Ich habe eine Frage, was genau ein piezoelektrischer MEMS-Sensorchip enthält. Enthält es nur das Sensorelement (oder) auch die Signalkonditionierungsschaltung für den piezoelektrischen MEMS-Sensor als mikroelektronische integrierte Schaltung (Nanometer-/Mikrometerebene).
Soweit ich weiß, hat der MEMS-Sensor Kondensatorrandplatten mit einer seismischen Masse, und dann ist die sich ändernde Kapazität zwischen den Platten proportional zur Beschleunigung.
Ich denke, die Signalaufbereitungsschaltung wäre aufgrund der Nähe auf dem Chip.
Ist es auch möglich, das Signal auch außerhalb des Chips zu verarbeiten?
Normalerweise müsste eine Art Energie in die vibrierenden Strukturen fließen, also muss die stabilisierte Versorgungselektronik sowieso vorhanden sein.
Da die beteiligten Ströme sehr klein sind, ist es sehr wünschenswert, diese im selben Gehäuse zu platzieren, um viel größere Rauschströme von externen Leiterbahnen zu vermeiden.
Das interessierende Signal wird meistens aus diesen stationären Versorgungssignalen "ausgekoppelt". Diese Kopplungselektronik sollte sich also auch in der Nähe des MEMS-Elements befinden.
Dann haben Sie ein schwaches Signal. Sie sollten das so nah wie möglich an der Quelle verstärken. Also im gleichen Paket, wenn nicht sogar auf dem gleichen Die.
Wann immer Sie etwas verstärken, möchten Sie die Bandbreite begrenzen – um nicht mehr Rauschen als Signal zu verstärken. Daher sind typischerweise Loopback-Filter integriert. Das ist oft das Erste, was den Sensor „verlässt“: Man findet MEMS-Sensoren, bei denen man die Bandbreite mit einem externen Kondensator einstellen kann.
Die MEMS-Technologie ist also genau aus den gegenteiligen Gründen interessant: Es ist möglich , eine Signalkonditionierung zu integrieren, und das tun Sie auch.
Wenn Sie das umgehen (z. B. indem Sie den externen Filterkondensator durch ein offenes Ende ersetzen), erhalten Sie einfach kein vernünftiges Signal, da die beobachteten Phänomene viel kleiner sind als das, was aus der Ferne leicht messbar ist.
Das heißt nicht, dass es unmöglich ist, dies extern zu tun, aber Sie müssten ein sehr sorgfältiges (und möglicherweise teures) Platinendesign durchführen, um diese Signale vor Rauscheinflüssen und das Sensorelement vor Belastung zu schützen.
Es kann alles enthalten, was der Designer will. Wie in den Kommentaren erwähnt, verfügt der übliche kommerzielle Chip über eine integrierte Signalkonditionierungselektronik bis hin zu einer digitalen Schnittstelle.
Ich habe an der Signalkonditionierung für ein Silizium-MEMS-Gyroskop gearbeitet, das nur die Kondensatorplatten zu den Pins gebracht hat, wobei die gesamte Ansteuerung und Signalkonditionierung außerhalb des Chips erfolgt, aber das wurde speziell in einem frühen Stadium der Produktentwicklung durchgeführt.
Chris Stratton