硅橋式壓阻壓力傳感器溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì).pdf

1、壓力傳感器作為現(xiàn)代工業(yè)中的一種重要傳感器件，在工業(yè)自動(dòng)化、高精度測量、智能建筑、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用。隨著現(xiàn)代工業(yè)向著微型化、集成化、精密化發(fā)展，精確的測量是非常重要的。特別是硅橋式壓阻壓力傳感器以其線性好、靈敏度高、體積小、便于集成等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)今被應(yīng)用最多的壓力傳感器。但這類傳感器由于材料和工藝的原因，不可避免地具有溫度漂移的問題。由于這一特性，在溫度不穩(wěn)定的環(huán)境下，其應(yīng)用受到了限制。為擴(kuò)大硅橋式壓阻壓力傳感器的應(yīng)

2、用范圍，提高其測量精度，就有必要做溫度補(bǔ)償?shù)难芯俊１疚膶铇蚴綁鹤鑹毫鞲衅鬟M(jìn)行了溫度漂移分析，提出了一個(gè)能用CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的溫度補(bǔ)償電路。
　　從硅橋式壓阻壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和原理出發(fā)，基于溫度漂移產(chǎn)生的機(jī)理分析了零位溫度漂移和靈敏度溫度漂移。根據(jù)在常電壓供電，恒定壓力下傳感器的輸出靈敏度溫度特性方程，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)輸出與溫度呈線性正比的激勵(lì)電壓源來驅(qū)動(dòng)傳感器的溫度補(bǔ)償方案。給出了激勵(lì)電壓源的溫度特性方程，并分析了實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)

3、償需要滿足的條件。
　　基于電壓源的溫度特性方程，設(shè)計(jì)了補(bǔ)償電路的各模塊，包括：帶隙基準(zhǔn)電壓源、PTAT電路和電壓緩沖器。帶隙基準(zhǔn)電壓源的核心電路是Kujik結(jié)構(gòu)，本文對它作了改進(jìn)，通過疊加共源共柵結(jié)構(gòu)的器件提高了電源電壓抑制比。采用了深度負(fù)反饋的兩級折疊式共源共柵運(yùn)算放大器來“鉗位”。PTAT電壓是從帶隙基準(zhǔn)電壓源中獲得，并與基準(zhǔn)電壓相加得到了所需溫度特性的激勵(lì)電壓。由于傳感器的輸入電阻較小，在激勵(lì)電壓之間增加了一個(gè)電壓緩沖器。

4、電壓緩沖器是一個(gè)兩級運(yùn)算放大器，輸出跟隨激勵(lì)電壓直接驅(qū)動(dòng)傳感器。選用了一個(gè)典型的傳感器作為溫度補(bǔ)償對象，來進(jìn)行補(bǔ)償電路參數(shù)的設(shè)計(jì)。
　　建立了典型硅橋式壓阻壓力傳感器的SPICE模型。采用TSMC0.35um CMOS工藝，在5V的電源電壓下，對整個(gè)電路進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明，在-20～100℃的工作溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償前傳感器輸出電壓的溫度系數(shù)為-2100ppm/℃，補(bǔ)償后輸出電壓的溫度漂移幅度僅為24.9ppm/℃。與同類的溫度補(bǔ)償