CN105229435A - 用于多路复用和缓冲微型传感器阵列的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一个微型压力扫描系统包括多个微型压力传感器，每个压力传感器包括至少一个传感器输出用于提供一个模拟输出信号以显示在主体上的检测压力，每个压力传感器的输出具有相关联的阻抗；多个缓冲器，每个缓冲器电连接到压力传感器中相应的一个的输出，另外并被配置到减少与之连接的相应的传感器输出的相关联的输出阻抗，并进一步地被配置为在缓冲器在一个输出端提供来自压力传感器系统的模拟输出信号；一个和多个缓冲器的下游连接的多路复用器，其被配置为多路复用缓冲的模拟输出压力信号从而输出一个用以表示检测压力多路复用模拟信号。

Description

用于多路复用和缓冲微型传感器阵列的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月5日提交的美国专利申请申请号为NO.13/785,742，发明名称为“用于多路复用和缓冲微型传感器阵列的系统和方法”的优先权，其主题因此通过引用合并于本申请的全部内容中。

技术领域

本发明涉及微型传感器阵列的多路复用，尤其是微型传感器阵列的缓冲。

背景技术

压力传感设备经常被用于空气动力学研究领域。压力传感设备可被用于多种用途，如风洞、飞行试验和涡轮机械测试。例如，压力传感设备可在机翼的设计开发过程中被使用于风洞应用中。压力传感设备也可以被应用于飞行测试应用，其可围绕导弹和在重要的发动机区域如进口、燃烧室和喷嘴，通过观察一个试验导弹监视压力情况。对于空气动力研究，微型压力测量仪器则可被用于合并单个传感器中的压阻式压力传感器阵列。这些微型仪器，也被称为压力扫描仪，其可合并产品的传感器基板层的电子多路复用器，从而用于单个传感器选配连接到附加的放大器或其他电子电路。现有技术的微型压力扫描仪包括精量电子公司制造的微型压力扫描仪(如ESP-16HD、ESP-32HD和ESP-64HD微型压力扫描仪)的ESP系列线和在日期为2009年8月的ESP压力扫描仪使用手册中描述的通过引用合并在其全部内容中的主题。

在一个典型的应用中，随着基于多路复用器的双极和互补金属氧化物半导体一般被认为用于扫描需要,数百个或者甚至数千个单体压力传感器在航天应用中被使用和监视。对于压力扫描仪而言，以越来越快的速度通过多路复用器围绕这些传感器扫描的需求已经突出了一些涉及速度传感器校正时间的问题。限制性因素包括多路复用器固定的电荷注入、电阻和电容特性，以及压力传感器相对较高的电源阻抗。特别是，在转换的过程中，经过多路复用器来自于每个压力传感器的多路复位信号引起了电压尖峰。为了使信号线回到其真实值，从而创立一个准确的读数，这些峰值必须校正和衰变。此外，通过观察，压力传感设备应用在较高的环境温度环境下，电压尖峰所需的校正时间也在增加。

需要应用于微型电子压力扫描仪替换的系统和方法，从而减少多路复用器电压尖峰所需的校正时间。

发明内容

一个微型压力扫描系统可包括：多个包括多个传感器输出的微型压力传感器，每一个微型压力传感器包括至少一个可提供一个模拟输出信号压力传感器输出和至少每一个传感器输出具有一个相关的输出阻抗；多个缓冲器，每个缓冲器和多个传感器输出中的一个电连接，并提供一个缓冲的传感器输出，每个缓冲器配置为减少与其电连接的一个传感器输出的相关的输出阻抗；和至少每个所述缓冲器中的至少一个多路复用器下游被配置为多路复用模拟输出压力，从而为输出到其他设备提供一个多路复用的模拟信号。

多个缓冲器可包括多个晶体管和多个偏压电阻，与一个传感器输出电连接的每个缓冲器可包括多个晶体管中的一个和多个偏压电阻中的一个。在一个实施例中，多个晶体管中的一个的和多个偏压电阻中的一个两者中的一个或两个集成于缓冲中的微型压力传感器中的一个。在另一个实施例中，多个晶体管中的一个和多个偏压电阻中的一个两者中的一个或两个可配置为安装在微型压力扫描系统中的基板上的裸芯片。多个晶体管中的每一个可为双极面结型晶体管，场效晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管中的一个。在一个实施例中，所述至少一个多路复用器可有至少16个输入通道。所述至少一个多路复用器可被以50微秒每一次缓冲或无缓冲传感器输出或更快的速率操作转换。每个缓冲器可配置为减少与其电连接的传感器输出的相关的输出阻抗至少两个数量级。

一种用于传感压力的方法可包括：使用多个包括多个传感器输出的微型压力传感器传感压力，多个微型压力传感器中的每一个具有至少一个用于提供模拟输出信号的传感器输出和至少每一个传感器输出具有一个相关的输出阻抗；对多个微型压力传感器中的至少一些中的至少一个传感器输出进行缓冲并提供一个缓冲的传感器输出，因此减少每个缓冲的传感器输出的相关的输出阻抗；通过使用至少一个多路复用器对多个缓冲的传感器输出多路复用；对至少一个多路复用器里的通道之间进行转换，从而读取多个传感器输出的每个缓冲的传感器输出的模拟输出信号。

对至少多个微型压力传感器中的一些中的至少一个传感器输出进行缓冲可包括使多个晶体管中的一个和多个偏压电阻中的一个与每一个缓冲的传感器输出电连接。在一个实施例中，多个晶体管中的一个和多个偏压电阻中的一个两者中的一个或两个被集成于缓冲的多个微型压力传感器中的基板。在另一个实施例中，多个晶体管中的一个和多个偏压电阻中的一个两者中的一个或两个可配置为安装在微型压力扫描系统中的基板上的裸芯片。多个晶体管中的每一个与多个微型压力传感器中的一个电连接，多个微型压力传感器中的每一个可为双极面结型晶体管，场效晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管中的一个。所述至少一个多路复用器可有至少16个输入通道。在另一个实施例中，对所述至少一个多路复用器的通道之间进行转换可包括以50微秒每一次缓冲的传感器输出或更快的速率进行转换。对微型压力传感器的至少一些中的至少一个传感器输出进行缓冲，可减少每个缓冲的传感器输出的相当的输出阻抗至少两个数量级。

微型压力扫描系统可包括：一个包括多个传感器输出的硅压阻式压力传感器阵列，每个压力传感器包括至少一个用于提供模拟输出信号的至少一个传感器输出和具有一个相关的输出阻抗；多个缓冲器，多个缓冲器中的每一个缓冲器被电连接到硅压阻式传感器阵列中的每一个的至少一个传感器输出信号，从而提供多个缓冲的传感器输出，每一个缓冲器包括多个晶体管中的一个和多个偏压电阻中的每一个，且每个缓冲器被操作用于减少与之连接的传感器输出的输出阻抗；和至少一个多路复用器与多个缓冲的传感器输出电连接，至少一个多路复用器在每一次缓冲的传感器输出之间被操作转换。

在一个实施例中，每一个缓冲晶体管和缓冲偏压电阻与相应的压力传感器电连接，并被配置为安装在微型压力扫描仪的基本上的裸芯片。在另一个实施例中，缓冲晶体管和缓冲偏压电阻中的一个或两个集成于相应的压力传感器，压力传感器的传感器输出的缓冲器在缓冲。所述至少一个多路复用器可具有至少16个输入通道。所述至少一个多路复用器可以50微秒每一次传感器输出或更快的速率被操作转换。在一个实施例中，每个缓冲器可被配置为减少连接的传感器输出的输出阻抗至少两个数量级。

附图说明

图1为现有技术中微型电子压力扫描仪的示意性代表；

图2为根据本发明的一个实施例中的在每个压力传感器输出和多路复用器输出之间的具有电压缓冲器的微型电子压力扫描仪的示意性代表；

图3为示波器追踪展示多路复用器的缓冲和无缓冲的输出通道的校正时间的示例；

图4为展示通过使用Initium数据采集系统在缓冲的和无缓冲的扫描仪的不同温度下的原始A/D计数变化的采样系统性能改进的图表；

图5为展示通过使用Initium数据采集系统在缓冲的和无缓冲的扫描仪的在80摄氏度下的原始A/D计数的采样系统性能改进的图表；

图6为展示通过使用Initium数据采集系统在缓冲的和无缓冲的扫描仪的在80摄氏度下的原始A/D计数变化的采样系统性能改进的图表；

图7为根据本发明的一个实施例的用于测量压力的方法的步骤的模块图；

图8为微型电子压力扫描仪的示例电路板的景貌图；

图9为示例微型电子压力扫描仪的示意图；

图10A为在示例微型电子压力扫描仪中的示例压力传感器和缓冲器装置的部分剖视图，其中示例微型电子压力扫描仪的晶体管和电阻缓冲元件被配置为裸芯片元件；

图10B为在示例微型电子压力扫描仪中的示例压力传感器和缓冲器装置部分剖视图，其中示例微型电子压力扫描仪的晶体管缓冲元件被配置为裸芯片和而电阻缓冲元件集成于传感器；

图10C为在示例微型电子压力扫描仪中的示例压力传感器和缓冲器装置部分剖视图，其中，示例微型电子压力扫描仪的晶体管和电阻缓冲元件均集成于压力传感器。

具体实施方式

图1为精量电子公司制造的如ESP压力扫描仪的微型电子压力扫描仪100的示意性表示。这些微型电子压力扫描仪包括多个微型电子差压测量单元或压力传感器110A-110N。在一个示例的实施例中，这种装置可被配置为硅压阻式压力传感器的阵列，每一个阵列对应一个压力端口。压力传感器安装在一般杂化玻璃基板上。压力传感器被电连接到多路复用器120上，其通常具有16个输入通道。应了解的是，多路复用器允许每个传感器的传感器输出被单独处理。在一个实施例中，多路复用器的传感输出通道比输入通道多，因而多个多路复用器可以被使用。在一个实施例中，模数(A/D)变换器130可连接到多路复用器的输出上。在另一个实施例中，其他电子设备如放大器可连接到多路复用器的出口。然而，这样的设置的问题在于相对长的时间校正与从每一个微型压力传感器使信号线衰变并回到其真实值中传来的多路复用信号产生的电压峰值所需的时间有关。

现在参考图2，显示了一个微型电子压力扫描仪200的示意图，根据本发明的一个实施例，其被配置为缓解与图1的配置有关的相对较长校正时间的问题。如其所示，多个微型压力传感器210A-210N被配置为每个相对的输出口(210A01,210A02,210B01,210B02,…,210N01,210N02)分别与缓冲器(通常被标记为215)中的一个相对的输入口连接。每一个缓冲器215(215A1,215A2,215B1,215B2,…215N1,215N2)在每个相应的传感器输出和一个多路复用器220的输入口(220Ai1,220Ai2,220Bi1,220bi1,…220Ni1,220Ni2)之间直接连接。根据本发明的一个方面，在每个传感器的输出和多路复用器之间设置一个缓冲器可大幅改善与压力扫描仪200有关的信号校正特性。

根据本发明进一步的内容，每一个微型缓冲器215由安装在基板上的一个简单的晶体管共集电极射随电压缓冲器或等同的裸芯片形式(如未封装的半导体电子元件)组成。如所述配置展示的，使用这种类型的缓冲器可以有效减少压力传感器的电桥输出阻抗多个数量级。这些传感器或电源的输出阻抗对系统校正时间常数起主导作用。已经被发现的是，电子压力传感器模拟输出-缓冲-多路复用的配置被描述为在此可显著地提高/减少时间常数，从而允许更快的扫描速度或多路复用速度。

如前所述关于图1的常规配置，一个微型电子压力传感器的实施例，该微型电子压力扫描仪为如精量电子公司的ESP64HD般不具备传感器缓冲器的扫描仪。用于上述装置的压力传感器是精量电子的P3377-UltrastableTM型号传感器，其中每个传感器具有两个传感器输出口。多路复用器可嵌入模拟设备ADG507模块，该多路复用器为一个封装的电子元件，但是，多路复用器也可以作为未封装的裸芯片。一般地，多路复用器将有16个通道，多路复用器使用的数量取决于被监视的压力传感器的数量。没有缓冲器，每个传感器传输的输出阻抗大致为2500欧。

与本发明的一个实施例一致，配置系统在传感器输出口210使用缓冲器215，实现了输出阻抗(从多路复用器220的输入口可以看到)低至20欧，表现了输出阻抗的减少大于两个数量级。在一个实施例中，缓冲器阵列中的每个缓冲器215可嵌入美国中央半导体公司制造的2N3904晶体管和MSI公司的2000欧偏压电阻。这样的缓冲器装置被观察到可为传感器提供大致20欧的输出电阻。在一个压力传感器的每一个输出节点使用一个电压缓冲器，这样唯一的配置可为传感器阵列改善信号校正并使该信号在一个小的、简单的电子电压缓冲区，从而大幅度提高传感器输出和相关的系统电子设备的输出阻抗。因此，传感器输出缓冲的执行在某种意义上是节约的且只需要最小的零件基板面。本设计的附加特征是包括通过晶体管发射极电压下降的量减少共模电压的偏压水平的缓冲器。传感器共模电压的减少对于上游放大器和/或其他电子设备都有有益的性能影响。

晶体管和偏压电阻缓冲器被应用于不同的配置中从而形成电压缓冲。晶体管的类型包括双极结型晶体管(BJTs)，场效应晶体管(FETs)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETS)、绝缘栅双极型晶体管(IGBTs)，和其他类型的具有简单电阻偏置网络的晶体管。在一个实施例中，晶体管和电阻被配置为裸芯片(未封装的电子元件)，其被安装或固定在电路板基板的开放区域，传感器和多路复用器也安装于此。每个晶体管和每个电阻在电路板被配置为支撑晶体管和电阻的前提下可通过使用接合线或电路跟踪被电连接到一个传感器输出口。

在另一个实施例中，晶体管和电阻可被集成到传感器输出缓冲的传感器的压力传感器芯片的基板上，在这种情况下，裸芯片晶体管和电阻将不会如上述所讲的被包括在电路板基板上。在另一个实施例中，缓冲器可由包括安装在电路板基板上的裸芯片晶体管和与压力传感器成一体的电阻组成。一个传感器芯片一般包括一个未使用的电阻(一个在传感器内部且不被用于实施传感器传感功能的电阻)，其可被用于偏压晶体管，从而消除将附加的裸芯片电阻和电路板基体设置为一体的需求。应该理解的是，晶体管和电阻的使用尺寸可取决于被使用的特别的扫描仪、容纳这些要么是电路板上的未封装形式的零件要么是集成在压力传感器芯片上的零件的空间和输出阻抗的需求。在一个实施例中，多个传感器输出缓冲，多个缓冲器被需求和多个缓冲器将包括多个缓冲晶体管和多个偏压电阻。术语缓冲器被用于通常指的是到连接到单个传感器输出的单个晶体管和单个电阻，然而，一个缓冲器可替代性地被引用到多于一套晶体管和电阻中，如一个缓冲器可缓冲指定的压力传感器的两个或多个输出。例如，一个对传感器的两个传感器输出进行缓冲的缓冲器将包括两个晶体管和两个偏压电阻。

参考到图2，由每个传感器输出提供的模拟输出信号(通常表示为SA)经过相应的缓冲器215传送到多路复用器220上。也就是说，每个来自每个传感器输出的输出信号被称为模拟输出压力信号(SA01,SA02,SB01,SB02,…,SN01,SN02)，表明压力在一次测试组中在相关的不同位置被压力传感器元件检测到。每个经过缓冲器215的每个传感器输出信号被称为一个缓冲的模拟输出压力信号(BA01,BA02,BB01,BB02,…,BN01,BN02)并代表模拟输出压力信号，但具有从多路复用器的输入口看到的至少一个减少了的输出阻抗。正如，被读取的传感器数量超过多路复用器的输入通道，因而需要多于一个的多路复用器。在一个例子中，如果有100个传感器210被监视和每个传感器具有两个传感器输出，那么系统则需要200个传感器出口来进行多路复用。在这个实施例中，具有至少13-16个通道的多用复用器被需要用以接收来自100个传感器的200个输出信号。在一个实施例中，每个输出被缓冲则需要200个缓冲器，每一个缓冲器对应每一个传感器输出。在另一个实施例中(未示出)，有可能不是每一个输出都会被缓冲。例如，在一个实施例中在每个传感器中只有一个输出被缓冲(如，导致总输出的一半被监视)。在这个实施例中，用以解决缓冲和未缓冲的顺序的策略被用于最小化因未缓冲输出引起的校正时间限制是可能的。应该了解的是，然而，从而性能的角度来看，每一个传感器输出的缓冲可使系统经历校正时间的问题有最小的可能性。

图3-4表明了相对于传统的无缓冲的压力扫描仪，本发明的实施例实现了在转换时间上的重大进步。具体地，图3是一个示例的示波器图示，其表明了在ESO64HD压力扫描仪的缓冲通道和无缓冲通道的校正时间。如图3所示，线310代表了无缓冲通道，其表明了因为由多路复用器引起的电压尖峰，信号花了超过60微秒的时间去校正一个状态，其从P1点可读取到。相反地，线320代表了一个增加了缓冲通道。正如所示，线320在10微秒(电压尖峰之后大致8微秒)内校正到点P2。缓冲的传感器的快速转换时间加快了单个传感器被多路复用器扫描的速率。执行一个具有缓冲的传感器输出的压力扫描仪被描述为于此允许多路复用器具有一个50微秒每一次输出通道的转换速率。如线320所示，获得一个更快的多路复用器转换时间如10微秒每一次具备合适的缓冲的输出通道从而减少多路复用器的电压尖峰是可能的。

在一个实施例中，如图2-3所示的扫描系统的多路复用器的输出可电连接一个模/数变换器从而提供每个传感器输出读数的数字输出。计数由模数转换器的输出组成，其表明从模/数输出中有多少传感器输出读数被观察到。原始的模/数计数可由缓冲的和无缓冲的输出通道组成，从而在不同的操作情况下评估那些输出通道的性能。在图4中，图表400表明对指定的数据采集系统，电子压力扫描仪在原始数/模计数的示例系统性能改进。数据采集系统采集到扫描速度从80微秒到26微秒的原始模/数计数的变化。数据也在不同的温度情况下被采集，在23摄氏度而其他的在80摄氏度。如图4中所示通道2-4有缓冲(使用如描述的一个单独晶体管随发器装置)，通道9-16没被使用，通道17-64则无缓冲。

如图4所示，高的环境温度会引起模/数计数变化的增加。这是至少部分地因为高温增加多路复用器的校正时间，随着校正时间的增加导致了一个较低的计数，因此，在计数的数量上有一个增加的变化。因此，如图4所示，对于缓冲的和无缓冲的输出通道，计数的变化(如，计数数值的变化)在80摄氏度(反映在线420)时比在23摄氏度(反映在线410)时高得多，在其他温度，与无缓冲的输出通道对比，缓冲的输出通道具有一个显著的进步。无缓冲输出通道的计数变化通过大的锯齿形图案表现，其代表在模/数计数上的大幅波动，表明了因为与无缓冲输出通道相关联的校正时间较长使得传感器读数的数值有大幅地变化。相反，缓冲的输出通道则展示了在模/数计数性能上没有大幅变化，表明了因为缓冲的输出通道校正时间较短使得传感器输出读数的数值并没有大的变化。这个模/数系统利用+/-5V的信号摆动进行16比特范围的操作，其导致了大致0.003％全尺寸位权每计数。如图4中所示，把无缓冲传感器输出的扫描时间在26微秒时与扫描时间在80微秒时相比，80摄氏度的扫描误差大致为50个计数或0.15％全尺寸的误差，而相同的缓冲的传感输出的扫描则使误差接近于系统分辨极限。即使在23摄氏度，把扫描时间为26微秒时和扫描时间在80微秒时相比，无缓冲的传感器输出模/数读数依然大致10个计数或0.03％全尺寸，而缓冲的传感器输出的误差则不可感知。

图5是一个图表500，其展示对一个指定数据采系统，在不同的采集速度和温度的情况下，电子压力传感器在原始模/数(模拟到数字)计数的实例系统的性能改进。图5描绘了无缓冲的输出在26微秒的扫描速度时、缓冲的输出在80微秒的扫描速度时和缓冲的输出在26微秒的扫描速度时的模/数计数。而在图4，图5中的缓冲通道530和540分别说明了在性能的显著提高上超过它们的无缓冲的相对通道510和520。特别的，图5展示了在不同的扫描速度26微秒和83微秒时，缓冲的输出线530和540非常相似地操作着(通过图线基本上追踪彼此展示)。与此相反，无缓冲的输出线510和520展示了两者之间的分开，表明了无缓冲的线在不同的扫描速度经历明显的性能差异。正如这里所讨论的，性能差异可归结于如电压尖峰等因素，从而引起无缓冲的输出线的校正时间过长。

图6是一个图表600，其展示了使用一个指定的数据采集系统，电子压力扫描仪在模/数(模拟到数字)计数变化对缓冲和无缓冲的输出的实例系统的性能改进。数据采集系统采集到扫描速度从80微秒到26微秒时的原始A/D计数的变化。如图表600所示，线代表了无缓冲的输出610，其展示了一个标记的锯齿形图案，说明与无缓冲的输出相关联的校正时间限制。相反地，线620代表了缓冲的输出，其展示了一个相当平整的模/数计数变化，表明了扫描速度的变化对缓冲的输出在模/数计数变化具有相当小的影响，若有的话。

图7是一个简化的说明公开的内容方面的处理步骤逻辑流程图或图表。在模块710，为了感知压力，使用多个微型压力传感器在主体上与之有关联的不同的位置，从而感知到压力。每个压力传感器具有一个或多个出口并生成了一个或多个代表感知压力的模拟输出信号。每个传感器输出也具有一个相关联的输出阻抗。在模块720，一个或多个传感器输出使用一个电连接到传感器的输出口和多路复用器的输入口的缓冲器。另外，每个缓冲器被操作经过与其连接的传感器输出的模拟输出压力信号，并被配置为减少与其连接的传感器输出的输出阻抗。正如讨论的，缓冲器可包括一个双极面结型晶体管和一个偏压电阻。在模块730，通过使用一个多路复用器，来自传感器输出的缓冲的输出压力信号被多路复用。一个典型的多路复用器可具有16个输入通道，尽管其他的配置(如，8个通道或32个通道)也可能被使用。应当理解的是，一个多路复用器允许所有的输出信号被发送到一个单一的接收设备，如一个模/数转换器，其可消除为了每个输出线具有一个单独的接收设备的需求。正如，风空气动力学应用可能具有1000个或更多的传感器，因此消除使用多个接收设备如模/数转换器的需求，从而节省了巨额的空间和支出。最后在模块740，多路复用器之间的通道的转换被执行，从而选择性地读取每个微型压力传感器的缓冲的输出。一个计算机处理器和与之相关的逻辑可被用于引导多路复用器对通道进行转换。因为在传感器输出和多路复用器之间的缓冲器大幅度减少多路复用器通道的校正时间，与在没有缓冲器的情况下相比转换的时间可以快得多。

图8是一个例如图2中代表的微型电子压力扫描仪200的示例电路板的一部分的景貌图。图8中的实施例描绘了一个扫描仪800，其包括通常标签为820的传感器经过通常标签为830的缓冲器电连接到通常标签为840的多路复用器。如图8所示的16个压力传感器元件(8201,…,82016)结合一个相对于的通道(e.g.CH1,…,CH16)并提供两个模拟输出。实施例展示了连接到每个压力传感器模拟输出是一个相应的缓冲偏置晶体管(如用于CH8的压力传感器8208的83081和83082)，相关的缓冲电阻集成于传感器820。多路复用器840也配置在基板810上。图8也描绘了微调电阻的位置850，跨度补偿电阻的位置860，和丝焊垫870连接每一个压力传感器到基板810。在一个示例的实施例中，一个微型压力传感器820可为一个每个边(图8中的尺寸A)大致0.74英寸的方半导体元件和裸芯片晶体管830可为具有边长大致为0.018英寸(尺寸B)X0.018英寸(尺寸C)未封装的半导体元件。

图8中描绘的微型压力传感器820的阵列被配置为每个输出(因此每个传感器820具有两个在或(相邻)基板上的裸芯片晶体管与之相邻)通过裸芯片晶体管830缓冲每个传感器输出。每个输出的偏压电阻在每个传感器元件820内或与其集成为一体因而没有展示。在其他实施例中，为基板上的每个缓冲器，偏压电阻可为一个单独的裸芯片电阻。如展示的，缓冲晶体管830只是一个压力传感器元件820的尺寸的一小部分，裸芯片缓冲晶体管的面积和传感器面积的比值非常小，缓冲晶体管的面积比传感器面积小于大致5％(如，大致4.9％)。

应当理解的是，在一个实施例中，偏压电阻是安装在基板上的裸芯片元件而不是集成于压力传感器，因为裸芯片电阻的添加，裸芯片缓冲元件的面积和传感器面积的比值将大于大约4.9％，和本实施例的面板图可包括安装在基本上的用于电阻的裸芯片元件。然而，因为裸芯片电阻通常比裸芯片晶体管小，裸芯片缓冲晶体管和裸芯片电阻的面积总和与传感器的面积(完整的实施例中未改变的传感器区域)的比值小于大致10％。在一个实施例中，晶体管和偏压电阻组成了缓冲器，该缓冲器为传感器元件820的部分并集成于传感器元件820，这样的实施例的景貌图不包括与传感器靠近(相邻)的裸芯片晶体管或裸芯片电阻。因此，相对于上述的实施例，集成的压力传感器和缓冲器配置具有减少面积的必要的功能。

图9是一个示例的微型电子压力扫描仪900的一部分的示意图，其描绘了两个缓冲的压力传感器920，925。压力传感器920包括模拟压力传感器输出SO1和SO2。传感器925包括模拟传感器SO3和SO4。在图9的一个示例的实施例，每个传感器输出通过一个晶体管(Q)和一个偏压电阻(R)被缓冲。晶体管Q1和电阻R1缓冲传感器输出SO1，和为多路复用器940提供了缓冲的输出BO1。同样地，晶体管Q2和电阻R2，晶体管Q3和电阻R3，和晶体管Q4和电阻R4分别地偏压传感器输出SO2，SO3和SO4。缓冲的输出BO2，BO3和BO4分别被提供到多路复用器940。至于图8展示的景貌图的实施例所述那样，压力传感器920和925包括微调电阻和补偿电阻(未示出)。多路复用器940包括输出MO1和MO2，其可输出到一个放大器或模/数转换器或其他电子设备(未示出)。将会被理解的是，图9是表示缓冲器配置的示意图，该缓冲器配置在当电阻和晶体管缓冲元件为裸元件或当缓冲器元件中的一个或两个被集成在压力传感器时被使用。

根据本发明的内容，图10A，10B，和10C分别表示描述应用于压力扫描仪的压力传感器和缓冲器配置的三个实施例。如图10，10B，和10C所示，参考数字被用于指示零件。图10A提供了一个微型电子压力扫描仪的示例压力传感器的部分剖视图，微型电子压力扫描仪的晶体管和电阻缓冲元件均为裸芯片元件。图10B提供了一个微型电子压力扫描的示例压力传感器和电阻缓冲元件的部分剖视图，微型电子压力扫描仪的晶体管为裸芯片元件和电阻缓冲元件集成于传感器。图10C提供了一个微型电子压力扫描的示例压力传感器的部分剖视图，微型电子压力扫描仪的晶体管和电阻缓冲元件均集成于传感器。

特别地，图10A展示了压力传感器1010安装在基板1000上。压力传感器1010的模拟输出通过裸芯片晶体管1020和裸芯片电阻1030被缓冲，从而提供缓冲的输出1060。压力传感器1010包括电路系统，如在传感器顶部的桥接电路1040。将被所属领域技术人员所了解的，该电路是在传感器内部的电路和已知集成电路技术被应用于执行传感器中的传感器电路的说明。例如，压力传感器可为具有4个压电电阻的微机械隔膜的基于硅压阻式传感器，该基于硅压阻式传感器已经被扩散。从技术中可以理解的是，压电电阻连接到一个惠斯通电桥从而生成与压力输入成比例的电压输出。来自传感器的跨接线被用于电连接传感器的裸芯片晶体管1020和偏压电阻1030至传感器，从而使传感器的输出可被缓冲。

图10B描绘了一个实施例，其中压力传感器1010通过毗邻于传感器1010的裸芯片晶体管1020和集成于传感器的电阻1032被缓冲。偏压电阻被有计划地显示在用于说明目的的传感器上和通过已知的集成电路技术被功能性地集成到传感器中。传感器可包括可被用于偏压晶体管1020的无使用的电阻，或可被集成在传感器的附加电阻(没用于传感器电路的那些)因此他们可被用于缓冲晶体管1020。来自传感器的跨接线1050被用于电连接裸芯片晶体管1020至集成于传感器的偏压电阻1032，同时也提供缓冲的输出1060。在另一个实施例中(未示出)，用于缓冲的晶体管可被集成到传感器电路，偏压电阻可作为裸芯片元件安装到使用跨接线连接到传感器的基板上。

图10C描绘了另一个实施例，其展示了安装在基板上的压力传感器和被集成到压力传感器的晶体管和偏压电阻缓冲元件。特别地，图10C为晶体管1022和电阻1032设置于传感器1010的桥接电路1040上的示意图。正如，示意图对包含在传感器内的电路的说明，该电路使用已知的集成电路技术执行传感器电路和在传感器内的缓冲元件(晶体管和电阻)。跨接线1050被用于电连接传感器、晶体管和传感器上的偏压电阻至缓冲的输出1060。

本发明方法在此被描绘为可自动化的，如，明白地体现在计算机可读存储介质上的指令的程序，其中，计算机可读存储介质可被具有执行指令能力的机器所读取。通用计算机如此机器的一个例子，还有其他已知的具有处理器，存储器，硬件，软件，和/或固件的计算设备。一个现有技术的合适的存储介质的无限制的示例清单包括这些设备，如可读或可写的CD，闪存芯片(如移动硬盘)，不同的磁存储介质等。

本发明是通过上述的实施例进行描述的，在不脱离本发明精神的情况下，可以对这些实施例进行不同的修改和变化。相应地，所有的修改和变化都被认为在本申请权利要求的保护范围内。相应地，说明书和图应以说明性而非限制性意义来考虑。图构成本申请的一部分，其应作为说明性的展示而非限制具体实施例的主题可被实施。实施例说明描绘了足够多的细节从而使本领域技术人员可以实施本发明的教导。其他的实施例可以从本发明被利用或得出，如结构性或逻辑性的代替以及变化可在不脱离本发明的范围内被做出。因此具体实施方式不被认为是限制性意义，随着全范围地与权利要求相对应，不同的实施例的范围只通过本申请的权利要求限定。

本发明的实施例单独地和/或共同地涉及到术语“发明”，在实际上公开了多于一个发明的情况下，这只是为了方便而不是计划主动限制本发明的保护范围为任何单一发明或发明构思。因此，尽管具体实施例已经在此被阐明和描绘，但是应当被了解的是，任何蓄意达到相同目的的装置都应该被展示的具体实施例取代。本发明意图涵盖所有不同的实施例的适应性改变。上述的实施例的组合和其他的实施例不在此详细描述，对本领域技术人员而言，对上述说明的回顾是显而易见的。

Claims (10)

1.一种微型压力扫描系统(200)，其特征在于，包括：

多个包括多个传感器输出(SA-SN)的微型压力传感器(210)，所述多个微型压力传感器(210)中的每一个包括至少一个用于提供在主体上显示检测压力的模拟输出信号的传感器输出，至少每一个传感器输出(SA-SN)具有相关的输出阻抗；

多个缓冲器(215)，每个缓冲器电连接至所述压力传感器(210)中的相应的一个的传感器输出(SA-SN)，且被配置用来减少与之连接的相应的压力传感器的传感器输出(SA-SN)的相关的输出阻抗，并进一步被配置用来在所述缓冲器(215)的一个输出(BA-BN)中提供显示来自压力传感器(210)的主体上的检测压力的模拟输出信号；以及

连接至所述多个缓冲器(215)下游的多路复用器(220)，其被配置用来对显示主体上的检测压力的缓冲的模拟输出信号(BA-BN)多路复用以输出表示检测压力的多路复用信号。

2.根据权利要求1所述的微型压力扫描系统(200)，其特征在于，每个所述缓冲器(215)包括缓冲晶体管(Q)和偏压电阻(R)。

3.根据权利要求2所述的微型压力扫描系统(200)，其特征在于，所述缓冲晶体管(Q)和所述偏压电阻(R)两者中的一个或两个被集成到传感器输出(SA-SN)缓冲的相应的压力传感器(210)上。

4.根据权利要求2所述的微型压力扫描系统(200)，其特征在于，所述缓冲晶体管(Q)和偏压电阻(R)两者中的一个或两个为安装在与相应的压力传感器(210/1010)分开且邻近的微型压力扫描系统(200)的基板(1000)上的裸芯片元件。

5.根据权利要求4所述的微型压力扫描系统(200)，其特征在于，所述缓冲晶体管(Q)为裸芯片元件(1020)，且其中裸芯片缓冲晶体管(Q)的面积与相应的压力传感器(210/1010)面积的比值为大致5％。

6.根据权利要求2所述的微型压力扫描系统(200)，其特征在于，每个缓冲器(215)的所述晶体管(Q)和所述偏压电阻(R)被配置用来将与之连接的相应的压力传感器(210)的传感器输出(SA-SN)的相关联的输出阻抗降低至少两个数量级。

7.一种方法，其特征在于，包括：

使用多个包括多个传感器输出(SA-SN)的微型压力传感器(210)感测压力，多个微型压力传感器(210)中每一个具有至少一个用于提供模拟输出信号的传感器输出，至少每一个传感器输出(SA-SN)具有相关联的输出阻抗；

缓冲多个微型压力传感器(210)中至少一个传感器输出(SA-SN)以提供一个缓冲的传感器输出(BA-BN)，从而减少每个缓冲的传感器输出(BA-BN)的相关联的输出阻抗；

使用至少一个多路复用器(220)多路复用多个缓冲的传感器输出(BA-BN)并在至少一个多路复用器(220)的通道之间进行转换，从而读取微型压力传感器(210)的每个缓冲的传感器输出(BA-BN)的模拟输出信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对多个微型压力传感器(210)的至少一个传感器输出(SA-SN)进行缓冲包括将缓冲晶体管(Q)和偏压电阻(R)电连接至每一个缓冲的传感器输出(BA-BN)。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述缓冲晶体管(Q)和所述偏压电阻(R)中的一个集成到多个微型压力传感器(210)中的相应的一个中，所述多个微型压力传感器(210)具有缓冲的传感器输出，其中，其他的所述缓冲晶体管(Q)和偏压电阻(R)是安装在所述微型压力扫描仪(200)的基板(1000)上的裸芯片元件(1020/1030)。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一个多路复用器(220)具有至少16个输入通道，其中在至少一个多路复用器(220)的通道之间进行转换包括以50毫秒每一次缓冲的传感器输出(BA-BN)或更快的速率转换。