一种高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路

摘要

本发明公开了一种高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路。本发明包括：电源VDD和接地端GND，所述电源VDD的一端接入有上拉电阻R1，接地端GND的一端接入有下拉电阻R2，下拉电阻R2上接入有两个并联的相同阻值的电阻R3和电阻R4，上拉电阻R1上接入有差分输出两个并联的电阻Ra和电阻Rb，通过在压力传感器片外加上温度补偿的电阻，可有效调节电路的差分输出失调的温度系数，使得压力传感器受温度的影响可以有效的得到降低，可以忽略温度对传感器零压力情况下差分输出失调的影响，解决了现有的压力传感器电路的差分输出失调的温度系数无法调节，压力传感器受温度的影响比较大的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及模拟芯片设计技术领域，具体为一种高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路。

背景技术

随着经济的迅猛发展，我国在新兴制造业技术方面的发展也在飞速提升，在计量、汽车、航空航天、家电等领域，压力传感器都是必不可少的。利用单晶硅的压阻效应及微加工技术完美结合制成的压力传感器，其主要采用MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)技术，常见的压力传感器包括厚膜电阻压力传感器(Thick Film ResistancePressure Sensor)和薄膜电阻压力传感器(Thin Film Resistance Pressure Sensor)，还有我们要改进的高精度压力传感器(High Precision Pressure Sensor，HPPS)，传统的压力传感器为压阻效应、薄板弯曲理论的结合，其测量方法主要是运用惠斯通电桥原理，如例图1所示，它的结构中主要由四个阻值相同的压敏电阻R组成桥臂，其对称的两端分别接电源VDD及GND，另外对称两端接输出Vo+及Vo-。在平衡状态下Vo+与Vo-两端相等，当受到应力作用时两个电阻值增加，检测输出两端电压差值通过计算即可检测到压力值，但是，影响其阻值变化的不仅由压力所导致，由于温度的影响，其阻值也会产生变化，由此可见，交叉灵敏度对精度的影响不可忽视，通常情况下，压力传感器输入为恒定电压源，输出信号为差分信号，负载在零压力条件下阻值相等，其输出差分信号也相等，仅使用硅片上扩散出的四个电阻Ra,Rb,Rc,Rd形成惠斯通电桥，在40KPa压力、5V电源电压VDD条件下，零压力情况下差分输出失调V_offset的温度系数为±1mm Hg/℃，其归一化温度—失调示意图T—V_offset如图2所示，由此可见采用图1方案制作而成的压力传感器的零压力情况下差分输出失调受温度的影响是很大的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路，包括：电源VDD和接地端GND，所述电源VDD的一端接入有上拉电阻R1，接地端GND的一端接入有下拉电阻R2，下拉电阻R2上接入有两个并联的相同阻值的电阻R3和电阻R4，上拉电阻R1上接入有差分输出两个并联的电阻Ra和电阻Rb，电阻Ra和电阻Rb的一端分别接入有电阻Rc和电阻Rd，电阻Rc和电阻Rd的一端分别接入在电阻R3和电阻R4上，电阻Ra、电阻Rb、电阻Rc和电阻Rd形成惠斯通电桥，电阻Ra和电阻Rc的一端接入有电压输入端，电阻Rb和电阻Rd的一端接入有电压输出端。

进一步的，所述电阻R3的电阻值为30Ω-100Ω，电阻R4的电阻值为30Ω-100Ω。

进一步的，所述上拉电阻R1的电阻值为400Ω-1400Ω，下拉电阻R2的电阻值为400Ω-1400Ω。

进一步的，所述电阻Ra的电阻值为240Ω-320Ω，电阻Rb的电阻值为240Ω-320Ω。

进一步的，所述电阻Rc的电阻值为240Ω-320Ω，电阻Rd的电阻值为240Ω-320Ω。

进一步的，所述差分输出失调的温度系数为±0.28mm Hg/℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在压力传感器片外加上温度补偿的电阻，可以有效调节电路的差分输出失调的温度系数，使得压力传感器受温度的影响可以有效的得到降低，从而在使用高精度压力传感器HPPS时，可以忽略温度对传感器零压力情况下差分输出失调的影响，解决了现有的压力传感器电路的差分输出失调的温度系数无法调节，压力传感器受温度的影响比较大的问题。

附图说明

图1为现有未补偿的压力传感器电路示意图；

图2为未补偿的压力传感器零压力情况下差分输出失调的温度系数归一化示意图；

图3为本发明的高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路示意图；

图4为本发明补偿后的高精度压力传感器零压力情况下差分输出失调的温度系数归一化示意图；

图5为理想状态压力传感器零压力情况下差分输出失调的温度系数归一化示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请一并参阅图3-图5，其中图3为本发明的高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路示意图；图4为本发明补偿后的高精度压力传感器零压力情况下差分输出失调的温度系数归一化示意图；图5为理想状态压力传感器零压力情况下差分输出失调的温度系数归一化示意图，一种高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路，包括：电源VDD和接地端GND，所述电源VDD的一端接入有上拉电阻R1，接地端GND的一端接入有下拉电阻R2，下拉电阻R2上接入有两个并联的相同阻值的电阻R3和电阻R4，上拉电阻R1上接入有差分输出两个并联的电阻Ra和电阻Rb，电阻Ra和电阻Rb的一端分别接入有电阻Rc和电阻Rd，电阻Rc和电阻Rd的一端分别接入在电阻R3和电阻R4上，电阻Ra、电阻Rb、电阻Rc和电阻Rd形成惠斯通电桥，电阻Ra和电阻Rc的一端接入有电压输入端，电阻Rb和电阻Rd的一端接入有电压输出端。

所述电阻R3的电阻值为30Ω-100Ω，电阻R4的电阻值为30Ω-100Ω。

所述上拉电阻R1的电阻值为400Ω-1400Ω，下拉电阻R2的电阻值为400Ω-1400Ω。

所述电阻Ra的电阻值为240Ω-320Ω，电阻Rb的电阻值为240Ω-320Ω。

所述电阻Rc的电阻值为240Ω-320Ω，电阻Rd的电阻值为240Ω-320Ω。

所述差分输出失调的温度系数为±0.28mm Hg/℃。

实施例二

一种高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路，包括：电源VDD和接地端GND，所述电源VDD的一端接入有上拉电阻R1，接地端GND的一端接入有下拉电阻R2，下拉电阻R2上接入有两个并联的相同阻值的电阻R3和电阻R4，上拉电阻R1上接入有差分输出两个并联的电阻Ra和电阻Rb，电阻Ra和电阻Rb的一端分别接入有电阻Rc和电阻Rd，电阻Rc和电阻Rd的一端分别接入在电阻R3和电阻R4上，电阻Ra、电阻Rb、电阻Rc和电阻Rd形成惠斯通电桥，电阻Ra和电阻Rc的一端接入有电压输入端，电阻Rb和电阻Rd的一端接入有电压输出端。

所述电阻R3的电阻值为30Ω，电阻R4的电阻值为30Ω。

所述上拉电阻R1的电阻值为400Ω，下拉电阻R2的电阻值为400Ω。

所述电阻Ra的电阻值为240Ω，电阻Rb的电阻值为240Ω。

所述电阻Rc的电阻值为320Ω，电阻Rd的电阻值为240Ω。

实施例三

一种高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路，包括：电源VDD和接地端GND，所述电源VDD的一端接入有上拉电阻R1，接地端GND的一端接入有下拉电阻R2，下拉电阻R2上接入有两个并联的相同阻值的电阻R3和电阻R4，上拉电阻R1上接入有差分输出两个并联的电阻Ra和电阻Rb，电阻Ra和电阻Rb的一端分别接入有电阻Rc和电阻Rd，电阻Rc和电阻Rd的一端分别接入在电阻R3和电阻R4上，电阻Ra、电阻Rb、电阻Rc和电阻Rd形成惠斯通电桥，电阻Ra和电阻Rc的一端接入有电压输入端，电阻Rb和电阻Rd的一端接入有电压输出端。

所述电阻R3的电阻值为100Ω，电阻R4的电阻值为100Ω。

所述上拉电阻R1的电阻值为1400Ω，下拉电阻R2的电阻值为1400Ω。

所述电阻Ra的电阻值为240Ω，电阻Rb的电阻值为320Ω。

所述电阻Rc的电阻值为240Ω，电阻Rd的电阻值为320Ω。

高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路的研究：

选取实施例一到实施例三中压力传感器电路，

结果表明，采用本发明的高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路，差分输出失调影响低，温度影响较低，且温度系数能够达到小于等于0.28mm Hg/℃。

综上所述，本发明提供的一种高精度压力传感器零压力差分输出失调的温度系数降低电路，分别在电源VDD以及接地端GND分别接上一个上拉电阻R1及下拉电阻R2，同时在下拉电阻上接入两个并联的相同阻值的电阻R3和电阻R4，最后分别与差分输出下端两个硅片内电阻相连，在原有由片内电阻形成的惠斯通电桥结构基础上，电阻R3和R4的电阻值都在30Ω-100Ω、且电阻R1和电阻R2的电阻值都在400Ω-1400Ω的情况下，压力传感器的零压力情况下差分输出失调受温度的影响能够降到最低，此高精度压力传感器在零压力情况下，差分输出失调的温度系数能够达到小于等于0.28mm Hg/℃。此外，运用激光调阻机可以对新引入的片外四个电阻R1-电阻R4进行电阻值微调，可以进一步校准传感器的精度，改良后其归一化T—V_offset示意图如图4所示，最理想状态下传感器应不受温度的影响，其理想化的归一化示意图应为一条直线，如图5所示，因此本发明提出的零压力差分输出失调的温度系数降低电路可以将归一化T—V_offset相关性优化至更加接近理想结果，通过在压力传感器片外加上温度补偿的电阻，可以有效调节电路的差分输出失调的温度系数，使得压力传感器受温度的影响可以有效的得到降低，从而在使用高精度压力传感器HPPS时，可以忽略温度对传感器零压力情况下差分输出失调的影响。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。