MEMS和信號調理實現擴散硅壓力傳感器

　　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。這使得傳感器在環境溫度變化時輸出呈現變化，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

　　理想狀態下若：

　　但是在汽車應用環境中溫度的影響很大，所以必需采用補償技術。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，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絡的辦法來實現。但是此法有很多的缺點和局限性，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。

　　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換開關分時讀取壓力與溫度的數值，通過可編程增益放大器將微弱信號放大，再經過ADC量化傳感器的信號進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通訊接口將參數寫入EEPROM供數字處理器計算時調用。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技術制作的壓力敏感芯片封裝在一個小巧的殼體中。