MEMS硅壓阻式汽車壓力傳感器分析

　　如圖2傳感器輸出電壓信號(hào)Vo=VB△R/R(R1=R2=R3=R4，△R1=△R2=△R3=△R4)，在理想狀態(tài)下其信號(hào)輸出是一個(gè)線性變化值。但是單晶硅材料的傳感器屬于半導(dǎo)體傳感器其受溫度的影響比較大。這使得傳感器在環(huán)境溫度變化時(shí)輸出呈現(xiàn)變化，影響讀出精度。對(duì)圖2的電橋加入溫度對(duì)電橋的影響得出下式：

　　則

　　理想狀態(tài)下若：

　　但是在汽車應(yīng)用環(huán)境中溫度的影響很大，所以必需采用補(bǔ)償技術(shù)。圖5為一組實(shí)測(cè)得的未補(bǔ)償過的傳感器的寬溫度范圍溫度壓力曲線圖。顯而易見，在汽車常用的工作溫區(qū)，溫度引入的讀出誤差達(dá)到了10%左右，這顯然是不允許的。傳統(tǒng)的補(bǔ)償方法是在橋臂上串并聯(lián)電阻法補(bǔ)償，為提升工作效率采用激光修調(diào)預(yù)先制作在陶瓷基板上的厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)的辦法來實(shí)現(xiàn)。但是此法有很多的缺點(diǎn)和局限性，并且寬溫度區(qū)的補(bǔ)償后精度也僅為2%～3%，達(dá)不到汽車測(cè)壓的要求。

　　圖5 寬溫度范圍下壓力信號(hào)輸出曲線

　　通過采用數(shù)字化的信號(hào)處理將傳感器的微弱信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，并且植入模型算法將輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)補(bǔ)償?shù)揭欢ǖ木确秶鷥?nèi)，是當(dāng)代最新的傳感器信號(hào)調(diào)理技術(shù)。

　　信號(hào)處理鏈路框圖，圖6所示。

　　圖6信號(hào)處理鏈路框圖

　　在溫度傳感器的輔助作用下通過信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)分時(shí)讀取壓力與溫度的數(shù)值，通過可編程增益放大器將微弱信號(hào)放大，再經(jīng)過ADC量化傳感器的信號(hào)進(jìn)入數(shù)字處理器計(jì)算當(dāng)前溫度和壓力下的補(bǔ)償后壓力輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC輸出模擬信號(hào)。而溫度補(bǔ)償則可以通過通訊接口將參數(shù)寫入EEPROM供數(shù)字處理器計(jì)算時(shí)調(diào)用。如此多的功能部件均可集成制作在一塊單一芯片上，使得ASIC電路很容易和MEMS技術(shù)制作的壓力敏感芯片封裝在一個(gè)小巧的殼體中。

　　在寬溫度范圍內(nèi)實(shí)測(cè)校準(zhǔn)后的傳感器有效抑制了溫度變化對(duì)其產(chǎn)生的影響。如圖7所示的多只標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出的傳感器寬溫度校準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線：不難看出，在寬溫度工作環(huán)境下采用此法校準(zhǔn)的傳感器的讀出溫度誤差約為1%一2%FS，達(dá)到寬溫度的高精度測(cè)量要求，且通過多通道的通訊接口進(jìn)行校準(zhǔn)的方法與批量制造技術(shù)兼容，實(shí)現(xiàn)制造車用傳感器的高性價(jià)比的要求。

　　圖7多傳感器寬溫度校準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線