CN107702837A - 压力传感器偏移温度系数调整 - Google Patents

Abstract

实施例总体涉及用于调整压力传感器的偏移电压的温度系数（TCO）的系统和方法，该方法包含：组装所述压力传感器，其中所述传感器包含多个电阻性元件；确定用于所述传感器的所述TCO分布；增大第一电阻器的应力感应电阻器或引出电阻器中一个的电阻；以及减小所述第一电阻器的所述应力感应电阻器或所述引出电阻器中一个的电阻以便调整所述传感器的TCO。

Description

压力传感器偏移温度系数调整

相关申请的交叉引用

本申请要求美国专利申请序列号15/231,306（名称为“PRESSURE SENSOR TEMPERATURECOEFFICIENT OF OFFSET ADJUSTMENT”，提交于2016年8月8日）的优先权，其通过引用被包含在本文中。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用。

参考微缩胶片附录

不适用。

背景技术

压力传感器可以在各种感测应用中用于检测流体压力。压力传感器通常用于感测施加到传感器的外部力并且提供代表所施加力的输出信号。这样的传感器能够用于各种各样的应用中，包括医学应用。压力传感器也通常用于非医学应用中，例如工业和商业应用以及其它应用。

附图说明

为了更加完整地理解本公开，现在结合附图和详细描述对以下简要描述作出参考，其中相似的附图标记表示相似的部分。

图1示出可以用于根据本公开实施例的压力传感器中的电阻器；

图2示出可以用于根据本公开实施例的压力传感器中的惠斯通电桥；

图3示出可以用于根据本公开实施例的压力传感器中的电阻器的布局；

图4示出可以用于根据本公开实施例的压力传感器中的另一惠斯通电桥；并且

图5示出可以用于根据本公开实施例的压力传感器中的又一惠斯通电桥。

具体实施方式

首先应该理解的是，虽然下文示出了一个或更多个实施例的示意性实施方式，不过可以通过使用任何数量的技术来实现所公开的系统和方法，而不论所述技术是当前已知的还是现在还未知的。本公开不应该以任何方式被限制于所示实施方式、附图和下文所示的技术，而是可以在所附权利要求范围以及其等价方案的完整范围内被修改。

贯穿申请可以应用术语的下述简要定义：

术语“包含”意味着包括但不限于此，并且应该以其在专利文本中通常使用的方式被解释；

词语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”等大体意味着在该词语后的具体特征、结构或者特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中，并且可以被包括在本发明的一个以上的实施例中（重要地是，这样的词语不必要指代相同实施例）；

如果说明书将某物描述成“示例性”或“示例”，则应该理解的是，其指代非排外性示例；

术语“大约”或者“近似”等当与数字一起使用时可以意味着特定数字或者替代性地接近该特定数字的范围，如本领域技术人员可以理解的；并且

如果说明书陈述部件或者特征“可以”、“能够”、“能”、“应该”、“将要”、“优选地”、“可能地”、“通常”、“可选地”、“例如”、“经常”或者“可能”（或者其它这样的语言）被包括或者具有一特性，则该具体部件或者特征不需要被包括或具有该特性。这样的部件或者特征可以可选地被包括在一些实施例中，或者它可以不被包括。

本公开的实施例包括用于通过调整传感器的电路中的电阻来控制压力传感器中的偏移电压的温度系数（TCO）的系统和方法。硅基压力传感器通常包含在惠斯通电桥电路中的应力感应电阻器（stress induced resistor）的布置。当应力感应电阻器被布置成这种方式时，除非每个电阻器在电阻值和电阻温度系数（TCR）方面完全地匹配，否则将产生TCO。此外，组装过程也可影响TCO。结果是不居中在零处的典型TCO分布。

现在参考图1，示出惠斯通电桥电阻器100的详细视图。惠斯通电桥电阻器可以通常由两个不同掺杂的p型区域制成。例如，应力感应电阻器104（例如压电电阻器）可以被稍稍掺杂以便针对最大灵敏度最大化pi系数。此外，引出电阻器108和106可以被更高度地掺杂以便最小化对压力的灵敏度并且电连接到膜114上的应力感应电阻器104而不需要叠覆应力感应电阻器104区域的限定触头。引出电阻器108和106可以用于引导（route）电信号离开膜114到达金属触头110，其中金属触头110可以连接到金属互连件112，该金属互连件112可操作成提供在电阻器100和传感器中的其它电阻器之间的电连接。引出电阻器108和106可以包含位于应力感应电阻器104和金属触头110之间的第一部分108和位于应力感应电阻器104的两个区段之间的第二部分106。引出电阻器的所述两个部分可以被分别调整以改变引出电阻器108和106和/或应力感应电阻器104的电阻。应力感应电阻器104和引出电阻器108和106可以具有不同的TCR，并且调整这些电阻器104和108的电阻可以用于转变电阻器100的TCO分布。

在一些实施例中，可以通过增大或者减小引出电阻器的第一部分108和/或引出电阻器的第二部分106的横截面面积来改变引出电阻器108的电阻。在一些实施例中，可以通过改变引出电阻器的第二部分106的尺寸来调整应力感应电阻器104。例如，引出电阻器的第二部分106的大小可以被减小或增大以便暴露出更多或更少的应力感应电阻器104。

图2示出整个惠斯通电桥200的视图。惠斯通电桥200可以包含电压源（VS）250以及参考252（GND）（例如地参考）。此外，惠斯通电桥200可以包含负电压输出（VO-）254和正电压输出（VO+）256。惠斯通电桥电阻器100、120、130和140可以在布局中尽可能接近地匹配，然而仍可存在变化，从而产生TCO。电桥200的组装过程也会影响传感器的TCO。一旦电桥200（和/或传感器）已经被组装，则用于电桥200的TCO的静态分布可以被确定。TCO的平均值可以通过使用电阻器100、120、130、140中的一个或更多个的应力感应电阻器104和引出电阻器108之间的TCR差被转变。在一些实施例中，TCO可以被转变到每伏特每摄氏度0±4微伏（μV/V/℃）的范围内。第一电阻器100可以包含应力感应电阻器104和引出电阻器108和106。第二电阻器120可以包含应力感应电阻器124和引出电阻器128和126。第三电阻器130可以包含应力感应电阻器134和引出电阻器138和136。第四电阻器140可以包含应力感应电阻器144和引出电阻器148和146。

在一些实施例中，惠斯通电桥200可以相对于膜114的边缘形成有两个径向应力感应电阻器104和134和两个切向应力感应电阻器124和144。当压力被施加到膜114时，径向和切向电阻器可以在相反方向改变，并且所述电阻器可以通常如图2中所示被布置。由应力感应电阻器104和引出电阻器108形成的电阻器100的总TCR能够通过改变每个部件的电阻而改变，并且这对于每个电阻器100、120、130和140可均成立。

作为示例，切向引出电阻器108和138的电阻值可以减小，而切向应力感应电阻器104和134的电阻值可以增大相同的值。这将转变平均TCO值同时保持偏移电压相同。作为另一示例，通过增大切向引出电阻器108和138的电阻值并将切向应力感应电阻器104和134的电阻值降低相同的量，能够在相反方向转变平均TCO。

此外，径向电阻器120和140可以被改变。作为示例，径向引出电阻器128和148的电阻值可以减小，而径向应力感应电阻器124和144的电阻值可以增大相同的值。这将转变平均TCO值同时保持偏移电压相同。作为另一示例，通过增大径向引出电阻器128和148的电阻值并将径向应力感应电阻器124和144的电阻值降低相同的量，能够在相反方向转变平均TCO。

图3示出用于电阻器的布局的另一视图。传感器300可以包含第一切向电阻器（RTan1）310、第一径向电阻器（RRad3）320、第二切向电阻器（RTan4）330和第二径向电阻器（RRad2）340。

现在参考图4，示出惠斯通电桥400，其中切向电阻器100的引出电阻器408和/或406具有与径向电阻器120的引出电阻器128和/或126不同的电阻。类似地，切向电阻器130的引出电阻器438和/或436具有与径向电阻器140的引出电阻器148和/或146不同的电阻。在图4中所示的实施例中，相比于（多个）引出电阻器128和/或148，（多个）引出电阻器408和/或438可以具有增大的电阻。在一些实施例中，引出电阻器408和/或438的电阻可以相对于预定或制造的电阻被增大。

此外，切向电阻器100的应力感应电阻器404具有与径向电阻器120的应力感应电阻器124不同的电阻。类似地，切向电阻器130的应力感应电阻器434具有与径向电阻器140的应力感应电阻器144不同的电阻。在图4中所示的实施例中，相比于（多个）应力感应电阻器124和/或144，（多个）应力感应电阻器404和/或434可以具有减小的电阻。在一些实施例中，应力感应电阻器404和/或434的电阻可以相对于预定或制造的电阻被减小。在一些实施例中，可以通过改变引出电阻器的第二部分406和/或436来调整应力感应电阻器404和/或434。

现在参考图5，示出惠斯通电桥500，其中切向电阻器100的引出电阻器508和/或506具有与径向电阻器120的引出电阻器128和/或126不同的电阻。类似地，切向电阻器130的引出电阻器538和/或536具有与径向电阻器140的引出电阻器148和/或146不同的电阻。在图5中所示的实施例中，相比于（多个）引出电阻器128和/或148，（多个）引出电阻器508和/或538可以具有减小的电阻。在一些实施例中，引出电阻器508和/或538的电阻可以相对于预定或制造的电阻被减小。

此外，切向电阻器100的应力感应电阻器504具有与径向电阻器120的应力感应电阻器124不同的电阻。类似地，切向电阻器130的应力感应电阻器534具有与径向电阻器140的应力感应电阻器144不同的电阻。在图5中所示的实施例中，相比于（多个）应力感应电阻器124和/或144，（多个）应力感应电阻器504和/或534可以具有增大的电阻。在一些实施例中，应力感应电阻器504和/或534的电阻可以相对于预定或制造的电阻被增大。在一些实施例中，可以通过改变引出电阻器的第二部分506和/或536来调整应力感应电阻器504和/或534。

图4和图5示出了切向电阻器的电阻已经被改变的示例，不过径向电阻器120和140的引出电阻器和应力感应电阻器的电阻可以类似地改变以便影响电桥的TCO。

在第一实施例中，用于调整压力传感器的TCO的方法可以包含：组装压力传感器，其中传感器包含多个电阻性元件；确定用于传感器的TCO分布；增大第一电阻器的应力感应电阻器或引出电阻器中一个的电阻；以及减小所述第一电阻器的所述应力感应电阻器或所述引出电阻器中一个的电阻以便调整所述传感器的TCO。

第二实施例能够包括第一实施例的方法，其中电阻增大的值等于电阻减小的值。

第三实施例能够包括第一或第二实施例的方法，其中所述第一电阻器的所述应力感应电阻器被组装成切向于所述传感器的膜。

第四实施例能够包括第一至第三实施例中任意实施例的方法，其中所述第一电阻器的所述应力感应电阻器被组装成径向于所述传感器的所述膜。

第五实施例能够包括第一至第四实施例中任意实施例的方法，进一步包含增大第二电阻器的应力感应电阻器和引出电阻器中一个的电阻；以及减小所述第二电阻器的所述应力感应电阻器和所述引出电阻器中一个的电阻。

第六实施例能够包括第五实施例的方法，其中所述第一电阻器的所述应力感应电阻器被组装成切向于所述传感器的所述膜，并且其中所述第二电阻器的所述应力感应电阻器被组装成径向于所述传感器的所述膜。

第七实施例能够包括第五至第六实施例中任意实施例的方法，其中所述第一电阻器的所述应力感应电阻器被组装成径向于所述传感器的所述膜，并且其中所述第二电阻器的所述应力感应电阻器被组装成切向于所述传感器的所述膜。

第八实施例能够包括第五至第七实施例中任意实施例的方法，其中所述电阻器被布置以形成惠斯通电桥。

在第九实施例中，压力传感器包含：多个电阻性元件；至少一个径向电阻器，包含随温度改变的第一引出电阻器和随应力改变的第一应力感应电阻器；和至少一个切向电阻器，包含随温度改变的第二引出电阻器和随应力改变的第二应力感应电阻器；其中所述第一引出电阻器包含与所述第二引出电阻器不同的电阻，并且其中所述传感器被构造成提供零TCO。

第十实施例能够包括第九实施例的压力传感器，其中所述第一应力感应电阻器包含与所述第二应力感应电阻器不同的电阻。

第十一实施例能够包括第九或第十实施例的压力传感器，其中所述TCO在每伏特每摄氏度0±4微伏（μV/V/℃）的范围内。

第十二实施例能够包括第九至第十一实施例的压力传感器，其中所述第一引出电阻器的电阻被增大并且所述第一应力感应电阻器的电阻被减小相同的值。

第十三实施例能够包括第九至第十二实施例中任意实施例的压力传感器，其中所述第一引出电阻器的电阻被减小并且所述第一应力感应电阻器的电阻被增大相同的值。

第十四实施例能够包括第九至第十三实施例中任意实施例的压力传感器，其中所述应力感应电阻器包含压电电阻器。

第十五实施例能够包括第九至第十四实施例中任意实施例的压力传感器，进一步包含第二径向电阻器，其中所述第二径向电阻器的总电阻等于所述第一径向电阻器的总电阻。

第十六实施例能够包括第九至第十五实施例中任意实施例的压力传感器，进一步包含第二切向电阻器，其中所述第二切向电阻器的总电阻等于所述第一切向电阻器的总电阻。

第十七实施例能够包括第九至第十六实施例中任意实施例的压力传感器，其中所述传感器包含惠斯通电桥布置。

在第十八实施例中，一种方法包含：组装压力传感器的第一径向电阻器，所述第一径向电阻器包含第一引出电阻器和第一应力感应电阻器；以及组装所述压力传感器的第一切向电阻器，所述第一切向电阻器包含第二引出电阻器和第二应力感应电阻器，其中所述第一引出电阻器包含与所述第二引出电阻器不同的电阻，并且其中所述压力传感器具有在每伏特每摄氏度0±4微伏（μV/V/℃）的范围内的TCO。

第十九实施例能够包括第十八实施例的方法，其中所述第一应力感应电阻器包含与所述第二应力感应电阻器不同的电阻。

第二十实施例能够包括第十八或第十九实施例的方法，进一步包含确定所述传感器的所述TCO；以及调整所述电阻器中的一个或更多个的电阻。

虽然已经在上文示出并描述了根据本文公开的原理的各种实施例，不过在不背离本公开精神和教导的情况下，本领域技术人员可以对其作出修改。本文描述的实施例仅是代表性的并且不旨在限制。许多改变、组合和修改是可能的并且在本公开范围内。由于组合、整合和/或省略（多个）实施例特征得到的替代性实施例也在本公开范围内。因此，保护范围不受上文给出的描述的限制，而是由跟随的权利要求限定，所述范围包括权利要求的主题的所有等价方案。每个和全部权利要求作为进一步公开被包含在说明书中并且权利要求是（多个）本发明的（多个）实施例。此外，上文描述的任何优点和特征可以与特定实施例相关，但是不应将如此提出的权利要求的应用限制成实现任何或全部上述优点或具有任何或全部上述特征的过程和结构。

此外，本文使用的节标题被提供用于与37 C.F.R.1.77的建议一致或者以其它方式提供组织线索。这些标题不应限制可以由本公开所提出的任何权利要求中陈述的（多个）发明或描述其特征。具体地且通过示例的方式，虽然标题可以指的是“技术领域”，不过权利要求不应该被该标题下所选择的语言限制成描述所谓的技术领域。进一步，在“背景技术”中描述的技术不应该被解释为对于某些技术是本公开中任何（多个）发明的现有技术的承认。“发明内容”也不被认为限制所提出的权利要求中所陈述的（多个）发明的特征。此外，在本公开中以单数提及“发明”时不应该被用于争辩本公开中仅存在单个创新点。根据本公开所提出的多个权利要求的限制可以提出多个发明，并且这样的权利要求相应地限定因而被保护的（多个）发明及其等价方案。在所有情况下，权利要求的范围应该根据本公开以其自身的价值被考虑，而不应该由本文列出的标题约束。

使用例如“包含”、“包括”和“具有”的较宽术语应该被理解为提供对例如“由……构成”、“本质上由……构成”和“基本上由……组成”的较窄术语的支持。关于实施例的任何元件使用术语“可选地”、“可以”、“可能”、“可能地”等意味着不需要该元件，或者替代性地需要该元件，这两种替代方案均在（多个）实施例范围内。此外，参考示例仅被提供用于示意性目的，并且不旨在是排他的。

虽然在本公开中已经提供了多种实施例，不过应该理解的是公开的系统和方法可以在不背离本公开精神或范围的情况下以许多其它特定形式被实施。当前的示例被认为是示意性的而不是限制性的，并且本发明不限于本文给出的细节。例如，各种元件或部件可以组合或集成在另一系统中，或者某些特征可以被省略或不被实现。

此外，在各种实施例中作为离散或独立的被描述和示出的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法组合或集成，而不背离本公开范围。作为彼此直接联接或连通被示出或讨论的其它项目可以通过一些接口、装置或中间部件以电、机械或其它方式间接联接或连通。在不背离本文公开的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以确定并可以做出改变、替代和更改的其它示例。

Claims (10)

1.一种用于调整压力传感器的偏移电压的温度系数的方法，所述偏移电压的温度系数即TCO，所述方法包含：

组装所述压力传感器，其中，所述传感器包含多个电阻性元件；

确定用于所述传感器的TCO分布；

增大第一电阻器的应力感应电阻器或引出电阻器中一个的电阻；以及

减小所述第一电阻器的所述应力感应电阻器或所述引出电阻器中一个的电阻以便调整所述传感器的所述TCO。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，电阻的所述增大的值等于电阻的所述减小的值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电阻器的所述应力感应电阻器被组装成切向于所述传感器的膜。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电阻器的所述应力感应电阻器被组装成径向于所述传感器的所述膜。

5. 根据权利要求1所述的方法，进一步包含：

增大第二电阻器的应力感应电阻器和引出电阻器中一个的电阻；以及

减小所述第二电阻器的所述应力感应电阻器和所述引出电阻器中一个的电阻。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一电阻器的所述应力感应电阻器被组装成切向于所述传感器的所述膜，并且其中，所述第二电阻器的所述应力感应电阻器被组装成径向于所述传感器的所述膜。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一电阻器的所述应力感应电阻器被组装成径向于所述传感器的所述膜，并且其中，所述第二电阻器的应力感应电阻器被组装成切向于所述传感器的所述膜。

8.一种压力传感器（200），包含：

多个电阻性元件；

至少一个径向电阻器（120），包含随温度改变的第一引出电阻器（128）和随应力改变的第一应力感应电阻器（124）；和

至少一个切向电阻器（100），包含随温度改变的第二引出电阻器（108）和随应力改变的第二应力感应电阻器（104）；

其中：

所述第一引出电阻器（128）包含与所述第二引出电阻器（108）不同的电阻，并且

所述传感器被构造成提供零偏移电压的温度系数，所述偏移电压的温度系数即TCO。

9.根据权利要求8所述的压力传感器，其中，所述第一应力感应电阻器（124）包含与所述第二应力感应电阻器（104）不同的电阻。

10.根据权利要求8所述的压力传感器，其中，所述偏移电压的温度系数在每伏特每摄氏度0±4微伏（μV/V/℃）的范围内，所述偏移电压的温度系数即TCO。