MEMS和信号调理实现扩散硅压力传感器
如图2传感器输出电压信号Vo=VB△R/R(R1=R2=R3=R4，△R1=△R2=△R3=△R4)，在理想状态下其信号输出是一个线性变化值。但是单晶硅材料的传感器属于半导体传感器其受温度的影响比较大。这使得传感器在环境温度变化时输出呈现变化，影响读出精度。对图2的电桥加入温度对电桥的影响得出下式：
则
理想状态下若：
但是在汽车应用环境中温度的影响很大，所以必需采用补偿技术。图5为一组实测得的未补偿过的传感器的宽温度范围温度压力曲线图。显而易见，在汽车常用的工作温区，温度引入的读出误差达到了10%左右，这显然是不允许的。传统的补偿方法是在桥臂上串并联电阻法补偿，为提升工作效率采用激光修调预先制作在陶瓷基板上的厚膜电阻网络的办法来实现。但是此法有很多的缺点和局限性，并且宽温度区的补偿后精度也仅为2%～3%，达不到汽车测压的要求。
通过采用数字化的信号处理将传感器的微弱信号转化为标准电压信号，并且植入模型算法将输出的标准信号补偿到一定的精度范围内，是当代最新的传感器信号调理技术。
信号处理链路框图，图6所示。
图6信号处理链路框图
在温度传感器的辅助作用下通过信号转换开关分时读取压力与温度的数值，通过可编程增益放大器将微弱信号放大，再经过ADC量化传感器的信号进入数字处理器计算当前温度和压力下的补偿后压力输出给数模转换DAC输出模拟信号。而温度补偿则可以通过通讯接口将参数写入EEPROM供数字处理器计算时调用。如此多的功能部件均可集成制作在一块单一芯片上，使得ASIC电路很容易和MEMS技术制作的压力敏感芯片封装在一个小巧的壳体中。
评论