MEMS硅壓阻式汽車(chē)壓力傳感器分析

　　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(gè)線(xiàn)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(shí)輸出呈現變化，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(chē)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(shí)測得的未補償過(guò)的傳感器的寬溫度范圍溫度壓力曲線(xiàn)圖。顯而易見(jiàn)，在汽車(chē)常用的工作溫區，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預先制作在陶瓷基板上的厚膜電阻網(wǎng)絡(luò )的辦法來(lái)實(shí)現。但是此法有很多的缺點(diǎn)和局限性，并且寬溫度區的補償后精度也僅為2%～3%，達不到汽車(chē)測壓的要求。

　　圖5 寬溫度范圍下壓力信號輸出曲線(xiàn)

　　通過(guò)采用數字化的信號處理將傳感器的微弱信號轉化為標準電壓信號，并且植入模型算法將輸出的標準信號補償到一定的精度范圍內，是當代最新的傳感器信號調理技術(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(guò)信號轉換開(kāi)關(guān)分時(shí)讀取壓力與溫度的數值，通過(guò)可編程增益放大器將微弱信號放大，再經(jīng)過(guò)ADC量化傳感器的信號進(jìn)入數字處理器計算當前溫度和壓力下的補償后壓力輸出給數模轉換DAC輸出模擬信號。而溫度補償則可以通過(guò)通訊接口將參數寫(xiě)入EEPROM供數字處理器計算時(shí)調用。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。

　　在寬溫度范圍內實(shí)測校準后的傳感器有效抑制了溫度變化對其產(chǎn)生的影響。如圖7所示的多只標準信號輸出的傳感器寬溫度校準數據曲線(xiàn)：不難看出，在寬溫度工作環(huán)境下采用此法校準的傳感器的讀出溫度誤差約為1%一2%FS，達到寬溫度的高精度測量要求，且通過(guò)多通道的通訊接口進(jìn)行校準的方法與批量制造技術(shù)兼容，實(shí)現制造車(chē)用傳感器的高性?xún)r(jià)比的要求。

　　圖7多傳感器寬溫度校準數據曲線(xiàn)