Revival der rein analogen Technik Weniger Rauschen bei MEMS-Drucksensoren

In viele moderne MEMS-Drucksensoren ist eine digitale Signalverarbeitung eingebaut. Der Nachteil: Der integrierte Analog-Digital-Umsetzer bestimmt letztlich die Qualität des Ausgangssignals. Rein analoge Sensoren können in anspruchsvollen Anwendungen die bessere Wahl sein.

Die meisten Drucksensoren auf dem Markt verwenden für die Signalkonditionierung einen ASIC eines renommierten Herstellers. In diesem Konzept wird das analoge Signal in ein digitales umgewandelt, bevor es im digitalen Signalprozessor (DSP) weiterverarbeitet wird (Bild 1) – ein Prinzip, das inzwischen zu einem Quasi-Standard bei den MEMS-Drucksensoren geworden ist.

In der analogen Version dieses Konzepts wird das digitale Signal dann wieder DA-umgesetzt, in der digitalen Version direkt über eine SPI- oder I²C-Schnittstelle ausgegeben. Dieses Konzept hat absolut seine Berechtigung und ist für viele Anwendungen die richtige Lösung. Die Signalverarbeitung im DSP-Block des ASICs eröffnet mächtige Möglichkeiten, die allerdings durch die Rechenleistung definiert beziehungsweise begrenzt werden.

Die ASIC-Hersteller dimensionieren ihre Produkte so, dass sie den größten Teil des Marktes und der Applikationen abdecken können. Das Ziel: eine gute Lösung mit gutem Preis-Leistungs-Verhältnis.

Liegen die Kundenanforderungen jedoch über denen dieser Mainstream-Applika­tionen, stößt das Konzept an seine Grenzen. Entweder erfüllt die Lösung nur einen Teil der Spezifikation – oder sie wird äußerst kostspielig. Diese Lücke will Fujikura mit der AG3/AP3-Serie schließen, die einen anderen Ansatz verfolgt (Bild 2).

Analoge Signalkonditionierung und Kennlinienkorrektur

Nicht immer ist digital besser. Manche altbewährten Konzepte haben weiterhin ihren Charme und bieten entscheidende Vorteile. Bei der AG3/AP3-Serie heißt das Zauberwort „voll analoge Signalkonditionierung“: Der ASIC von Fujikura verzichtet ganz auf die AD-/DA-Umsetzung und somit auf eine digitale Signalverarbeitung. Nicht nur der Signalpfad ist rein analog, sondern auch die Temperatur- und Kennlinienkorrektur. Durch den Einsatz neuer Analogtechnik wird eine sehr gute Signalqualität erreicht. Ein Vergleich der Bilder 3 und 4 zeigt den Unterschied deutlich: Im Gegensatz zum digital verarbeiteten Drucksignal (Bild 5) sind am Ausgang keine Stufen zu sehen – die volle Auflösung kann weiterverarbeitet werden.