基于标准CMOS工艺的热真空传感器片上系统

摘要：研制了基于0.5 µm 标准CMOS工艺的,用于气压测量的片上微机电系统。传感器采用微热板结构并与轨至轨运算放大器及8 位逐次逼近式模数转换器进行单片集成。微热板上的钨电阻作为敏感元件用来测量气压变化。牺牲层由多晶硅制作,并采用表面微加工工艺进行腐蚀。配置运算放大器使传感器工作在恒电流模式。系统输出一组数字位流。测量结果表明：真空传感器的气压敏感区间是1-105 Pa。在1-100 Pa的气压范围内,传感器的灵敏度为0.23 mV/ Pa,线性度为4.95%,最大迟滞为8.69%。运算放大器能不失真地驱动200 Ω的电阻,SAR A/D转换器在采样频率为100 kHz时有效位为7.4位。运算放大器及SAR A/D转换器的性能满足传感器系统的要求。     

LED彩色打印机内部热场仿真分析和测试

作为打印机热性能分析以及优化热设计的基础,针对影响LED(light emitting diode)彩色打印机性能的内部发热问题,采用流体/传热软件对一款LED彩色打印机的内部温度场进行了数值模拟,得到了不同工作状态下的打印机内部的三维热场分布值,并分析了温度对关键部件的影响。设计了基于热电阻的温度测试系统对打印机内部进行了多点的温度测试,并将测试结果与仿真结果进行了对比,对稳态结果进行误差分析,对瞬态计算进行了温度变化过程对比,验证了数值模拟的准确性。     

一种与CMOS工艺兼容的钨微热板

标准CMOS工艺中的多晶硅的热性能越来越稳定,因此多晶硅微热板受到一定的限制.本文设计了一种与标准CMOS工艺兼容的钨微热板.钨在CMOS工艺中作为通孔材料连接两层金属或者金属与硅衬底.但在钨微热板的设计过程中,钨连接一层金属,构成钨电阻,作为微热板的加热和测温电阻.测量结果显示钨的温度系数是0.0015/℃,钨微热板的热阻是17℃/mW.本文的钨微热板的设计可以应用到相关的与标准CMOS工艺兼容的热传感器的设计之中.     

基于DSP的星载光纤陀螺数据采集电路设计

陀螺及陀螺信息采集系统是航天器的重要部件，光纤陀螺是一种新型的陀螺.介绍了光纤陀螺的基本工作原理——Sagnac效应；设计了陀螺的信息采集系统硬件和软件，采用DSP芯片进行数据采集和处理,速度快、精度高，满足了实时性的要求；介绍了光纤陀螺组合的基于TI公司的DSP产品TMS320VC5402芯片数据采集和温度采集电路的实现技术；根据应用的环境不同，给出了电路的可靠性设计.本设计可灵活扩展应用于其它惯性产品的嵌入式系统的设计之中.     

中甸和甘南牦牛乳中氮的分布

对云南中甸、甘肃甘南二个品种牦牛乳的基本组成、氮分布及氨基酸质量分数进行了研究.结果表明,中甸牦牛乳的平均组成为脂肪5.16%、蛋白质4.37%、乳糖4.58%、总固形物14.68%(均为质量分数);甘南牦牛乳的平均组成为脂肪7.56%、蛋白质5.32%、乳糖5.34%、总固形物17.76%.均高于荷斯坦牛乳.中甸和甘南牦牛乳的氮分布中,NPN分别为0.50和0.15 g/100g、NCN分别为1.31和1.23g/100g、WPN分别为0.81和1.08 g/100g、CN分别为3.06和4.09 g/100g都要高于牛乳.但中甸和甘南牦牛乳酪蛋白在总氮中所占的比例分别为70.02%和76.88%,低于牛乳的78.40%.中甸和甘南牦牛乳的氮分布存在明显的差异.从氨基酸的评分看牦牛乳的氨基酸评分和化学评分均高于牛乳,说明牦牛乳蛋白质的营养值高于牛乳.     

单片集成CMOS电阻真空传感器

设计了一种工作在恒电压模式的、微热板结构的单片集成电阻真空传感器芯片.提出了一种以CMOS集成电路中的介质层与钝化层为结构层、栅多晶硅为牺牲层、第二层多晶硅为加热电阻的微传感器单芯片集成工艺模式,制定了相应的工艺流程.采用0.6μm CMOS数模混合集成电路工艺,结合牺牲层腐蚀技术实现了单片集成真空传感器的加工,测试结果显示该芯片能够测量2～105Pa范围内的气压大小,且输出电压范围可调,验证了单片集成工艺的可行性.     

恒温式微热板电阻真空传感器

研究了微热板的传热特性,从理论上分析了恒温模式下工作温度和结构尺寸对微热板电阻真空传感器工作特性的影响.设计了一种边长为93 μm、四臂支撑的方形微热板结构的电阻真空传感器,支撑桥长65 μm、宽21 μm,微热板与衬底之间的气隙高度为0.5 μm;采用表面微机械加工技术成功实现了该传感器的加工.用恒温电路进行测试的结果显示,该微热板真空传感器气压测量范围约2～105 Pa,且响应特性与理论计算结果相符.     

与CMOS工艺兼容的皮拉尼传感器研究

皮拉尼传感器广泛用于105 Pa～10-1 Pa的粗真空测量.本文在基于MEMS工艺的皮拉尼传感器的基础上研制了一款与标准CMOS 工艺兼容的皮拉尼传感器.它采用钨微热板作为敏感元件,工作在恒电流模式下.该传感器利用0.5μm标准CMOS工艺加工,对10-1Pa～ 105 Pa的气压有响应,尤其对1Pa～100Pa气压具有线性响应.     

单片集成CMOS电阻真空传感器

设计了一种工作在恒电压模式的、微热板结构的单片集成电阻真空传感器芯片.提出了一种以CMOS集成电路中的介质层与钝化层为结构层、栅多晶硅为牺牲层、第二层多晶硅为加热电阻的微传感器单芯片集成工艺模式,制定了相应的工艺流程.采用0.6μm CMOS数模混合集成电路工艺,结合牺牲层腐蚀技术实现了单片集成真空传感器的加工,测试结果显示该芯片能够测量2～10^5Pa范围内的气压大小,且输出电压范围可调,验证了单片集成工艺的可行性.