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MEMS和信號調(diào)理實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散硅壓力傳感器

作者: 時(shí)間:2011-09-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
2的倍號智能設(shè)計(jì)

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/161497.htm

  如圖2輸出電壓Vo=VB△R/R(R1=R2=R3=R4,△R1=△R2=△R3=△R4),在理想狀態(tài)下其輸出是一個(gè)線性變化值。但是單晶硅材料的屬于半導(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。對圖2的電橋加入溫度對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)測得的未補(bǔ)償過的傳感器的寬溫度范圍溫度曲線圖。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。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)不到汽車測壓的要求。

  

圖5 寬溫度范圍下壓力信號輸出曲線

  圖5 寬溫度范圍下輸出曲線

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

  信號處理鏈路框圖,圖6所示。

  

圖6信號處理鏈路框圖

  圖6信號處理鏈路框圖

  在溫度傳感器的輔助作用下通過信號轉(zhuǎn)換開關(guān)分時(shí)讀取與溫度的數(shù)值,通過可編程增益放大器將微弱信號放大,再經(jīng)過ADC量化傳感器的信號進(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。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電路很容易和技術(shù)制作的壓力敏感芯片封裝在一個(gè)小巧的殼體中。



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