CN101275876A - 压力传感器信号调理集成电路的桥臂平衡补偿电阻的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力传感器信号调理集成电路的桥臂平衡补偿电阻的设计方法，其特征在于：桥臂平衡补偿电阻为可变电阻，其由若干个电阻与若干个串联有MOS开关的电阻并联而成；其中，所述的电阻为由至少两个具有不同温度系数的电阻按照一定电阻值比例串联而构成的与桥臂电阻温度系数相近似的电阻。由于采用了以上的方案，使本发明具备的有益效果在于：桥臂平衡补偿电阻调节步长小，能达到欧姆级，其温度系数和传感器的电阻的温度系数一致，有效避免了由温度变化引起的误差。

Description

压力传感器信号调理集成电路的桥臂平衡补偿电阻的设计方法

技术领域

本发明涉及应用于压阻式压力传感器的信号调理的集成电路设计的相关技术领域，特别是一种压力传感器信号调理集成电路的桥臂平衡补偿电阻的设计方法。

背景技术

随着半导体工艺的发展，人们制造出了硅压阻式压力传感器，一般是在硅片上用扩散或离子注入法形成四个阻值相等的电阻，将它们连成一个惠斯登电桥。在实际制造过程中，四个桥臂电阻不能完全匹配。所以桥路在平衡状态时，桥臂电阻存在着偏差。

目前的压力传感器信号调理集成电路中，采用的是在放大器进行零点补偿的方法：在桥路平衡状态下，给放大器的输入端加一补偿信号，使得放大器的输出回到零点。这种方式仅适合于桥臂偏差很小的情况。如附图1所示。

实际情况中，硅压力传感器的桥臂电阻偏差往往很大，需要使用外部可调电阻来补偿桥臂电阻的偏差。如附图2所示。

在附图2中，如果补偿电阻和桥臂的电阻的温度系数不一样，桥臂的电阻偏差ΔRP和补偿电阻为ΔRB在温度变化后，ΔRP(T)和ΔRB(T)不再相等，导致了桥臂失衡，引入了测量误差。

作为一个理想的桥臂平衡补偿电阻，不但要求调节步长要小，能达到欧姆级，也要求其温度系数能和传感器的电阻的温度系数一致，避免由温度变化引起的误差。

为此需要一个新的方法来实现这样的补偿电阻。可应用于轮胎压力检测系统(TPMS)，以及其它压阻式压力传感器的信号调理集成电路设计中。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种压力传感器信号调理集成电路的桥臂平衡补偿电阻的设计方法，解决了现有的桥臂平衡补偿电阻调节步长未能达到欧姆级，而且温度系数和传感器的电阻的温度系数不一致，从而引起的误差的问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明公开了一种压力传感器信号调理集成电路的桥臂平衡补偿电阻的设计方法，其特征在于：桥臂平衡补偿电阻为可变电阻，其由若干个电阻与若干个串联有MOS开关的电阻并联而成；其中，所述的电阻为由至少两个具有不同温度系数的电阻按照一定电阻值比例串联而构成的与桥臂电阻温度系数相近似的电阻。

所述的电阻由具有正温度系数的Poly-silicon电阻和具有负温度系数的N-well电阻按照0.415∶0.565的电阻值比例串联而成。

所述的桥臂平衡补偿电阻由92个阻值为20K的电阻与8个串联有MOS开关的阻值为20K的电阻并联而成。。

由于采用了以上的方案，使本发明具备的有益效果在于：桥臂平衡补偿电阻调节步长小，能达到欧姆级，其温度系数和传感器的电阻的温度系数一致，有效避免了由温度变化引起的误差。

附图说明

图1是压力传感器信号调理集成电路中采用的在放大器进行零点补偿的方法示意图。

图2是使用外部可调电阻来补偿桥臂电阻偏差的示意图。

图3是采用两个不同温度系数的电阻串联成一个新的温度系数的电阻的示意图。

图4是可变桥臂平衡补偿电阻的示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

一种压力传感器信号调理集成电路的桥臂平衡补偿电阻的设计方法，其特征在于：桥臂平衡补偿电阻为可变电阻，其由若干个电阻与若干个串联有MOS开关的电阻并联而成；其中，所述的电阻为由至少两个具有不同温度系数的电阻按照一定电阻值比例串联而构成的与桥臂电阻温度系数相近似的电阻，如附图3所示。

在集成电路工艺中，每一种类型电阻都有着固定温度系数。为了构造一个新的温度系数的电阻。我们采用了混合电阻的设计方法。采用两个或以上的具有不同温度系数的电阻，按照一定电阻值比例进行串联或并联，就可以构成新温度系数的电阻。

在CZ6H工艺中，Poly-silicon电阻具有正温度系数，而N-well电阻具有负温度系数。如果我们需要一个零温度系数的电阻或介于这两个温度系数当中的电阻，按照一定比例将这两种电阻串联即可。

电阻的温度特性可用二次项方程表示

R(T)＝R0*{1+(1st.Coeff)*(T-T0)+(2nd.Coeff)*(T-T0)²}

所用的硅压力传感器的桥臂的电阻的温度特性是

RP(T)＝R0*{1+(1.829E-3)*(T-T0)+(0.5546E-5)*(T-T0)²}

CZ6H工艺中，Poly-silicon和N-well的电阻的温度特性为

Rpolys(T)＝R0*{1+(-0.3E-3)*(T-T0)}

Rnwell(T)＝R0*{1+(3.52E-3)*(T-T0)+(1.07E-5)*(T-T0)²}

将n份Rpolys和(1-n)份Rnwell串联组成的电阻为

Rmix(T)＝n*Rpolys+(1-n)*Rnwell

       ＝R0*{n*(1+(-0.3E-3)*(T-T0))+(1-n)*1+(3.52E-3)*(T-T0)+(1.07E-5)*(T-T0)²}

因此由Rmix(T)≈RP(T)求解得到n＝0.415。

即将0.415份的Rpolys和0.565份的Rnwell电阻混合

Rmix(T)＝0.415*Rpolys+0.565*Rnwell

得到的新电阻Rmix(T)和桥臂电阻RP(T)的在不同温度的电阻值偏差＜0.5％。

在当前集成电路工艺中，直接实现一个欧姆单位的电阻是不经济的，需要占用很大的硅片面积；另外普通的MOS开关的导通电阻也很大，在几十个欧姆上。不可能仅仅将一个MOS开关和一个欧姆级别的电阻串联来实现一个小步长的可变电阻。这里我们采用了在一电阻上并联一个串联有MOS开关的电阻的方式来实现一小步长的可变电阻。

如附图4所示，在我们的ASIC中，将100个20K的电阻并联，其中92个20K的Rmix电阻，8个串联着MOS开关的20K的Rmix。由于MOS开关的导通电阻随温度变化很大，所以需要将串联电阻Rmix的阻值远大于MOS开关的导通电阻。通过这样方式实现的可变电阻，调节步长小于2欧姆。

Claims (3)

1. 压力传感器信号调理集成电路的桥臂平衡补偿电阻的设计方法，其特征在于：桥臂平衡补偿电阻为可变电阻，其由若干个电阻与若干个串联有MOS开关的电阻并联而成；其中，所述的电阻为由至少两个具有不同温度系数的电阻按照一定电阻值比例串联而构成的与桥臂电阻温度系数相近似的电阻。

2. 根据权利要求1所述的压力传感器信号调理集成电路的桥臂平衡补偿电阻的设计方法，其特征在于：所述的电阻由具有正温度系数的Poly-silicon电阻和具有负温度系数的N-well电阻按照0.415∶0.565的电阻值比例串联而成。

3. 根据权利要求1所述的压力传感器信号调理集成电路的桥臂平衡补偿电阻的设计方法，其特征在于：所述的桥臂平衡补偿电阻由92个阻值为20K的电阻与8个串联有MOS开关的阻值为20K的电阻并联而成。

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