedrigem Phasenrauschen zur Demodulation des Sensierkanals bereitstellen soll. Diese hohe Anforderung be steht nicht, wenn die seismische Masse des Gyroskops lediglich in Bewegung ge halten werden soll, aber kein Messsignal erfasst wird und die Sensiereinheit ausge schaltet ist. Dann können die Anforderungen an die Güte des Oszillators erheblich reduziert werden und es kann ein Oszillator mit höherem Rauschen, jedoch mit be sonders niedrigem Energieverbrauch benutzt werden. Mit anderen Worten wird durch Ausführungsformen der Erfindung ein Phasenregelkreis zur Verfügung ge stellt, der alternativ mit mindestens zwei Oszillatoren unterschiedlicher Güte betrie ben werden kann. Einer der beiden Oszillatoren ist beispielsweise für den Betrieb mit niedrigem Rauschen ausgelegt, um eine definierte Antriebsfrequenz für die seismische Masse zu realisieren und eine zuverlässige Demodulation des Messsig nals zu ermöglichen, wohingegen der andere Oszillator auf niedrigen Energiever brauch ausgelegt ist, um einen Antrieb der seismischen Masse des MEMS- Gyroskops bei geringem Energieverbrauch aufrechtzuhalten, wenn dessen Sensie reinheit ausgeschaltet ist, also keine Messwerte des Gyroskops erfasst werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der erfindungsgemäße Phasenregel kreis mit einem Schleifenfilter zur Anwendung zumindest einer Übertragungsfunkti on ausgestattet. Dieser Schleifenfilter weist zumindest zwei Ausgänge auf, wobei jeweils ein Ausgang des Schleifenfilters mit einem der zumindest zwei Oszillatoren verbunden ist, und wobei jedem Ausgang des Schleifenfilters eine eigene Übertra gungsfunktion zugeordnet ist. Hierdurch wird die Flexibilität erhöht, da gleichzeitig unterschiedliche Übertragungsfunktionen durch den Schleifenfilter bereitgestellt werden können.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest einer der zumindest zwei Oszillatoren des erfindungsgemäßen Phasenregelkreises spannungs- oder stromgesteuert ausgebildet. Auf diese Weise wird eine einfache Steuerung zumin dest eines Oszillators mit Hilfe von elektrischen Spannungssignalen oder Stromsig- nalen ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Energiesteuereinheit vor gesehen, die ausgebildet ist, einen der zumindest zwei Oszillatoren zu aktivieren und die übrigen Oszillatoren zu deaktivieren. Die Energiesteuereinheit ist außerdem mit einem Schalterelement zu dessen Betätigung verbunden. Durch entsprechende Ansteuerung und Betätigung des Schalterelements wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung der jeweils aktivierte Oszillator in den Signalpfad des Phasenregel kreises eingebunden und der Phasenregelkreis dadurch geschlossen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bestimmt die Energiesteuereinheit nicht nur den Betriebsmodus des Phasenregelkreises durch Aktivieren eines der Oszillatoren und Deaktivieren der anderen Oszillatoren. Mit Hilfe des Schalterelements bindet die Energiesteuereinheit außerdem den jeweils aktivierten Oszillator schaltungstech nisch in den Phasenregelkreis ein.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das ansteuerbare Schal terelement einen Multiplexer. Mittels eines Multiplexers wird eine einfache Imple mentierung einer Auswahlschaltung ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen den Ausgängen der zumindest zwei Oszillatoren und der zumindest eine Ausgabeschnittstelle zumin dest ein Frequenzteiler angeordnet. Vorteil hiervon ist, dass die Frequenz des Sig nals am Ausgang des jeweiligen Oszillators in einem bestimmten ganzzahligen Tei lungsverhältnis vermindert werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist jedem Oszillator ein separater Frequenzteiler zugeordnet. Vorteil hiervon ist die erhöhte Flexibilität, da aufgrund der unterschiedlichen Frequenzen der unterschiedlichen Oszillatoren ebenfalls un terschiedliche Frequenzteiler zum Einsatz kommen können. Wenn die zumindest zwei Oszillatoren dieselbe Mittenfrequenz aufweisen kann auch lediglich ein ge meinsamer Frequenzteiler benutzt werden, der dann signaltechnisch nach der Aus wahlschaltung angeordnet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanord nung zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops ist die Energiesteuereinheit ausgebil- det, entweder einen aktiven Sensier-Betriebsmodus, in dem Sensorsignale erfasst und vorverarbeitet werden, oder mindestens einen Standby-Modus, in dem keine Sensorsignale erfasst und/oder vorverarbeitet werden, als Betriebsmodus des MEMS-Gyroskops vorzugeben, wobei für den aktiven Sensier-Betriebsmodus der rauschärmere und/oder frequenzstabilere Oszillator der zumindest zwei Oszillatoren verwendet wird, während für den mindestens einen Standby-Modus der energiespa- rendere Oszillator der zumindest zwei Oszillatoren verwendet wird. Mit anderen Worten wird einer der zumindest zwei Oszillatoren besonders rauscharm und/oder frequenzstabil ausgeführt oder betrieben und der andere der zumindest zwei Oszil latoren wird besonders energiesparend ausgeführt.
Vorteil hiervon ist, dass der Stromverbrauch für die MEMS-Gyroskop- Schaltungsanordnung wesentlich gesenkt werden kann, ohne dass die Genauigkeit von Messdaten des MEMS-Gyroskops reduziert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung ist ein Schalterelement vorgesehen, das von der Energiesteuerein heit so ansteuerbar ist, dass das Ausgangssignal des jeweils aktivierten Oszillators der Amplitudensteuereinheit zugeführt wird und der Phasenregelkreis dadurch ge schlossen wird. Dies ermöglicht eine zentrale, einfache Möglichkeit der Steuerung der Auswahl des zu aktivierenden Oszillators zum Schließen der Phasenregelkreis schleife.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung wird zwischen einem aktiven Sensier-Betriebsmodus, in dem Sensorsignale erfasst und vorverarbeitet werden, und mindestens einem Standby-Modus, in dem keine Sensorsignale erfasst und/oder vorverarbeitet werden, umgeschaltet. Dazu wird für den aktiven Sensier- Betriebsmodus der rauschärmere und/oder frequenzstabilere Oszillator der zumin dest zwei Oszillatoren aktiviert beziehungsweise verwendet und für den mindestens einen Standby-Modus wird der energiesparendere Oszillator der zumindest zwei Oszillatoren aktiviert beziehungsweise verwendet, während der jeweils andere Os zillator deaktiviert wird. Vorteil hiervon ist, dass der Stromverbrauch für die MEMS- Gyroskop-Schaltungsanordnung wesentlich gesenkt werden kann, ohne Perfor manceeinbußen im Messbetrieb, das heißt im Sensier-Betriebsmodus. Gemäß einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird ein Umschal ten zwischen den vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop- Sensoranordnung individuell initiiert. Dies ermöglicht ein flexibles Umschalten zwi schen den Betriebsmodi je nach Bedarf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens erfolgt ein Um schalten zwischen den vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop- Sensoranordnung automatisch mit einer vorgebbaren Frequenz. Damit können im Wesentlichen kontinuierlich oder zumindest regelmäßig Messwerte des MEMS- gyroskops bereitgestellt werden, bei gleichzeitig niedrigerem Energieverbrauch.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu er läuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich nungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Dabei zeigen
Figur 1 das Schaltbild einer MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Figur 2 Schritte eines Verfahrens zum Betreiben einer MEMS-Gyroskop- Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Er findung. Ausführungsformen der Erfindung
Im Detail ist in Figur 1 eine MEMS-Gyroskop Sensoranordnung 1 gezeigt. Die MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung 1 umfasst ein MEMS-Gyroskop-Sensorelement 3 mit einer zu Schwingungen anregbaren seismischen Masse und eine Schaltungs anordnung 100 mit einer Sensiereinheit 5, die auch als Sensier-Frontend 5 bezeich net wird, mit einer Treiberschaltung und mit einer Energiesteuereinheit 2. Die Trei berschaltung, die in Fig. 1 nicht gesondert bezeichnet ist, besteht hier aus einer Amplitudensteuereinheit 4 und einem Phasenregelkreis 10. Der Phasenregelkreis 10 hat eine Eingangsschnittstelle 20, die mit dem MEMS-Gyroskop-Sensorelement 3 verbunden ist. Über diese Eingangsschnittstelle 20 empfängt der Phasenregel kreis 10 Positionssignale 101, die die jeweils aktuelle Position der schwingenden seismischen Masse des MEMS-Gyroskops 3 repräsentieren. Diese Positionssignale 101 werden einem Phasendetektor 11 des Phasenregelkreises 10 zugeleitet, der im weiteren signaltechnischen Verlauf mit einem Schleifenfilter 12 verbunden ist. Der Schleifenfilter 12 weist zwei Ausgänge 12a, 12b auf, die mit jeweils einem Oszillator 13a, 13b verbunden sind. Erfindungsgemäß unterscheiden sich die beiden Oszilla toren 13a, 13b in ihrem Energieverbrauch und/oder in ihren Rauscheigenschaften. So kann der Oszillator 13a eine, insbesondere deutlich, höhere Güte aufweisen als der Oszillator 13b, der dafür einen, insbesondere deutlich, geringeren Energiever brauch aufweisen kann als der Oszillator 13a, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Jeder der Oszillatoren 13a, 13b ist weiter mit einem Frequenzteiler 14a, 14b verbunden. Die von den beiden Frequenzteilern 14a, 14b bereitgestellten Aus gangssignale 101a, 101b werden einem Schalterelement 15 in Form eines Multiple xers zugeführt, der entweder das Signal 101a oder das Signal 101b des jeweiligen Oszillators 13a, 13b als Signal 102 über eine Ausgabeschnittstelle 22 der Amplitu densteuereinheit 4 bereitstellt. Die Energiesteuereinheit 2 ist sowohl mit der Sensie reinheit 5 als auch mit den beiden Oszillatoren 13a, 13b und dem Schalterelement 15 verbunden. Die Energiesteuereinheit 2 gibt den Betriebsmodus der MEMS- Gyroskop Sensoranordnung 1 vor. Dabei kann sie zwischen einem Sensier- Betriebsmodus, in dem Sensorsignale erfasst und vorverarbeitet werden, und einem Standby-Modus, in dem keine Sensorsignale erfasst und/oder vorverarbeitet wer den, wählen. Zur Auswahl des Sensier-Betriebsmodus aktiviert die Energiesteuer einheit 2 die Sensiereinheit 5 über den Signalpfad 105 und den rauschärmeren Os- zillator 13a über den Signalpfad 121a. Der energiesparendere Oszillator 13b wird über den Signalpfad 121b deaktiviert. Außerdem steuert die Energiesteuereinheit 2 das Schalterelement 15 über den Signalpfad 120 so an, dass der Oszillator 13a in den Phasenregelkreis 10 geschaltet wird, der Phasenregelkreis 10 also durch den rauschärmeren Oszillator 13a geschlossen wird. Zum Umschalten in den Standby- Betriebsmodus deaktiviert die Energiesteuereinheit 2 die Sensiereinheit 5 über den Signalpfad 105. Der rauschärmere Oszillator 13a wird über den Signalpfad 121a ebenfalls deaktiviert. Stattdessen wird jetzt der energiesparendere Oszillator 13b über den Signalpfad 121b aktiviert. Außerdem steuert die Energiesteuereinheit 2 das Schalterelement 15 über den Signalpfad 120 so an, dass jetzt der Oszillator 13b in den Phasenregelkreis 10 geschaltet wird, der Phasenregelkreis 10 also durch den energiesparenderen Oszillator 13b geschlossen wird. Demnach werden die beiden Oszillatoren 13a, 13b also über entsprechende Steuersignale 121a, 121b der Ener giesteuereinheit 2 in Abhängigkeit des gewählten Betriebsmodus der MEMS- Gyroskops Sensoranordnung 1 an- oder abgeschaltet.
Die Positionssignale 101 werden auch der Amplitudensteuereinheit 4 zugeleitet. Diese generiert auf Basis der Positionssignale 101 und des Ausgangssignals 102 des Phasenregelkreises 10 ein Treibersignal 103 für das MEMS-Gyroskop- Sensorelement 3. Dieses Treibersignal 103 wird unabhängig vom Betriebsmodus der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung 1 generiert und dient dazu, die Schwin gungsbewegung der seismischen Masse des MEMS-Gyroskop-Sensorelements 3 unabhängig vom Betriebsmodus der MEMS-Gyroskop Sensoranordnung 1 auf rechtzuerhalten.
Im Sensier-Betriebsmodus werden die vom MEMS-Gyroskop Sensorelement 3 er fassten Messsignale 104 von der aktivierten Sensiereinheit 5 ausgelesen und mit Hilfe des Ausgangssignals 101a des rauschärmeren Oszillators 13a demoduliert, um ein Drehratensensorsignal als Nutzsignal 106 bereitzustellen.
Der Phasenregelkreis 10 ist ein geschlossenes System, welches die Phase und Frequenz eines Eingabesignals, hier eines Positionsdatensignals des MEMS- Gyroskops 3, ermittelt. Der Phasenregelkreis 10 umfasst hier - wie bereits ausge führt - einen Phasendetektor 11, einen Schleifenfilter 12 und zwei steuerbare Oszil latoren 13a, 13b, insbesondere in Form von spannungsgesteuerten Oszillatoren - VCO - und jeweils einen nachgeschalteten Frequenzteiler 14a, 14b mit den Fakto ren 1/N1 bzw. 1/N2. Im vorliegenden Fall der Figur 1 hat der Schleifenfilter 12 zwei Ausgabeschnittstellen 12a, 12b, die verschiedene Übertragungsfunktionen auf das jeweilige Eingabesignal anwenden und bereitstellen können. Jeweils eines der Sig nale, auf die die jeweilige Übertragungsfunktion angewendet wurde, wird dann je weils einem der beiden Oszillatoren 13a, 13b bereitgestellt. Hierbei ist einer der Os zillatoren 13a ausgelegt, um ein niedriges (Phasen)Rauschen bereitzustellen, was eine entsprechend hohe Frequenz und damit einhergehend einen hohen Energie verbrauch bedingt. Der andere Oszillator 13b ist dagegen auf einen besonders nied rigen Energieverbrauch ausgelegt, gegebenenfalls mit niedrigerer Frequenz als der erste Oszillator 13a und mit höheren Rauschen.
Aufgrund der gegebenenfalls verschiedenen Oszillationsfrequenzen der Oszillatoren 13a, 13b können ebenfalls, wie in Figur 1, zwei verschiedene Frequenzteiler 14a, 14b mit unterschiedlichen Koeffizienten 1/N1 bzw. 1/N2 benutzt werden. Wenn die beiden Oszillatoren 13a, 13b die gleiche Mittenfrequenz aufweisen, kann der Pha senregelkreis 10 bzw. die MEMS-Gyroskop-Schaltungsanordnung 1 insgesamt mit einem einzelnen geteilten Frequenzteiler betrieben werden. Dieser wird dann signal technisch nach dem Schalterelement 15 angeordnet. Das Schalterelement 15 wird durch die Energiesteuereinheit 2 außerhalb des Phasenregelkreises 10 gesteuert. Die Energiesteuereinheit 2 wählt dann aus, welcher der beiden Oszillatoren 13a, 13b das Signal für den zu schließenden Regelkreis bereitstellt. Hierbei ist insbeson dere lediglich jeweils nur ein Oszillator 13a, 13b aktiviert. Der Signalpfad des Oszil lators mit niedrigerem Rauschen - in Figur 1 der Oszillator 13a - ist mit dem Sen- sier-Frontend 5 verbunden, das die Rotationsgeschwindigkeit des MEMS- Gyroskops 3 ausliest und ein entsprechendes Demodulationssignal 105 von dem Phasenregelkreis 10 benötigt. Die Amplitudensteuereinheit 4 liest stattdessen die Position des MEMS-Gyroskop-Sensorelements 3 aus und stellt ein Treibersignal 103 bereit, um die Amplitude des MEMS-Gyroskop-Sensorelements 3 konstant zu halten. Die Amplitudensteuereinheit 4 benötigt hierfür ebenfalls ein Treibersignal 102 von dem Phasenregelkreis 10, um die Amplitudenbewegung zu detektieren und um ein geeignetes Treibersignal 103 bei der Resonanzfrequenz des MEMS- Gyroskop-Sensorelements 3 bereitzustellen. Mit Hilfe der Energiesteuereinheit 2 wird der Betriebsmodus der MEMS-Gyroskop Sensoranordnung 1 vorgegeben. Ist das Sensier-Frontend 5 eingeschaltet, wird der auf niedrigeres Rauschen ausgeleg- ten Oszillator 13a des Phasenregelkreises 10 verwendet. Wenn das Sensier- Frontend 5 abgeschaltet wird, wird auf den auf niedrigeren Energieverbrauch aus gelegten zweiten Oszillator 13b umgeschaltet. Der jeweilige Oszillator 13a, 13b, der nicht genutzt wird, wird dann abgeschaltet, um Energie zu sparen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer MEMS-Gyroskop- Sensoranordnung 1, wie in Fig. 1 dargestellt, wird nachfolgend anhand von Fig. 2 erläutert.
Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte.
In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Vorgeben eines von mindestens zwei vordefi nierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung 1.
In einem weiteren Schritt S2 erfolgt ein Aktivieren einer der mindestens zwei Oszil latoren des Phasenregelkreises in Abhängigkeit vom vorgegebenen Betriebsmodus.
In einem weiteren Schritt S3 erfolgt ein Deaktivieren der übrigen Oszillatoren des Phasenregelkreises.
In einem weiteren optionalen Schritt S4 wird ein Umschalten zwischen den vordefi nierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung 1 individuell initiiert und/oder das Umschalten zwischen den vordefinierten Betriebsmodi der MEMS- Gyroskop-Sensoranordnung erfolgt automatisch mit einer vorgebbaren Frequenz.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Phasenregelkreis (10) für eine Treiberschaltung (100) zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops (3) mit einer zu Schwingungen anregbaren seismi schen Masse, umfassend eine Eingangsschnittstelle (20) zum Erhalten von Positionssignalen (100), die die aktuelle Position der schwingenden seismischen Masse des MEMS- Gyroskops (3) repräsentieren, einen Phasendetektor (11) zum Ermitteln der Phase und Frequenz der aktu ellen Schwingungsbewegung der seismischen Masse auf Basis der erhalte nen Positionssignale (100), zumindest zwei alternativ aktivierbare Oszillatoren (13a, 13b), wobei die al ternativ aktivierbaren Oszillatoren (13a, 13b) unterschiedlichen Energiever brauch und/oder unterschiedliche Rauscheigenschaften aufweisen, und zumindest eine Ausgabeschnittstelle (22) zur Ausgabe eines von dem aktuell aktivierten Oszillator (13a, 13b) bereitgestellten Signals (101a, 101b, 102).
2. Phasenregelkreis gemäß Anspruch 1, mit einem Schleifenfilter (12) zur An wendung zumindest einer Übertragungsfunktion, wobei der Schleifenfilter (12) zumindest zwei Ausgänge (12a, 12b) aufweist, wobei jeweils ein Aus gang (12a, 12b) des Schleifenfilters (12) mit einem der zumindest zwei Oszil latoren (13a, 13b) verbunden ist, und wobei jedem Ausgang (12a, 12b) des Schleifenfilters (12) eine eigene Übertragungsfunktion zugeordnet ist.
3. Phasenregelkreis gemäß einem der Ansprüche 1-2, wobei zumindest einer der zumindest zwei Oszillatoren (13a, 13b) spannungs- oder stromgesteuert ausgebildet ist.
4. Phasenregelkreis gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei eine Energiesteu ereinheit (2) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, einen der zumindest zwei Oszillatoren (13a, 13b) zu aktivieren und die übrigen Oszillatoren (13a, 13b) zu deaktivieren, und ein Schalterelement (15) anzusteuern, so dass mittels Betätigung des Schalterelements (15) der jeweils aktivierte Oszillator (13a, 13b) in den Signalpfad des Phasenregelkreises (10) eingebunden wird und der Phasenregelkreis (10) dadurch geschlossen wird.
5. Phasenregelkreis gemäß Anspruch 4, wobei das ansteuerbare Schalterele ment (15) einen Multiplexer umfasst.
6. Phasenregelkreis gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei zwischen den Ausgängen der zumindest zwei Oszillatoren (13a, 13b) und der zumindest einen Ausgabeschnittstelle (22) zumindest ein Frequenzteiler (14a, 14b) an geordnet ist.
7. Phasenregelkreis gemäß Anspruch 6, wobei jedem Oszillator (13a, 13b) ein separater Frequenzteiler (14a, 14b) zugeordnet ist.
8. Schaltungsanordnung (100) zum Betreiben eines MEMS-Gyroskops (3) mit einer zu Schwingungen anregbaren seismischen Masse, umfassend: eine Sensiereinheit (5), die mit dem MEMS-Gyroskop (3) verbunden ist und mit der ein Nutzsignal (106) des MEMS-Gyroskops (3) bereitstellbar ist, eine Amplitudensteuereinheit (4) zur Ausgabe eines Steuersignals (103) zur Anregung und Aufrechterhaltung einer definierten Schwingungsbewegung der seismischen Masse des MEMS-Gyroskops (3) basierend auf Positions signalen (100), die die aktuelle Position der schwingenden seismischen Mas se des MEMS-Gyroskops (3) repräsentieren, einen Phasenregelkreis (10) gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei die zu mindest eine Ausgabeschnittstelle (22) des Phasenregelkreises (10) mit der Amplitudensteuereinheit (4) verbunden ist, und eine Energiesteuereinheit (2), die mit der Sensiereinheit (5) verbunden ist, wobei mittels der Energiesteuereinheit (2) einer von mehreren vordefinierten Betriebsmodi des MEMS-Gyroskops vorgebbar ist und die Energiesteuerein heit (2) ausgebildet ist, in Abhängigkeit vom vorgegebenen Betriebsmodus einen der mindestens zwei Oszillatoren (13a, 13b) zu aktivieren und die übri gen Oszillatoren (13a, 13b) zu deaktivieren.
9. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 8, wobei die Energiesteuereinheit (2) ausgebildet ist, entweder einen aktiven Sensier-Betriebsmodus, in dem Sen- sorsignale erfasst und vorverarbeitet werden, oder mindestens einen Stand- by-Modus, in dem keine Sensorsignale erfasst und/oder vorverarbeitet wer den, als Betriebsmodus des MEMS-Gyroskops (3) vorzugeben, wobei für den aktiven Sensier-Betriebsmodus der rauschärmere und/oder frequenz stabilere Oszillator (13a, 13b) der zumindest zwei Oszillatoren (13a, 13b) verwendet wird, während für den mindestens einen Standby-Modus der energiesparendere Oszillator (13a, 13b) der zumindest zwei Oszillatoren (13a, 13b) verwendet wird.
10. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei ein Schalterelement (15) vorgesehen ist, das von der Energiesteuereinheit (2) so ansteuerbar ist, dass das Ausgangssignal des jeweils aktivierten Oszillators (13a, 13b) der Amplitudensteuereinheit (4) zugeführt wird und der Phasenregelkreis (10) dadurch geschlossen wird.
11. MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung (1 ), umfassend ein MEMS-Gyroskop (3) und eine Schaltungsanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 8-10, wobei das MEMS-Gyroskop (3) einerseits mit einer Eingangsschnittstelle der Sen- siereinheit (5), andererseits mit einer Eingangsschnittstelle (20) des Phasen regelkreises (10) und einer Eingangs- und einer Ausgangsschnittstelle der Amplitudensteuereinrichtung (4) verbunden ist.
12. Verfahren zum Betreiben einer MEMS-Gyroskop-Sensoranordnung (1) mit einer Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 8-10, bei dem einer von mindestens zwei vordefinierten Betriebsmodi der MEMS- Gyroskop-Sensoranordnung (1) vorgegeben wird (S1), und bei dem in Abhängigkeit vom vorgegebenen Betriebsmodus einer der mindes tens zwei Oszillatoren (13a, 13b) des Phasenregelkreises (10) aktiviert wird (S2), während die übrigen Oszillatoren (13a, 13b) des Phasenregelkreises (10) deaktiviert werden (S3).
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem zwischen einem aktiven Sensier- Betriebsmodus, in dem Sensorsignale erfasst und vorverarbeitet werden, und mindestens einem Standby-Modus, in dem keine Sensorsignale erfasst und/oder vorverarbeitet werden, umgeschaltet wird, wobei für den aktiven Sensier-Betriebsmodus der rauschärmere und/oder frequenzstabilere Oszilla tor (13a, 13b) der zumindest zwei Oszillatoren (13a, 13b) verwendet wird, wäh rend für den mindestens einen Standby-Modus der energiesparendere Oszilla- tor (13a, 13b) der zumindest zwei Oszillatoren (13a, 13b) verwendet wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12-13, bei dem ein Umschalten (S4) zwischen den vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop- Sensoranordnung (1) individuell initiiert wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12-14, bei dem ein Umschalten (S4) zwischen den vordefinierten Betriebsmodi der MEMS-Gyroskop- Sensoranordnung (1) automatisch mit einer vorgebbaren Frequenz erfolgt.
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