MEMS和信號調(diào)理實現(xiàn)擴散硅壓力傳感器

　　如圖2傳感器輸出電壓信號Vo=VB△R/R(R1=R2=R3=R4，△R1=△R2=△R3=△R4)，在理想狀態(tài)下其信號輸出是一個線性變化值。但是單晶硅材料的傳感器屬于半導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：

　　但是在汽車應用環(huán)境中溫度的影響很大，所以必需采用補償技術(shù)。圖5為一組實測得的未補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到了10%左右，這顯然是不允許的。傳統(tǒng)的補償方法是在橋臂上串并聯(lián)電阻法補償，為提升工作效率采用激光修調(diào)預先制作在陶瓷基板上的厚膜電阻網(wǎng)絡的辦法來實現(xiàn)。但是此法有很多的缺點和局限性，并且寬溫度區(qū)的補償后精度也僅為2%～3%，達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

　　通過采用數(shù)字化的信號處理將傳感器的微弱信號轉(zhuǎn)化為標準電壓信號，并且植入模型算法將輸出的標準信號補償?shù)揭欢ǖ木确秶鷥?nèi)，是當代最新的傳感器信號調(diào)理技術(shù)。

　　信號處理鏈路框圖，圖6所示。

　　圖6信號處理鏈路框圖

　　在溫度傳感器的輔助作用下通過信號轉(zhuǎn)換開關分時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放大，再經(jīng)過ADC量化傳感器的信號進入數(shù)字處理器計算當前溫度和壓力下的補償后壓力輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC輸出模擬信號。而溫度補償則可以通過通訊接口將參數(shù)寫入EEPROM供數(shù)字處理器計算時調(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小巧的殼體中。