电容式压力传感器微电容测量集成电路的研制

采用开关电容技术的Boxcar(时域平均)积分原理设计,为测量电容式压力传感器的微电容的接口电路已提出。它由Boxcar积分器,锁存器,脉冲宽度调制器和控制信号电路组成。该接口电路,采用3μm P-阱CMOS双层多晶硅栅工艺研制,管芯面积为2.5mm×3.5mm.测试结果表明,接口电路具有较好的灵敏度,它能将硅集成电容式压力(加速度)传感器集成在同一芯片上,实现一体化。     

基于边缘电场传感器的大范围位移测量方法

主要研究基于边缘电场传感器的位移测量方法,由于在测量位移时交叉指型传感器互导电容的变化具有周期性,因而可以实现大范围的位移测量.运用Ansoft Maxwell有限元仿真软件对边缘电场传感器的二维半波长模型进行了仿真分析,仿真结果表明当传感器工作区间内有物体移动时,会改变传感器的电场分布,使传感器互导电容发生周期变化.设计了一个简单的、低成本的调理电路,可以将电容变化转化为电压输出信号,得到边缘电场传感器输出电压与电容的关系.对电极尺寸为35 mm×30 mm×0.02 mm的边缘电场传感器进行了测量实验,实验结果与仿真结果吻合较好.     

压阻式医用导管端微型压力传感器

本文探讨了对压阻式导管端压力传感器微型化起限制作用的一些因素.根据(100)硅各向异性腐蚀的特点和矩形硅膜上的应力分布曲线,分析了硅片厚度和力敏电阻区尺寸对传感器压力灵敏度的影响.介绍了一种微型化的压阻式医用导管端压力传感器的设计、制造工艺和钝化与封装技术.该传感器芯片尺寸为1mm×2.5mm×0.16mm;量程为40kPa;灵敏度约为100μV/V·kPa;静态精度约0.3％FS;固有频率高达350kHz.其制造工艺适用于批量生产.     

微型集成光波导电场传感器的设计

针对现有测量手段对时域脉冲电场测量的不足,利用铌酸锂晶体的电光效应,设计了一种集成了光波导与锥形天线的新型电场传感器。采用退火质子交换技术与溅射法制备的集成光波导电场传感器体积为仅为 70 mm×15 mm×15 mm。对该传感器的频响特性与时域动态范围进行测试,实验结果表明：传感器带宽为100 kHz至10 GHz,可测量电场范围为6.67 kV/m~133.33 kV/m,线性拟合相关系数为0.98535。与直接感应式电场传感器与电光直调电场传感器相比,集成光波导电场传感器体积更小,无需供电,无金属干扰,带宽宽,更适用于瞬态电磁场的测量。     

用于细胞外电信号测量的CMOS集成生物 传感芯片的研究

新型的细胞外电信号传感芯片是采用0.6 μm标准CMOS工艺设计制造,片上集成了6×6单元有源传感阵列、模拟多路选择器、输出缓冲器、参考源和数字控制电路.有源传感单元面积为60μm×60μm,包含15μm×15μm的传感电极和预处理电路,能够线性放大幅值范围100μV～25 mV的微小信号,电压增益为40dB.并采用相关二次采样工作模式降低固定模式噪声,提高传感器的精度.在标准CMOS工艺基础上,应用无电浸镀金改进传感电极的生物兼容性,并采用特殊封装技术提高芯片在溶液环境中的稳定性.溶液中模拟生物信号测量验证了该芯片的功能.     

基于基片集成波导和消逝模谐振腔的压力传感器设计

提出一种新型的基于基片集成波导和消失模谐振腔的压力传感结构。设计了圆形空腔,当施加外界压力时,圆形空腔发生形变从而使谐振腔谐振频率变化。采用共面波导线对谐振腔进行耦合馈电并将频率信号传输出来。通过读取传感器的回波损耗参数( S11)来表征压力与频率的关系。利用高频仿真软件HFSS对谐振腔进行了仿真设计和优化,设计尺寸为30 mm×30 mm×1.93 mm,与传统谐振腔相比体积明显减小。传感器基底为Rogers 4003C板材,采用PCB技术进行加工。搭建压力测试平台对传感器进行测试,结果表明在0~3 N的压力范围内变化100 MHz,绝对灵敏度为25 MHz/N。仿真和实测结果比较吻合,验证了所设计压力结构的有效性。     

集成硅热流量传感器

将传感器与电路集成在同一个芯片上具有体积小、噪声小等优点，因而收到了广泛的重视。本文介绍了硅热流量传感器的基本原理及发展状况，并针对电路和传感器集成的过程中出现的问题进行了探讨，对该类传感器的设计有一定的参考价值。     

基于模型识别技术的高温微型压力传感器

高温压力传感器应用在很多领域,由于高温将使放大电路工作失效,因而采用将放大电路与传感器件分离的设计方案是解决高温测量的方法之一。介绍一种将放大电路与传感器件分离的基于模型识别技术的微型电容式压力传感器。传感器件由MEMS工艺来实现,信号激励与信号处理由计算机来完成。对电路的工作过程进行了计算机仿真和试验,并给出了微型高温压力传感器的MEMS工艺设计流程。     

湿度集成传感器IH-3605

湿度传感器种类很多,但一般需要外加电路,并经过标定才能用作湿度测量。湿度集成传感器,将湿度传感器及调理电路做在一起、并由工厂进行调整而无需标定,其输出电压可以直接与有ADC的单片机接口组成湿度测量仪或控制仪,或用作电路的湿度补偿。本文要介绍的是湿度集成传感器IH-3605。     

一种单片集成电容式压力传感器的设计、制造和测试

提出了一种新型电容式压力传感器.在外加压力下,该传感器的极板面积、间距以及介质层介电常数均发生改变,并导致电容发生变化.同时介绍了接口电路的设计,该电路基于电容-频率转换原理.该传感器结构简单,实现了与CMOS接口电路集成.传感器采用标准CMOS工艺与后处理工艺相结合的方式制造.结果表明,在800 hPa到1 100 hPa的压力范围,传感器灵敏度约为44 fF/hPa,接口电路的分辨率为3.77 Hz/hPa.     

一种集成式多参数硅微传感器

为了实现小体积多参数的测量,提出一种单片集成多功能传感器.该传感器包括压力、温度和湿度传感器.各部分分别基于半导体压阻效应、电阻迁移率变化、极板间电容变化为原理制作而成.该传感器采用n型(100)基底,利用体硅和面硅工艺加工而成.测量电阻通过离子注入B 形成扩散电阻.为减小各参数间的相互影响,压力传感器的测量电阻布置于[110]晶向,测温电阻沿[100]晶向布置.温度输出信号可以实现对传感器中压力输出时温度漂移的精确补偿.芯片大小为5mm× 5 mm.试验表明传感器具有良好的线性,小迟滞,较高的灵敏度.     

隔离技术在嵌入式系统接口中的应用

提出一种基于数字隔离技术的高可靠性嵌入式系统接口应用方案。以目前先进的数字隔离技术为重心详细描述使用隔离技术的原因,以及隔离技术的应用场合和分类;从理论上分析影响RS485/RS422、CAN接口总线通信可靠性的因素,提出数字隔离技术结合可靠、正确的接地技术在RS485/RS422、CAN接口总线中的应用;并提出数字隔离技术在信号传感器方面的应用及必要性,以及利用瞬态抑制来消除高频瞬态干扰的方法。     

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。     

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.     

立方星用微型太阳敏感器设计

设计了一种面向立方体卫星的姿态确定传感器——模拟式太阳敏感器。通过测得太阳光线的入射角度,从而解算出在卫星本体坐标系下的太阳矢量信息。敏感器理论设计精度为1度,质量为9克,尺寸为32mm×19.7mm×8.1mm,视场角为112度。本设计进行了光学头部、处理电路的设计,并编写了相应的算法程序。通过外场试验验证了设计的合理性,满足了应用要求。设计的太阳敏感器具有体积质量小、成本低等优点,在立方体卫星领域有广阔的应用前景。     

一体化气压测试系统的设计

采用硅压阻式绝压型压力传感器SM5420、精密传感信号调理器MAX1452和微处理器C8051F410,共同构成一体化气压测试系统。利用串口通信模块将被测气压值一路通过LCD液晶显示屏显示,另一路通过RS232通信接口发送给上位机。实现了被测气压实时准确读取和分析处理的功能。通过标准压力泵对其进行静态标定得出其静态特性指标。该系统具有:体积小、频率响应高、精度高、灵敏高等优点。     

数据记录处理模块的设计和实现

介绍了一种基于RS422串口的数据处理模块,给出了硬件电路实现和软件使用说明。主要从主板、电源模块、USB/RS422转换几个方面加以介绍,主要阐述了将USB接口转换成RS422接口的设计方案,同时简述了电源模块设计方法。调试证明,各功能模块工作正常、可靠。     

基于无线USB的多点脉搏信号检测

为了弥补单探头传感器反映脉搏信息局限和RS232串口数据传输速率低、移动性差的缺陷,设计了基于无线USB的多点脉搏信号检测系统来采集三维立体脉搏信号.文中采用五点式PVDF压电脉搏传感器获取脉搏信号,使用ZigBee无线技术和USB接口技术传输数据.构建五点式压电传感器成中心点加四点矩阵分布的格局,应用EZ-USB F...     

1×16微机电系统光纤连接器阵列的研制

一种基于MEMS工艺的硅基阵列化光纤连接器,具有微型化、可集成制造和重复性好等特点。每个单元利用硅V型槽与其上集成制造的电沉积流线型曲面金属镍盖板的组合形成了方便光纤插拔的喇叭口形导引通道和可实现光纤定位及精确自对准的双悬臂梁形夹持通道。采用Ansys软件对双悬臂梁结构在不同的厚度与翘曲位移条件下对光纤产生的压制力进行建模与仿真,并将其与理论分析结果进行比较。成功地将单元扩展成1×16阵列,体积仅为6.8mm×15.2mm×0.5mm,各单元插入损耗约为0.3 dB。