汽车用全桥式压阻型压力传感器信号调理芯片的研究

论文摘要

硅微机械压阻型压力传感器已经有30年的发展历史,从最初的硅杯结构到后来的硅盒结构,其外形越来越精巧,性能越来越可靠,应用的范围也越来越广。汽车电子是其很重要的一个应用领域。与传统的压力传感器相比,微机械压阻型压力传感器具有可大批量生成制造、小尺寸、低价格等特点,这些都是汽车电子的关键因素。然而这种传感器具有显著的温度效应,因此需要对其进行温度补偿。本文主要研究压阻型压力传感器信号调理芯片的设计,该芯片的关键是与温度相关的电路以及放大级电路的设计。与温度相关的电路补偿传感器的温度非理想特性,包括灵敏度温度补偿以及零点温度补偿;放大级对传感器微弱的信号进行放大处理,以达到所需要的信号输出要求。另外,芯片包含通信接口、存储器等数字辅助电路。本文阐述了传感器温度效应产生的原因,提出了一种新的补偿方法。在此基础上,设计了传感器信号调理芯片。重点讲述了带隙基准、正温度系数电压、斩波放大器以及增益可调开关电容放大器的基本原理,并且根据要求设计相应的电路,给出相应的仿真结果。最后,利用所设计的芯片,对传感器进行信号调理。选取三个样品,做了温场方面的测试,测试结果表明,在整个温场内,传感器精度保持在1%～3%以内,完全达到预期的设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 论文结构和主要内容
• 2 压力传感器信号调理
• 2.1 MEMS 压力传感器的工作原理
• 2.2 压力传感器的温度补偿
• 2.3 压力传感信号调理芯片的整体概述
• 2.4 本章小结
• 3 与温度相关的电路设计
• 3.1 与温度无关的基准
• 3.2 PTAT 电路
• 3.3 本章小结
• 4 放大级电路设计
• 4.1 斩波放大器设计
• 4.2 开关电容放大器的基本原理
• 4.3 开关电容放大器的电路设计
• 4.4 本章小结
• 5 实验和结论
• 5.1 实验方案
• 5.2 实验数据
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献