CN106768516A - 一种高温压力传感器专用集成电路 - Google Patents

一种高温压力传感器专用集成电路 Download PDF

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Abstract

一种高温压力传感器专用集成电路,属于信号处理领域,解决了现有体硅CMOS工艺的压力传感器专用集成电路的额定工作温度上限值过低和不具备对压力传感器进行温度失调补偿的功能的问题。本发明所述集成电路:内建电源单元与外部电压源相连,并用于同时为恒流源单元、仪表放大器单元和失调补偿单元提供零温度系数的工作电压。恒流源单元的温度系数可调,其用于为高温压力传感器提供工作电流,并对其进行温度补偿。仪表放大器单元用于放大高温压力传感器的输出信号。失调补偿单元用于同时对所述集成电路进行系统失调补偿和温度失调补偿。所述集成电路采用SOI CMOS工艺制成。本发明特别适用于对高温压力传感器的输出信号进行放大和补偿。

Description

一种高温压力传感器专用集成电路
技术领域
本发明涉及一种高温压力传感器专用电路,属于信号处理领域。
背景技术
压力传感器专用电路主要由接口电路和信号调理电路构成,起着对传感器输出信号进行放大和补偿等重要作用,保证了信号测量的可靠性。
现有由分立元件构成的压力传感器专用电路在高温和振动的工作环境下,其性能急剧下降,甚至无法使用。
现有功能集成的压力传感器专用电路在有效解决以上由分立元件构成的压力传感器专用电路存在的问题的同时,大幅度地减小了该电路的体积和重量。但是,由于现有功能集成的压力传感器专用电路采用体硅CMOS工艺制成,在125℃以上的工作环境下,其性能仍然明显下降。为此,人们通过优化电路布局和完善制造工艺的方式将其额定工作温度的上限提升至175℃,但是其工作寿命仍然不到一年,而且可靠性有待考证。
在体硅CMOS工艺下,电子器件与电子器件以及电子器件与衬底均通过PN结进行隔离。在常温下,PN结反向漏电流很低,但是,PN结反向漏电流会随外界环境温度的升高而增大。当温度超过175℃时,现有功能集成的压力传感器专用电路会因漏电流过大而无法正常工作。另一方面,压力传感器的灵敏度随温度的升高而降低,电路失调电压会随温度的升高而增大。在225℃以上的工作环境下,其性能急剧下降,严重影响信号测量的可靠性。
发明内容
本发明为解决现有体硅CMOS工艺的压力传感器专用集成电路的额定工作温度上限值过低和不具备对压力传感器进行温度失调补偿的功能的问题,提出了一种高温压力传感器专用集成电路。
本发明所述的高温压力传感器专用集成电路包括内建电源单元、恒流源单元、仪表放大器单元和失调补偿单元;
内建电源单元与外部电压源相连,并用于同时为恒流源单元、仪表放大器单元和失调补偿单元提供零温度系数的工作电压;
恒流源单元的温度系数可调,其用于为高温压力传感器提供工作电流,并对其进行温度补偿;
仪表放大器单元用于放大高温压力传感器的输出信号;
失调补偿单元用于同时对所述集成电路进行系统失调补偿和温度失调补偿;
所述集成电路采用SOI CMOS工艺制成。
优选的是,内建电源单元包括第一电压基准子单元1、第一运算放大器OP1、第一场效应管MO1、第二场效应管MO2、第三场效应管MO3、第一电阻R1、第二电阻R2和电容C1
外部电压源同时接入第一运算放大器OP1的正电源端和第三场效应管MO3的源极,第三场效应管MO3的栅极和漏极均与第二场效应管MO2的源极相连,第二场效应管MO2的栅极和漏极均与第一场效应管MO1的漏极相连,第一场效应管MO1的栅极与第一运算放大器OP1的输出端相连,第一场效应管MO1的源极同时与第一电压基准子单元1的正电源端、第一电阻R1的第一端和电容C1的第一端相连,第一电阻R1的第二端同时与第二电阻R2的第一端和第一运算放大器OP1的反相输入端相连,第一运算放大器OP1的正相输入端与第一电压基准子单元1的输出端相连,电容C1的第二端、第二电阻R2的第二端、第一运算放大器OP1的负电源端和第一电压基准子单元1的负电源端均与电源地相连;
第一场效应管MO1、第一电阻R1、电容C1与第一电压基准子单元1的公共端为内建电源单元的输出端。
优选的是,恒流源单元包括第二电压基准子单元2、第一温度传感器3、第二运算放大器OP2和第三电阻R3
内建电源单元的输出端同时与第三电阻R3的第一端、第二运算放大器OP2的负电源端、第一温度传感器3的正电源端和第二电压基准子单元2的正电源端相连,第三电阻R3的第二端同时与第二运算放大器OP2的反相输入端和输出端相连,第二运算放大器OP2的同相输入端同时与第二电压基准子单元2的输出端和第一温度传感器3的输出端相连,第二运算放大器OP2的正电源端、第二电压基准子单元2的负电源端和第一温度传感器3的负电源端均电源地相连;
第二运算放大器OP2与第三电阻R3的公共端为恒流源单元的输出端。
优选的是,仪表放大器单元包括第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、第五运算放大器OP5、第一电阻阵列以及第四电阻R4至第十二电阻R12
第三运算放大器OP3的输出端同时与第四电阻R4的第一端和第六电阻R6的第一端相连,第四电阻R4的第二端同时与第三运算放大器OP3的反相输入端和第十二电阻R12的第一端相连,第十二电阻R12的第二端同时与第五电阻R5的第一端和第四运算放大器OP4的反相输入端相连,第四运算放大器OP4的输出端同时与第五电阻R5的第二端和第七电阻R7的第一端相连;
第六电阻R6的第二端同时与第八电阻R8的第一端、第十电阻R10的第一端和第五运算放大器OP5的反相输入端相连,第八电阻R8的第二端与第五运算放大器OP5的输出端相连,第七电阻R7的第二端同时与第五运算放大器OP5的同相输入端、第九电阻R9的第一端和第十一电阻R11的第一端相连,第九电阻R9的第二端与电源地相连;
在第三运算放大器OP3、第四电阻R4与第十二电阻R12的公共端和第四运算放大器OP4、第五电阻R5与第十二电阻R12的公共端之间设置有第一电阻阵列,
第一电阻阵列与第十二电阻R12并联,第一电阻阵列的接入阻值可调;
第三运算放大器OP3的正相输入端和第四运算放大器OP4的正相输入端分别为仪表放大器单元的第一输入端和第二输入端;
第五运算放大器OP5与第八电阻R8的公共端为仪表放大器单元的输出端;
第十电阻R10的第二端与失调补偿单元的输出端相连,第十一电阻R11的第二端与电源地相连;
或者,第十一电阻R11的第二端与失调补偿单元的输出端相连,第十电阻R10的第二端与电源地相连。
优选的是,失调补偿单元包括第二温度传感器4、第二电阻阵列5、第三电压基准子单元6、第六运算放大器OP6、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十五电阻R15
第二温度传感器4的输出端与第十三电阻R13的第一端相连,第十三电阻R13的第二端同时与第十四电阻R14的第一端、第六运算放大器OP6的反相输入端和第十五电阻R15的第一端相连,第十五电阻R15的第二端与第六运算放大器OP6的输出端相连,第六运算放大器OP6的正相输入端与电源地相连;
第二电阻阵列5设置在第十四电阻R14的第二端与第三电压基准子单元6的输出端之间,第二电阻阵列5的接入阻值可调;
第六运算放大器OP6与第十五电阻R15的公共端为失调补偿单元的输出端。
本发明所述的高温压力传感器专用集成电路采用SOI CMOS工艺制成,利用SOICMOS工艺耐高温的特点,提升了压力传感器专用集成电路的额定工作温度上限值,解决了现有体硅CMOS工艺的压力传感器专用集成电路的额定工作温度上限值过低的问题。本发明的恒流源单元用于为高温压力传感器供电,其温度系数可调,起到了对高温压力传感器进行温度失调补偿的作用。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的高温压力传感器专用集成电路进行更详细的描述,其中:
图1是实施例一所述的高温压力传感器专用集成电路的结构框图,A为仪表放大器单元,B为高温压力传感器的感压电桥;
图2是实施例二提及的内建电源单元的电路原理图,VDDH为外部电压源的输出电压,VDDL为内建电源单元的输出电压;
图3是实施例三提及的恒流源单元的电路原理图,IOUT为恒流源单元为高温压力传感器提供的温度系数可调电流;
图4是实施例四提及的仪表放大器单元的电路原理图,IN+为仪表放大器单元的同相输入端,IN-为仪表放大器单元的反相输入端,VOUT1为仪表放大器单元的输出端,O1为第十电阻R10的第二端,O2为第十一电阻R11的第二端,a和b分别为第一电阻阵列的第一接入端和第二接入端;
图5是实施例四提及的第一电阻阵列的结构示意图;
图6是实施例五提及的失调补偿单元的电路原理图,VOUT2为失调补偿单元的输出端;
图7是实施例五提及的第二电阻阵列的结构示意图;
图8是实施例五所述的高温压力传感器专用集成电路的平面示意图,z为第十四电阻R14的第二端。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明所述的高温压力传感器专用集成电路作进一步说明。
实施例一:下面结合图1详细地说明本实施例。
本实施例所述的高温压力传感器专用集成电路包括内建电源单元、恒流源单元、仪表放大器单元和失调补偿单元;
内建电源单元与外部电压源相连,并用于同时为恒流源单元、仪表放大器单元和失调补偿单元提供零温度系数的工作电压;
恒流源单元的温度系数可调,其用于为高温压力传感器提供工作电流,并对其进行温度补偿;
仪表放大器单元用于放大高温压力传感器的输出信号;
失调补偿单元用于同时对所述集成电路进行系统失调补偿和温度失调补偿;
所述集成电路采用SOI CMOS工艺制成。
基于SOI CMOS工艺的集成电路将NMOS管、PMOS管、电容、电阻等电子器件制作在SOI基片的薄层硅上,电子器件与电子器件以及电子器件与衬底均通过氧化层隔离,大大减小了PN结面积,不仅能够解决高温下泄漏电流过大的问题,而且能够完全消除闩锁效应。因此,基于SOI CMOS工艺的集成电路具有能够在高温(225℃)下稳定工作的特点。相比于蓝宝石和碳化硅等材质的基片,SOI基片的制备更加容易,成本也更低,是未来集成电路发展的主流技术。本实施例所述的高温压力传感器专用集成电路将各个功能单元集成在一块芯片上,具有优良的一致性、高共模抑制比和高输入阻抗等优点,使用方便。
图1为高温压力传感器专用集成电路的结构框图,高温压力传感器的感压电桥包括第一力敏电阻Ra、第二力敏电阻Rb、第三力敏电阻Rc和第四力敏电阻Rd,第一力敏电阻Ra、第二力敏电阻Rb、第三力敏电阻Rc和第四力敏电阻Rd依次串联。第一力敏电阻Ra与第二力敏电阻Rb的公共端与恒流源单元的输出端相连,第二力敏电阻Rb与第三力敏电阻Rc的公共端与仪表放大器单元的反相输入端相连,第三力敏电阻Rc与第四力敏电阻Rd的公共端与电源地相连,第一力敏电阻Ra与第四力敏电阻Rd的公共端与仪表放大器单元的同相输入端相连。其中,第一力敏电阻Ra和第三力敏电阻Rc的阻值均随所受压力的升高而增大,第二力敏电阻Rb和第四力敏电阻Rd的阻值均随所受压力的升高而减小。
在压力传感器领域,将工作温度超过150℃的压力传感器称为高温压力传感器。
实施例二:下面结合图2详细地说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的高温压力传感器专用集成电路作进一步的限定。
本实施例所述的高温压力传感器专用集成电路,内建电源单元包括第一电压基准子单元1、第一运算放大器OP1、第一场效应管MO1、第二场效应管MO2、第三场效应管MO3、第一电阻R1、第二电阻R2和电容C1
外部电压源同时接入第一运算放大器OP1的正电源端和第三场效应管MO3的源极,第三场效应管MO3的栅极和漏极均与第二场效应管MO2的源极相连,第二场效应管MO2的栅极和漏极均与第一场效应管MO1的漏极相连,第一场效应管MO1的栅极与第一运算放大器OP1的输出端相连,第一场效应管MO1的源极同时与第一电压基准子单元1的正电源端、第一电阻R1的第一端和电容C1的第一端相连,第一电阻R1的第二端同时与第二电阻R2的第一端和第一运算放大器OP1的反相输入端相连,第一运算放大器OP1的正相输入端与第一电压基准子单元1的输出端相连,电容C1的第二端、第二电阻R2的第二端、第一运算放大器OP1的负电源端和第一电压基准子单元1的负电源端均与电源地相连;
第一场效应管MO1、第一电阻R1、电容C1与第一电压基准子单元1的公共端为内建电源单元的输出端。
本实施例的内建电源单元具有隔离电源噪声和提高电源抑制比的作用。在现有技术中,内建电源电路通常采用耐高压场效应管作为调整管,实现稳压的功能。而本实施例通过在第一场效应管MO1的漏极依次串联二极管接法的第二场效应管MO2和第三场效应管MO3,使第一场效应管MO1的源漏电压小于其击穿电压,从而实现了无耐压管情况下内建电源电路的构建,解决了无耐高压管条件下的压力传感器专用集成电路的高压供电问题。
本实施例将第一电压基准子单元1的输出电压设计为零温度系数电压,因此,内建电源单元的输出电压VDDL为零温度系数电压。
实施例三:下面结合图3详细地说明本实施例。本实施例是对实施例二所述的高温压力传感器专用集成电路作进一步的限定。
本实施例所述的高温压力传感器专用集成电路,恒流源单元包括第二电压基准子单元2、第一温度传感器3、第二运算放大器OP2和第三电阻R3
内建电源单元的输出端同时与第三电阻R3的第一端、第二运算放大器OP2的负电源端、第一温度传感器3的正电源端和第二电压基准子单元2的正电源端相连,第三电阻R3的第二端同时与第二运算放大器OP2的反相输入端和输出端相连,第二运算放大器OP2的同相输入端同时与第二电压基准子单元2的输出端和第一温度传感器3的输出端相连,第二运算放大器OP2的正电源端、第二电压基准子单元2的负电源端和第一温度传感器3的负电源端均电源地相连;
第二运算放大器OP2与第三电阻R3的公共端为恒流源单元的输出端。
众所周知,压力传感器的灵敏度会随着温度的升高而下降。现有技术通常采用调节分立热敏电阻的方式对传感器的灵敏度进行补偿,但是这种方法在高温条件下并不适用,主要有以下两方面原因:
1)分立热敏电阻器件无法在225℃高温下工作;
2)热敏电阻温度系数不可调,当温度发生变化时,不能确保传感器灵敏度得到充分补偿。
而本实施例的恒流源单元能够实现高温(225℃)下传感器的灵敏度补偿,主要包括以下两方面原因:
1)本实施例的恒流源单元采用SOI CMOS工艺制成,在高温环境下性能稳定;
2)本实施例的恒流源单元温度系数可调,其为压力传感器提供的电流随着温度的升高而增大,从而达到补偿压力传感器灵敏度的目的。
本实施例的恒流源单元的输出电流可自身调节:
IOUT=Vip/RS (1)
其中,Vip为第二运算放大器OP2的输出端电压。
Vip=Vref+Vt (2)
其中,Vref为第二电压基准子单元2的输出电压,Vt为第一温度传感器3的输出电压,第一温度传感器3的输出电压Vt与温度成正比,第二电压基准子单元2的输出电压Vref保持恒定,因此第二运算放大器OP2的输出端电压Vip随温度的升高而增大。当外界温度升高时,恒流源单元的输出电流增大,从而抑制压力传感器灵敏度的下降,实现了对高温下传感器灵敏度的自动补偿。
实施例四:下面结合图4和图5详细地说明本实施例。本实施例是对实施例三所述的高温压力传感器专用集成电路作进一步的限定。
本实施例所述的高温压力传感器专用集成电路仪表放大器单元包括第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、第五运算放大器OP5、第一电阻阵列以及第四电阻R4至第十二电阻R12
第三运算放大器OP3的输出端同时与第四电阻R4的第一端和第六电阻R6的第一端相连,第四电阻R4的第二端同时与第三运算放大器OP3的反相输入端和第十二电阻R12的第一端相连,第十二电阻R12的第二端同时与第五电阻R5的第一端和第四运算放大器OP4的反相输入端相连,第四运算放大器OP4的输出端同时与第五电阻R5的第二端和第七电阻R7的第一端相连;
第六电阻R6的第二端同时与第八电阻R8的第一端、第十电阻R10的第一端和第五运算放大器OP5的反相输入端相连,第八电阻R8的第二端与第五运算放大器OP5的输出端相连,第七电阻R7的第二端同时与第五运算放大器OP5的同相输入端、第九电阻R9的第一端和第十一电阻R11的第一端相连,第九电阻R9的第二端与电源地相连;
在第三运算放大器OP3、第四电阻R4与第十二电阻R12的公共端和第四运算放大器OP4、第五电阻R5与第十二电阻R12的公共端之间设置有第一电阻阵列,
第一电阻阵列与第十二电阻R12并联,第一电阻阵列的接入阻值可调;
第三运算放大器OP3的正相输入端和第四运算放大器OP4的正相输入端分别为仪表放大器单元的第一输入端和第二输入端;
第五运算放大器OP5与第八电阻R8的公共端为仪表放大器单元的输出端;
第十电阻R10的第二端与失调补偿单元的输出端相连,第十一电阻R11的第二端与电源地相连;或者,第十一电阻R11的第二端与失调补偿单元的输出端相连,第十电阻R10的第二端与电源地相连。
在本实施例中,仪表放大器单元的第一级包括第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4以及由第四电阻R4、第五电阻R5和第十二电阻R12构成的负反馈电阻网络。仪表放大器单元的第二级包括第五运算放大器OP5以及由第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9构成的电阻网络,提供R8/R6的增益。本实施例的仪表放大器单元的运放增益为R8/R6(1+2R5/R12)。现有技术通常通过调节R12的阻值来改变电压增益,由于高温下电阻的阻值不可调,故本实施例通过将R12并联第一电阻阵列的方式改变综合电阻值,进而调节仪表放大器单元的增益。
图5为第一电阻阵列的示意图,如图5所示,本实施例的第一电阻阵列包括第一调节电阻至第三调节电阻。第一调节电阻的两端分别为a1和b1,第二调节电阻的两端分别为a2和b2,第三调节电阻的两端分别为a3和b3。在实际调节中,可以选择一个调节电阻与R12并联。例如:a1与a相连,b1与b相连。也可以先构建调节电阻网络,再与R12并联。例如:先将a1与a2相连,将二者的公共端与a相连,再将b1与b2相连,将二者的公共端与b相连。
实施例五:下面结合图6至图8详细地说明本实施例。本实施例是对实施例四所述的高温压力传感器专用集成电路作进一步的限定。
本实施例所述的高温压力传感器专用集成电路,失调补偿单元包括第二温度传感器4、第二电阻阵列5、第三电压基准子单元6、第六运算放大器OP6、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十五电阻R15
第二温度传感器4的输出端与第十三电阻R13的第一端相连,第十三电阻R13的第二端同时与第十四电阻R14的第一端、第六运算放大器OP6的反相输入端和第十五电阻R15的第一端相连,第十五电阻R15的第二端与第六运算放大器OP6的输出端相连,第六运算放大器OP6的正相输入端与电源地相连;
第二电阻阵列5设置在第十四电阻R14的第二端与第三电压基准子单元6的输出端之间,第二电阻阵列5的接入阻值可调;
第六运算放大器OP6与第十五电阻R15的公共端为失调补偿单元的输出端。
在本实施例中,第三电压基准子单元6和第二电阻阵列5构成系统失调补偿子单元,系统失调补偿子单元用于对本实施例所述的高温压力传感器专用集成电路进行系统失调补偿。
图7是第二电阻阵列5的结构示意图,如图7所示,第二电阻阵列5包括第四调节电阻至第六调节电阻。第四调节电阻的两端分别为z1和z4,第五调节电阻的两端分别为z2和z5,第六调节电阻的两端分别为z3和z6。第三电压基准子单元6的输出端与z4固连,第二电阻阵列5可以构成多种阻值不同的调节电阻网络,并连接第三电压基准子单元6与第十四电阻R14。本实施例通过在第十四电阻R14的第二端与第三电压基准子单元6的输出端之间设置第二电阻阵列5,使得第十四电阻R14第二端的电压在零点与第三电压基准之间可调。在不考虑温度影响的情况下,仪表放大器单元在无输入时输出为零,达到补偿电路系统失调电压的目的。第二温度传感器4为温度失调补偿子单元,用于对本实施例所述的高温压力传感器专用集成电路进行温度失调补偿。第二温度传感器4的输出电压随外界温度的升高而增大,调节第二温度传感器4的输出电压,使之与温度漂移失调电压向匹配,进行实现对所述集成电路的温度失调补偿。
失调补偿单元的输出电压为系统失调补偿子单元的输出电压与温度失调补偿子单元的输出电压之和。在现实应用中,失调补偿单元的输出端VOUT2可根据实际需求接入第十电阻R10的第二端O1或第十一电阻R11的第二端O2,其补偿失调电压=系统失调电压±失调补偿单元的输出电压。
现有调节零点方法为滑动变阻器调节,该方法在高温电路中同样不适用。由于电路失调电压在高温下产生较大的温度漂移失调,使得高温条件下电路失调不易补偿。因此,本实施例将系统失调补偿子单元和温度失调补偿子单元同时作用于输出级运放的输入端,通过适当调节即可抵消所述集成电路的系统失调与温度漂移失调,实现高温电路失调补偿。与此同时,利用第二温度传感器感知环境温度,可为温度补偿提供高精度的温度反馈信号。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明,但是应该理解的是,这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是,可以对示例性的实施例进行许多修改,并且可以设计出其他的布置,只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是,可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是,结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种高温压力传感器专用集成电路,其特征在于,所述集成电路包括内建电源单元、恒流源单元、仪表放大器单元和失调补偿单元;
内建电源单元与外部电压源相连,并用于同时为恒流源单元、仪表放大器单元和失调补偿单元提供零温度系数的工作电压;
恒流源单元的温度系数可调,其用于为高温压力传感器提供工作电流,并对其进行温度补偿;
仪表放大器单元用于放大高温压力传感器的输出信号;
失调补偿单元用于同时对所述集成电路进行系统失调补偿和温度失调补偿;
所述集成电路采用SOI CMOS工艺制成。
2.如权利要求1所述的高温压力传感器专用集成电路,其特征在于,内建电源单元包括第一电压基准子单元(1)、第一运算放大器(OP1)、第一场效应管(MO1)、第二场效应管(MO2)、第三场效应管(MO3)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和电容(C1);
外部电压源同时接入第一运算放大器(OP1)的正电源端和第三场效应管(MO3)的源极,第三场效应管(MO3)的栅极和漏极均与第二场效应管(MO2)的源极相连,第二场效应管(MO2)的栅极和漏极均与第一场效应管(MO1)的漏极相连,第一场效应管(MO1)的栅极与第一运算放大器(OP1)的输出端相连,第一场效应管(MO1)的源极同时与第一电压基准子单元(1)的正电源端、第一电阻(R1)的第一端和电容(C1)的第一端相连,第一电阻(R1)的第二端同时与第二电阻(R2)的第一端和第一运算放大器(OP1)的反相输入端相连,第一运算放大器(OP1)的正相输入端与第一电压基准子单元(1)的输出端相连,电容(C1)的第二端、第二电阻(R2)的第二端、第一运算放大器(OP1)的负电源端和第一电压基准子单元(1)的负电源端均与电源地相连;
第一场效应管(MO1)、第一电阻(R1)、电容(C1)与第一电压基准子单元(1)的公共端为内建电源单元的输出端。
3.如权利要求2所述的高温压力传感器专用集成电路,其特征在于,恒流源单元包括第二电压基准子单元(2)、第一温度传感器(3)、第二运算放大器(OP2)和第三电阻(R3);
内建电源单元的输出端同时与第三电阻(R3)的第一端、第二运算放大器(OP2)的负电源端、第一温度传感器(3)的正电源端和第二电压基准子单元(2)的正电源端相连,第三电阻(R3)的第二端同时与第二运算放大器(OP2)的反相输入端和输出端相连,第二运算放大器(OP2)的同相输入端同时与第二电压基准子单元(2)的输出端和第一温度传感器(3)的输出端相连,第二运算放大器(OP2)的正电源端、第二电压基准子单元(2)的负电源端和第一温度传感器(3)的负电源端均电源地相连;
第二运算放大器(OP2)与第三电阻(R3)的公共端为恒流源单元的输出端。
4.如权利要求3所述的高温压力传感器专用集成电路,其特征在于,仪表放大器单元包括第三运算放大器(OP3)、第四运算放大器(OP4)、第五运算放大器(OP5)、第一电阻阵列以及第四电阻(R4)至第十二电阻(R12);
第三运算放大器(OP3)的输出端同时与第四电阻(R4)的第一端和第六电阻(R6)的第一端相连,第四电阻(R4)的第二端同时与第三运算放大器(OP3)的反相输入端和第十二电阻(R12)的第一端相连,第十二电阻(R12)的第二端同时与第五电阻(R5)的第一端和第四运算放大器(OP4)的反相输入端相连,第四运算放大器(OP4)的输出端同时与第五电阻(R5)的第二端和第七电阻(R7)的第一端相连;
第六电阻(R6)的第二端同时与第八电阻(R8)的第一端、第十电阻(R10)的第一端和第五运算放大器(OP5)的反相输入端相连,第八电阻(R8)的第二端与第五运算放大器(OP5)的输出端相连,第七电阻(R7)的第二端同时与第五运算放大器(OP5)的同相输入端、第九电阻(R9)的第一端和第十一电阻(R11)的第一端相连,第九电阻(R9)的第二端与电源地相连;
在第三运算放大器(OP3)、第四电阻(R4)与第十二电阻(R12)的公共端和第四运算放大器(OP4)、第五电阻(R5)与第十二电阻(R12)的公共端之间设置有第一电阻阵列,第一电阻阵列与第十二电阻(R12)并联,第一电阻阵列的接入阻值可调;
第三运算放大器(OP3)的正相输入端和第四运算放大器(OP4)的正相输入端分别为仪表放大器单元的第一输入端和第二输入端;
第五运算放大器(OP5)与第八电阻(R8)的公共端为仪表放大器单元的输出端;
第十电阻(R10)的第二端与失调补偿单元的输出端相连,第十一电阻(R11)的第二端与电源地相连;
或者,第十一电阻(R11)的第二端与失调补偿单元的输出端相连,第十电阻(R10)的第二端与电源地相连。
5.如权利要求4所述的高温压力传感器专用集成电路,其特征在于,失调补偿单元包括第二温度传感器(4)、第二电阻阵列(5)、第三电压基准子单元(6)、第六运算放大器(OP6)、第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)和第十五电阻(R15);
第二温度传感器(4)的输出端与第十三电阻(R13)的第一端相连,第十三电阻(R13)的第二端同时与第十四电阻(R14)的第一端、第六运算放大器(OP6)的反相输入端和第十五电阻(R15)的第一端相连,第十五电阻(R15)的第二端与第六运算放大器(OP6)的输出端相连,第六运算放大器(OP6)的正相输入端与电源地相连;
第二电阻阵列(5)设置在第十四电阻(R14)的第二端与第三电压基准子单元(6)的输出端之间,第二电阻阵列(5)的接入阻值可调;
第六运算放大器(OP6)与第十五电阻(R15)的公共端为失调补偿单元的输出端。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109668674A (zh) * 2019-02-26 2019-04-23 厦门乃尔电子有限公司 一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路及方法
CN118583362A (zh) * 2024-08-02 2024-09-03 成都睿宝电子科技有限公司 一种负离子测量电路和冷阴极电离规真空测量方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69120203D1 (de) * 1990-10-25 1996-07-18 Becton Dickinson Co Verfahren und Vorrichtung zum Temperaturausgleich von Druckwandler
US6032109A (en) * 1996-10-21 2000-02-29 Telemonitor, Inc. Smart sensor module
US20020053916A1 (en) * 2000-10-06 2002-05-09 Yukihiko Tanizawa Physical quantity detection device
US6422088B1 (en) * 1999-09-24 2002-07-23 Denso Corporation Sensor failure or abnormality detecting system incorporated in a physical or dynamic quantity detecting apparatus
US20070068267A1 (en) * 2005-09-23 2007-03-29 Kurtz Anthony D High temperature pressure sensing system
US20070113665A1 (en) * 2005-11-10 2007-05-24 Honeywell International Inc. Pressure and temperature sensing element
CN101349602A (zh) * 2008-09-12 2009-01-21 中国电子科技集团公司第四十九研究所 高掺杂点电极soi压阻式压力传感器及制造方法
CN101706345A (zh) * 2009-10-30 2010-05-12 江苏大学 一种用于微型压力传感器灵敏度热漂移的补偿方法
CN203178843U (zh) * 2013-03-26 2013-09-04 四川和芯微电子股份有限公司 温度补偿系统
JP2014077767A (ja) * 2012-10-12 2014-05-01 Ngk Spark Plug Co Ltd センサ素子
CN204679187U (zh) * 2014-09-30 2015-09-30 罗斯蒙特公司 压力感测系统及传感器装置
US20170062636A1 (en) * 2015-08-27 2017-03-02 Rajeev Jagga Ram Guided-wave photodetector apparatus employing mid-bandgap states of semiconductor materials, and fabrication methods for same
CN206593788U (zh) * 2017-03-30 2017-10-27 中国电子科技集团公司第四十九研究所 一种高温压力传感器专用集成电路

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69120203D1 (de) * 1990-10-25 1996-07-18 Becton Dickinson Co Verfahren und Vorrichtung zum Temperaturausgleich von Druckwandler
US6032109A (en) * 1996-10-21 2000-02-29 Telemonitor, Inc. Smart sensor module
US6422088B1 (en) * 1999-09-24 2002-07-23 Denso Corporation Sensor failure or abnormality detecting system incorporated in a physical or dynamic quantity detecting apparatus
US20020053916A1 (en) * 2000-10-06 2002-05-09 Yukihiko Tanizawa Physical quantity detection device
US20070068267A1 (en) * 2005-09-23 2007-03-29 Kurtz Anthony D High temperature pressure sensing system
US20070113665A1 (en) * 2005-11-10 2007-05-24 Honeywell International Inc. Pressure and temperature sensing element
CN101349602A (zh) * 2008-09-12 2009-01-21 中国电子科技集团公司第四十九研究所 高掺杂点电极soi压阻式压力传感器及制造方法
CN101706345A (zh) * 2009-10-30 2010-05-12 江苏大学 一种用于微型压力传感器灵敏度热漂移的补偿方法
JP2014077767A (ja) * 2012-10-12 2014-05-01 Ngk Spark Plug Co Ltd センサ素子
CN203178843U (zh) * 2013-03-26 2013-09-04 四川和芯微电子股份有限公司 温度补偿系统
CN204679187U (zh) * 2014-09-30 2015-09-30 罗斯蒙特公司 压力感测系统及传感器装置
US20170062636A1 (en) * 2015-08-27 2017-03-02 Rajeev Jagga Ram Guided-wave photodetector apparatus employing mid-bandgap states of semiconductor materials, and fabrication methods for same
CN206593788U (zh) * 2017-03-30 2017-10-27 中国电子科技集团公司第四十九研究所 一种高温压力传感器专用集成电路

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ROBERT A. LAKERONALD A. COUTU: "Variable response of a thermally tuned MEMS pressure sensor", 《SENSORS AND ACTUATORS A: PHYSICAL》 *
于洋: "基于非对称基区晶体管压力传感器温度补偿集成化研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
王权等: "高温压力传感器温度漂移补偿研究", 《传感器技术》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109668674A (zh) * 2019-02-26 2019-04-23 厦门乃尔电子有限公司 一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路及方法
CN109668674B (zh) * 2019-02-26 2023-10-03 厦门乃尔电子有限公司 一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路及方法
CN118583362A (zh) * 2024-08-02 2024-09-03 成都睿宝电子科技有限公司 一种负离子测量电路和冷阴极电离规真空测量方法

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