一种硅微多传感器集成研究

为满足小体积、多参数测量的要求,利用(100)晶面的各向异性压阻特性与MEMS加工工艺特性,在单芯片上集成制作了三轴加速度、绝对压力以及温度等硅微传感器,在结构和检测电路设计上最大限度地减小各传感器之间的相互干扰影响。三轴加速度、绝对压力传感器利用压阻效应导致的电阻变化测量外界加速度和压力变化量,温度传感器利用掺杂单晶硅电阻率随温度变化的原理来测量外界温度。集成传感器具有较好的工艺兼容性,加速度、压力传感器的压敏电阻和温度传感器的测温电阻采用硼离子掺杂制作,加速度和压力传感器设计成工艺兼容的体硅结构。研制的集成传感器芯片尺寸为4mm×6mm×0.9mm。给出了集成传感器的性能测试结果。     

基于岭回归的压力传感器高精度测量模型研究

硅压阻式压力传感器测量精度易受环境温度影响,为提高压力传感器测量精度,提出基于岭回归方法的高精度压力测量回归模型,采用新的测量方式从压力元件桥路提取压力传感器温度、压力变化的信息,建立了压力传感器桥路输出、桥路电阻与被测压力三者之间的回归模型,并利用Bootstrap方法对模型参数进行显著性检验,提高模型的稳定性.实验结果显示该方法可大幅度消除温度对压力测量精度的影响,使压力测量精度从±0.6% FS提高到±0.03% FS.     

硅压阻压力传感器在地下水监测中的应用

154N型硅压阻压力传感器具有结构紧凑、性能可靠等优点,被广泛应用于低压力监测场合.该传感器内部具有温度补偿电路以及经过激光调整的增益调节电阻,使得信号调理变得简单易行.为检测该传感器及其调理电路的性能,在同一套调理电路中分别应用了相同型号的四只传感器,以记录每只传感器在相同压力值的信号输出,并计算确定每只传感器的输出信号随压力变化的相关系数.通过对比四只传感器的相关系数,验证了传感器及其应用电路适用于液位测量.     

基于V-F变换的硅压阻压力传感器的处理电路

针对硅压阻压力传感器提出了一种基于电桥本身参数的温度自补偿方法,并设计了一种差分输入、双参数输出的高精度处理电路用以获得电桥参数。该电路用简单元件搭建差分输入的电荷平衡式V/F转换器,根据不同组态的频率输出解算电桥参数。该电路巧妙地利用差分输入方式消除了共模电压引起的误差,巧妙借用参考电阻消除了基准频率的影响,最终的输出频率只与被测量和参考电阻有关。经实验验证,电桥电阻的测量精度能达到0.0068%,经补偿后的压力传感器精度可达0.039%,相比补偿之前提高了一个数量级。     

一种流量压力温度一体化传感器的设计

为了实现多参数综合测量,设计出一种小流量、压力、温度一体化传感器,该传感器主要由敏感元件和调理电路组成,信号输出采用0～5 V模拟输出.对传感器进行各项环境试验,试验结果表明:该传感器流量精度优于3％,压力精度优于0.2％,温度精度优于0.5％,流量热零点漂移小于0.2％ FS/℃,压力热零点漂移小于0.1％ FS/℃...     

硅压阻式压力传感器的高精度补偿算法及其实现

硅压阻式压力传感器广泛应用于汽车、医疗、航空航天、环保等领域。随着科学技术的发展,各领域对压力测量精度的要求越来越高。但由于半导体材料的固有特性,硅压阻式压力传感器普遍存在零点随温度漂移、灵敏度随温度变化和非线性等问题。为了提高硅压阻式压力传感器测量精度、降低输出误差,对该传感器的几种常用补偿算法进行了对比分析和研究,提出了一种基于最小二乘法的曲面拟合高精度补偿算法。该补偿算法能有效消除硅压阻式压力传感器零点漂移、灵敏度漂移和非线性误差,提高该传感器的输出精度。试验结果表明,在-40^+80℃温度范围内,硅压阻式压力传感器经该补偿算法计算后,测量精度得以大幅度提高,输出误差小于0.01%F·S。     

基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究

MEMS谐振式传感器具有精度高、准数字输出、抗干扰能力强等特点,高精度压力传感器、应力传感器等多采用谐振式工作原理.频率温度系数补偿是实现高精度谐振式传感器的关键技术.通过实验研究了利用重掺杂改善硅频率温度系数的技术.实验表明:P型掺杂浓度达到7 × 1019/cm3 时,〈110〉晶向频率温度系数降低到-11. 68 ×10-6/K;N型掺杂浓度达到6 ×1019/cm3 时,〈100〉晶向谐振频率是温度的二次函数,在80℃左右频率温度系数有过零点.首次实验演示了利用低功耗加热控制结合N型重掺杂,当环境温度由30℃变化到40℃时,谐振频率温度漂移仅为1. 13 ×10-7/℃.利用该技术可实现超高温度稳定性的谐振式传感器.     

一种压力传感器的零点补偿电路

从压力传感器温度补偿问题出发,通过三种电阻桥零点输出补偿方法的温度误差对比,提出一种恒压供电的新型电阻桥零点输出补偿方法,主要特点是调节压力传感器(零点输出10mV以上)零点输出为零时,不会影响压力传感器的温度漂移,且较传统的电阻桥零点补偿方法,压力传感器的温度误差小的优点.     

信息融和在压力传感器中的实现

针对扩散硅压力传感器在相同的输入压力下,不同的环境温度会出现不同的输出值的问题,提出了二传感器信息融合的处理方法.通过Matlab对热零点漂移数据的分析,推导出传感器压力的解析表达式.在融合了温度传感器的测量结果后,得出带温度参数的输出信号的拟合表达式,提高了测量的精度.     

硅-蓝宝石压力传感器温度补偿研究

针对硅-蓝宝石压力传感器在测量过程中容易受温度影响的问题,提出了一种基于串并联恒定电阻法和分段插值法的温度补偿方法;从硬件补偿电路和软件补偿算法两个方面论述了补偿方法的原理及实现方法,并通过实验验证了该方法的可行性.实验结果表明,最终制成的硅-蓝宝石压力传感器最大相对误差为0.357％,综合误差小于0.129％.     

高精度硅压阻式气压传感器系统设计

为了消除环境温度对硅压阻式传感器输出的影响,大幅提升硅压阻式传感器的测量精度,将传感器芯片与热源和测温原件封装在一起,通过控制加热的方式使传感器工作在恒定50℃的环境中,对传感器进行线性标定和测试.结果显示:在-45～45℃环境下,600～1 100 hPa量程内气压传感器的测量误差小于0.3 hPa.     

A monolithically integrated surface micromachined touch mode capacitive pressure sensor

A monolithically integrated surface micromachined touch mode capacitive pressure sensor and its interface circuits are presented. The device includes the capacitance to voltage, and capacitance to frequency converters on the same chip. The sensor is fabricated using a surface micromachining technology, which is processed simultaneously with a conventional 2.0-μm double-poly, double-metal n-well CMOS process. The performance of the integrated sensor meets the design specifications of good linearity and good stability. Evaluation results on the completed ‘sensor and circuit' chip are presented.     

CMOS风速风向传感器的设计

介绍了一种CMOS(互补MOS)集成风速风向传感器,使用恒温差(CTD)控制模式将芯片加热,使其中间加热区域的温度高于周围环境(风)温度一定值。该传感器在有风吹过它的表面时能同时测量风速和风向。采用4个串联的热堆测量芯片中心区域的平均温度,这种测温的方法简单、新颖。在简单阐述CMOS硅热流量传感器的工作原理和结构之后,主要介绍驱动和信号读取电路。经过风洞测试,传感器能够测量风速0～23m/s,具有良好的线性度和灵敏度,同时,传感器360°内方向敏感。     

高温压力传感器温度漂移补偿研究

针对高温压力传感器耐高温和高压的测量的要求,设计了压阻式压力传感器硅杯式芯片版图,采用SIMOX(separationbyimplantedoxygen)技术SOI(silicononinsulator)晶片,在微加工平台上制作了该芯片,获得了差动等臂等应变的惠斯登检测电桥。对采用耐高温封装后的传感器的热零点漂移、热灵敏度漂移和零位输出的补偿作了研究,设计了补偿电路,推导了热灵敏度漂移补偿的计算公式,在通用型高温压力传感器的研发中证明其可行性和实用性,并总结出了经验公式。     

硅微机械结构的微电流型电化学气体传感器

探索研究了用于构制以硅为基体材料、具有特定三维微结构的微电流型电化学气体传感器的微加工工艺，提出了双面光刻、高硼掺杂腐蚀止停、化学各向异性刻蚀和硅表面多层膜剥离成形等既实用而又相容的硅微机械加工关键技术。如此构制的微电流型电化学气体传感器，在器件结构、检测灵敏度、电流响应的稳定重现性等方面，与用传统工艺制成的常规电流型气体传感器相比，具有独特的优点。     

A flow sensor for liquids based on a single temperature sensor operated in pulsed mode

An anemometric flow sensor for liquids based on a single temperature sensor is presented. The sensor is based on a probe composed by a silicon chip glued to a copper cylinder acting as thermal feed-through. A precise temperature sensor and a resistive heater are integrated on the chip surface. The sensor is operated in pulsed mode to eliminate the interference of the fluid temperature, switching either the heater power or the probe temperature. The results of water flow tests in the range (1–30) l/h are presented. The problem of reducing the duration of the measurement cycle has been addressed with theoretical and experimental arguments.     

半导体温度传感器研究进展综述

半导体温度传感器体积小、功耗低,且能与其他外围控制电路集成在同一芯片上,其应用领域广阔。评述了各种半导体温度传感器的基本实现方式、发展现状,总结了现有各种设计方法中的关键技术及其存在的问题和改进方向。     

MEMS-based monolithic three-axis fiber-optic acceleration sensor

In this paper, a MEMS-based monolithic three-axis fiber-optic acceleration sensor is proposed, consisting of three optical fiber collimators and a three-axis acceleration sensing chip. The novel acceleration sensor includes two horizontal sensing units and one vertical sensing unit integrated on a single silicon substrate. Three optical fiber collimators are on the same side of the three-axis sensing chip, thus reducing the package size and cost. In each sensing unit, the micromirror, suspended on a pair of torsion beams, has a torsional angle in response to acceleration in sensing direction. The torsion angle is monitored using fiber-optic detection technique. The sensing system operation principle has been analyzed theoretically, its mechanical performances were simulated using the FEM simulation, and its fabricated process flow was proposed. Using bulk micromachining technologies, the horizontal and the vertical sensing units were successfully fabricated. Finally the individual fabricated sensing units were packaged and tested.     

微型应变传感器的设计与制造

把压敏电阻敏感元件、温度补偿电路和高电平放大器,在硅片上采用集成技术制成微型应变传感器,它有电压及频率两种形式的输出。给出了该传感器的设计、制造和测试结果。这种传感器也可以做压力传感器使用,不过在设计几何布局和制造处理上略有不同。     

多晶硅高温压力传感器的芯片内温度补偿!

提出了一种新的改善传感器温度特性的方法.通过在压力传感器芯片上集成多晶硅电阻网络与温度传感器,借助传感器信号处理单元,可以方便地实现对灵敏度系数的补偿.经过补偿,传感器的零点温漂达到1×10-4/℃,灵敏度温漂低于-2×10-4/℃.这种方法补偿的温区宽,具有很强的通用性,使高温压力传感器十分有效的温度补偿方法.