CN108072487A - 校正压力传感器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

差压传感器包括一个或多个半导体管芯，半导体管芯在管芯的部分处减薄，以形成限定敏感膜片的腔室，压阻元件限定在膜片表面处。第一膜片与第一膜片的上表面上的第一流体流体连通，并且与第一膜片的下表面上的第二流体流体连通。第二膜片在第二膜片的上表面和下表面处与环境压力流体连通。对应于第二膜片的压阻元件电连接到第一膜片的压阻元件，以相对于第一膜片的输出补偿第二膜片的输出。

Description

校正压力传感器的方法和设备
技术领域
本申请涉及传感器。更具体地，本申请涉及具有压敏膜片结构的半导体压力传感器。
背景技术
差压传感器测量流体的两个测量点(例如，P1和P2)之间的压力差。差压传感器(或换能器)将压差转换为可测量的电信号，以确定差压。例如，在油管中可以使用差压传感器来测量燃料管中的孔之前和之后的压力，从中可以确定油的流量。这种装置通常使用基于微机械或微机电系统(MEMS)的技术制造。用于制造压力传感器的一种常见技术是将MEMS装置附接到诸如陶瓷或印刷电路板(PCB)衬底的衬底上，伴随蚀刻和接合技术以制造非常小的廉价装置。
压力感测管芯通常可以由诸如硅的半导体材料形成。图1是现有技术的MEMS型压力感测装置或管芯100的剖视图。压力感测装置100可以通过诸如切割的方法由硅晶片形成以产生硅衬底结构101。结构101减薄以形成腔室105和限定膜片103的减薄部分。半导体衬底101可以通过任何合适的方式减薄。例如，可以使用本领域已知的各向异性蚀刻来减薄衬底101。电阻元件107形成在膜片103的表面上。电阻元件107表现出与放置在形成膜片103的减薄的半导体材料上的应变成比例的电阻。
图2是使用压力感测装置100的常规MEMS压差传感器200的图示。压力感测装置100可以安装到支撑结构201，支撑结构201又接合到基板203，基板203可以由非腐蚀性材料(例如，不锈钢)形成。感测装置100和支撑结构201可以通过粘合剂(未示出)接合到基板203，基板203也可以称为集管。支撑结构201用于将压力感测装置100从与在压力感测装置100和基板203之间变化的压力(例如，热膨胀)无关的应变源隔离。开口221限定在基板203中，限定了与压力感测装置100的膜片的下侧气体或流体连通的孔。虽然压力感测装置100的热膨胀系数与支撑结构201的热膨胀系数之间存在一些差异，但是支撑结构201可以由玻璃或类似材料形成，与组成基板203的不锈钢的热膨胀系数相比较，支撑结构201的热膨胀系数接近于硅压力感测装置100的热膨胀系数。由于压力感测装置100和支撑结构201之间的热膨胀差异，例如，由于压力感测装置100施加的应力，这减少了但不消除由压力感测装置100测量的非压力相关误差。如果压力感测装置100直接接合到基板203，则这些非压力相关误差可能更大。
压力传感器200包括上壳体220。上壳体220构造成提供与基板203的密封附接。封闭体积217限定在上壳体220和基板203之间。柔性波纹膜片215用于将封闭体积217分成第一体积217和第二体积213。端口219通过上壳体220的壁限定，并且与要测量其压力P2的气体或流体的第二部分或部连通，并且其与压力感测装置100的邻近第一体积217的另一侧接触。压力感测装置100还包括产生并传送指示施加在装置100上的压力的电信号的电气部件。在被测试的流体是诸如燃料或油的恶劣介质的应用中，恶劣介质可能腐蚀装置100的电气部件。在这样的实施例中，装置100与被测试的流体的隔离是通过柔性波纹膜片215实现的。充油端口209设置为穿过基板203。充油端口209允许装置100和柔性膜片215之间的体积213填充有诸如硅油的非腐蚀性流体。当限定体积213的空腔被填充时，例如，通过将球211焊接在充油端口209的开口上来将充油端口209密封。因此，体积213中的油被完全封闭并与装置100的上表面流体连通。
端口219可以是螺纹的，以允许压力传感器200经由接头附接到与待测试或测量的气体或流体连通的管线或其它传动器件。被测量的气体或流体进入端口219并填充内部体积217。当内部容积217被填充时，被测量的流体与柔性膜片215的上侧接触。被测量的气体或流体施加的压力通过柔性膜片215传递到油的封闭体积213。通过柔性膜片215施加到油的力被传送到整个油和包含油的表面，包括压力感测装置100的上表面。
当压力P1和P2施加在压力感测装置100上时，通过形成在压力感测装置100的膜片的上表面中的压阻元件(图1中所示的107)的电信号响应于压阻元件的变化而变化。电信号代表施加到压力感测装置100的表面的差分力。电信号通过接合线202传导到导电销205，导电销205可经电导体(例如，控制电路)电连接到其它系统电路，或转换为压力数据，压力数据可存储在通过非限制性示例的电子存储器中。
柔性膜片215和充油体积213将压力感测装置100、接合线202和导电销205与经由端口219测量的腐蚀性或恶劣介质隔离。此外，容纳油的体积213必须密封，使得不会发生体积213内的油的泄漏或污染。承载来自压力感测装置100的电信号的导电销205必须通过基板203以允许其它系统部件的外部连接。导电销205被封闭在烧制到与基板203形成气密密封的管或开口207中的玻璃或陶瓷材料中。气密密封件生产成本高且易碎，但对于确保体积213的完整性是必需的。
压力传感器，例如，图2的传感器，旨在仅响应于被测试的流体的压力变化。然而，至少部分由于设计和制造限制，引入了额外的刺激，其导致与压力无关的压力传感器输出的变化。例如，诸如应力、温度、装置内的泄漏电流、振动等的刺激可能导致传感器的输出变化而与压力无关。这些非压力相关的变化会对传感器的压力读数造成误差。希望有减少由压力传感器所经受的非压力相关刺激的影响的感测系统。
发明内容
压力传感器包括具有敏感膜片的第一半导体压力感测管芯和具有敏感膜片的第二半导体压力感测管芯。压力感测壳体容置第一压力感测管芯和第二压力感测管芯。壳体被配置成将第一流体置于第一压力下与第一压力感测管芯的敏感膜片的第一表面流体连通，并且将第二流体置于第二压力下与第一压力感测管芯的敏感膜片的第二表面流体连通，并且将第二压力感测管芯的敏感膜片的第一和第二表面放置为与处于第三压力(例如，环境压力)的第三流体流体连通。
压阻元件形成在第一敏感膜片和第二敏感膜片的表面处。压阻元件表现出响应于相应的敏感膜片偏转的变化的电阻。形成在第一敏感膜片的表面处的压阻元件产生表示第一压力和第二压力之间的压差的电信号。形成在第二敏感膜片的表面处的压阻元件产生表示传感器的非压力相关误差的电信号。第二敏感膜片的输出与第一敏感膜片的输出电连接，以便从由第一敏感膜片测得的压差信号中减去由第二敏感膜片测得的非压力相关误差，以产生传感器的校正输出信号。
附图说明
图1是常规半导体压力感测管芯的横截面图。
图2是使用图1的半导体压力感测管芯的常规压力传感器的横截面图。
图3是根据本公开的实施例的利用两个压力感测管芯以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。
图4是根据本公开的实施例的利用两个压力感测管芯以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。
图5是根据本公开的实施例的利用两个压力传感器以减少非压力刺激的影响的、可以用于测量恶劣介质的环境的压力传感器的横截面图。
图6A是根据本公开的实施例的利用单个压力感测管芯上的多个压感膜片以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。
图6B是根据本公开的实施例的利用由较低的约束件支撑的单个压力感测管芯上的多个压感膜片以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。
图6C是根据本公开的实施例的利用单个压力感测管芯上的多个压感膜片以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。
图6D是根据本公开的实施例的利用由较低的约束件支撑的单个压力感测管芯上的多个压感膜片以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。
图6E是根据本公开的实施例的利用单个压力感测管芯上的多个压感膜片以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。
图6F是根据本公开的实施例的利用由较低的约束件支撑的单个压力感测管芯上的多个压感膜片以减少非压力刺激的影响的压力传感器的横截面图。
图6G是根据本公开的实施例的利用单个压力感测管芯上的多个压感膜片的压力传感器的横截面图。
图6H是根据本公开的实施例的利用单个压力感测管芯上的多个压感膜片的压力传感器的横截面图。
图6I是根据本公开的实施例的利用单个压力感测管芯上的多个压感膜片的压力传感器的横截面图。
图6J是根据本公开的实施例的利用单个压力感测管芯上的多个压感膜片的压力传感器的横截面图。
图7是在图5和6A至6J的实施例的膜片上并联连接的桥电路的电路图。
图7A是在图5和6A至6J的实施例的膜片上串联连接的桥电路的电路图。
图7B是图7A的串联连接的桥电路的功能示意图。
图7C是根据本公开的实施例的多个膜片上的多个桥电路的电路图。
图7D是根据本公开的实施例的多个膜片上的串联连接的多个桥电路的电路图。
图7E是具有多个串联连接的桥电路的实施例的功能示意图。
具体实施方式
应当理解，已经简化了本发明的附图和描述以示出与清楚理解本发明相关的元件，同时为了清楚起见，省略了在典型的感测系统(例如，基于MEMS的传感器)中发现的许多其它元件。然而，因为这些元件是本领域公知的，并且因为它们不利于更好地理解本发明，所以这里不提供对这些元件的讨论。本文的公开内容涉及本领域技术人员已知的所有这些变化和修改。
在下面的详细描述中，参考附图，其通过说明的方式示出了可以实践本发明的具体实施例。应当理解，尽管不同，本发明的各种实施例不一定是相互排斥的。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在其他实施例中实现本文结合一个实施例描述的特定特征、结构或特性。此外，应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以修改每个公开的实施例中的各个元件的位置或布置。因此，以下详细描述不应被认为是限制性的，并且本发明的范围仅由适当解释的所附权利要求以及权利要求所赋予的等同物的全部范围来限定。在附图中，相同的附图标记在几个视图中指代相同或相似的功能。
图3是根据本公开的实施例的差压传感器300的横截面图。压力传感器300包括第一半导体压力感测装置或管芯301，其被减薄以限定第一腔室304和对应的敏感膜片303。当压力施加在敏感膜片303的表面上时，敏感膜片303挠曲或偏转。敏感膜片303的偏转引起限定在敏感膜片303的表面上的压阻元件(未示出)的电阻变化。压力传感器300还包括限定第二腔室314和对应的敏感膜片313的第二半导体压力感测装置或管芯311。压力感测管芯301和压力感测管芯311被支撑在基座321上。压力感测管芯301、311通过粘合剂305接合到基座321，这种粘合剂是本领域已知的。压力感测管芯311的一部分没有接合到基座321以限定通气通道323。
压力感测管芯301通过接合线309电连接到接合垫307。当敏感膜片303的压阻元件由于压力而由于敏感膜片303的偏转而暴露于力时，压阻元件的电阻随敏感膜片303的偏转量而变化。电阻的变化产生代表敏感膜片303感测到的压力的电信号。压力感测管芯311通过接合线319电连接到接合垫317。当敏感膜片313的压阻元件由于敏感膜片313的偏转而暴露于力时，压阻元件的电阻随敏感膜片313的偏转量而变化。电阻的变化产生代表敏感膜片313感测到的压力的电信号。
压力传感器300还包括壳体，壳体包括上壳体构件330和下壳体构件340。上壳体构件330覆盖压力感测管芯301和压力感测管芯311，并且包括限定两个隔离体积的隔片331。第一隔离体积包含压力感测管芯301，并提供与敏感膜片303的上表面的流体连通。输入端口333通过上壳体构件330的壁限定，并且提供对与压力感测管芯301相关联的第一隔离体积的通路。由引入到输入端口333的流体产生的第一压力P1被施加在压敏膜片303的上表面上。输入端口333可以包括用于通过适当的配件将第一流体源附接到输入端口333的螺纹接口。
第二隔离体积包含压敏管芯311。孔或开口335通过上壳体构件330的壁限定，并且允许压力，例如，环境压力Pamb(例如，压力传感器300的位置的环境压力)进入第二隔离体积。环境压力进入第二隔离体积，并将环境压力施加到敏感膜片313的上表面。环境压力进一步延伸穿过通气通道323并且施加到敏感膜片313的下表面。由于环境压力同样地施加到敏感膜片313的上表面和下表面。因此，敏感膜片不会感觉到由于压力而导致的任何变化。因此，从压力感测管芯311产生的任何信号都表示构成误差的非压力刺激，如果未校正，则产生传感器输出中的误差。
下壳体构件340限定通过限定在基座321中的路径325或孔而与敏感膜片303的下表面流体连通的体积。输入端口341通过下壳体构件340的壁限定，并通过孔325提供对敏感膜片303的下表面的通路。由引入到输入端口341的流体产生的第二压力P2施加到压敏膜片303的下表面。输入端口341可以包括用于通过适当的配件将第二流体源附接到输入端口341的螺纹接口。
在操作中，压力P1进入输入端口333并在敏感膜片303的上表面施加力。压力P2进入输入端口341并在敏感膜片303的下表面施加力。敏感膜片303由于P1和P2之间的压差而发生变形。变形产生敏感膜片303的表面上的压敏电阻的电阻变化，并产生表示压差的信号。压力感测管芯301的输出信号还包括由作用在其上的非压力刺激引起的非压力相关误差。
因为压力感测管芯301和压力感测管芯311紧密接近(例如，安装在公共传感器中，公共传感器可以例如，安装在车辆的底盘上)，压力感测管芯301和压力感测芯311可能会经历类似的非压力相关误差。然而，只有压力感测管芯301暴露于压力变化。另一方面，压力感测管芯311被构造成使得压力(例如，环境压力)被均等地施加到敏感膜片313的上表面和下表面。因此，压力感测管芯301和压力感测管芯311两者经历的非压力相关的误差由压力感测管芯311独立地测量并输出。敏感膜片303和敏感膜片313的压阻元件可以电连接，使得由压力感测管芯311测量的非压力相关误差被减去或从压力感测管芯301的输出信号中去除，以产生校正的差压信号，其可以从压力传感器300输出。
图4是根据本公开的另一实施例的压力传感器400的横截面图。压力传感器400类似于图3的压力传感器300起作用。然而，压力传感器400包括下壳体构件440，下壳体构件440包括限定两个隔离体积的隔片441。第一隔离体积通过限定在基座421中的孔425与输入端口443和敏感膜片303的下表面流体连通。孔425可以被配置为具有基本上等于或大于敏感膜片303的直径的直径。第二隔离体积通过经由下壳体构件440的壁限定的开口445与压力源，例如，环境压力Pamb流体连通，并通过限定在基座421中的孔427与敏感膜片313的下表面流体连通。孔427可以被配置为具有基本上等于或大于敏感膜片313的直径的直径。
与图3的压力感测管芯311一样，压力通过上壳体构件330中的开口335施加到敏感膜片313的上表面。压力通过下壳体构件440中的开口445同样地施加到敏感膜片313的下表面。因此，压力感测管芯311不会感测压力相关的变化。相反，来自压力感测管芯311的任何输出都表示限定非压力相关误差的非压力相关的刺激。
在操作中，敏感膜片303的上表面通过输入端口333暴露于压力P1。敏感膜片303的下表面通过输入端口443暴露于压力P2。因为压力感测管芯301和压力感测管芯311紧密接近(例如，安装在公共传感器中，公共传感器可以例如安装在车辆的底盘上)，压力感测管芯301和压力感测芯311可以经历类似的非压力相关误差。然而，只有压力感测管芯301暴露于压力变化。另一方面，压力感测管芯311被构造成使得环境压力被均等地施加到敏感膜片313的上表面和下表面。因此，压力感测管芯301和压力感测管芯311两者经历的非压力相关的误差由压力感测管芯311独立地测量并输出。因此，敏感膜片303和敏感膜片313的压阻元件可以电连接，使得由压力感测管芯311测量的非压力相关误差被减去或从压力感测管芯301的输出信号中消除，以产生校正的差压信号，其可以从压力传感器400输出。
图5是根据本公开的实施例的配置为测量恶劣介质的差压的压力传感器500的横截面图。压力传感器500在操作上类似于图4的压力传感器400。如上所述，压力感测管芯311通过经由开口335、445平均地接收环境压力到敏感膜片313的上表面和下表面来检测公共的非压力相关的误差。在压力传感器500中，限定在与压力感测管芯301相关联的上壳体构件330中的第一隔离体积进一步细分成两个另外的隔离体积。两个隔离的细分体积由柔性膜片501限定。柔性膜片501可以包括耐酸性或腐蚀性液体或气体等恶劣介质的影响的材料。例如，柔性膜片501可以包括不锈钢。第一细分体积与输入端口333流体连通并且在压力P1处接收被测试的第一流体。被测试的第一流体可能是恶劣介质，例如，腐蚀性液体或气体，如果允许第一流体与敏感膜片303的半导体表面接触可能会导致传感器500的损坏。
第二隔离细分体积与敏感膜片303的上表面流体连通。可以用与敏感膜片303的材料相容的流体填充第二隔离细分体积，例如，可以使用硅油填充第二隔离细分体积。可以使用填充端口503来填充第二隔离细分体积。当填充第二隔离细分体积时，填充端口503可以例如通过将球505焊接在由填充端口503限定的开口上而密封。在操作中，被测试的第一流体或气体将经由输入端口333被引入到第一隔离细分体积。被测试的第一流体或气体将具有对柔性膜片501施加力的压力。柔性膜片501将在施加的力下挠曲并将力传递到包括敏感膜片303的上表面的第二隔离细分体积中的流体。
类似地，限定在与压力感测管芯301相关联的下壳体构件440中的第一隔离体积进一步细分成两个另外的隔离体积。两个隔离的细分体积由柔性膜片511限定。柔性膜片511可以包括耐酸性或腐蚀性液体或气体等恶劣介质的影响的材料。例如，柔性膜片511可以包括不锈钢。第一细分体积与输入端口443流体连通并且在压力P2处接收被测试的第二流体。被测试的第二流体可能是恶劣介质，例如，腐蚀性液体或气体，如果允许第一流体与敏感膜片303的半导体表面接触可能会导致传感器500的损坏。
第二隔离细分体积与敏感膜片303的下表面流体连通。可以用与敏感膜片303的材料相容的流体填充第二隔离细分体积，例如，可以使用硅油填充第二隔离细分体积。可以使用填充端口513来填充第二隔离细分体积。当填充第二隔离细分体积时，填充端口513可以例如通过将球515焊接在由填充端口513限定的开口上而密封。在操作中，被测试的第二流体或气体将经由输入端口443被引入到第一隔离细分体积。被测试的第一流体或气体将具有对柔性膜片511施加力的压力。柔性膜片511将在施加的力下挠曲并经由限定在基座421中的孔425将力传递到包括敏感膜片303的下表面的第二隔离细分体积中的流体。
在操作中，压力感测管芯301测量P1和P2之间的压差。压力感测管芯301电连接到如上面参照图4所述的只感测非压力相关的误差的压力感测管芯311。可以从压力感测管芯301的输出信号中减去非压力相关误差，以产生校正的传感器500的调节输出。
参考图6A，示出了根据本公开的实施例的压力传感器600a的横截面图。压力传感器600a包括单个压力感测管芯601。压力传感器管芯601在两个位置被减薄以形成第一敏感膜片603和第二敏感膜片613。多个压阻元件(未示出)形成或布置在敏感膜片603的表面和敏感膜片613的表面处。施加到敏感膜片603、613的各个表面的压力导致其偏转，偏转在压阻元件上施加应力。压阻元件的电阻由于当敏感膜片被施加的压力偏转时产生的应力而变化。压阻元件通过接合线615与接触垫617电连接。压力感测管芯601通过粘合剂粘结619接合到基板621上。可以使用粘合剂或通过诸如焊料或玻璃料的固定接合技术来形成粘合剂粘结619。基板621连接到由第一壳体构件630和第二壳体构件640形成的壳体。
第一壳体构件630限定第一腔室。第一腔室由柔性膜片631分隔，以限定第一压力体积650和第一流体可填充体积610。第一流体可填充体积610可以通过填充端口611填充有对压力感测管芯601或与敏感膜片603、613相关联的电连接或压阻元件无害的流体。作为示例，在压力感测管芯601包括半导体材料的传感器中，流体可填充体积610可以填充有诸如硅油的油。一旦填充，可以使用焊接球612或用于密封填充端口611的其它技术(例如，压接)来密封流体可填充体积610。螺纹端口633被限定在第一壳体构件630的壁中，以允许处于第一压力P1的第一流体进入压力传感器600a。第一流体进入端口633并填充第一压力体积650。第一流体处于在柔性膜片631上施加力的第一压力。柔性膜片631由于施加的力而偏转并且将力通过流体可填充体积610中的流体传递到敏感膜片603和敏感膜片613的表面。压力感测管芯601包括限定压力感测管芯601和基板621之间的空间的排气通道602，其允许流体可填充体积610中的流体施加的压力进入敏感膜片613下方的空间并将第一压力施加到敏感膜片613的与敏感膜片613的第一表面相对的第二表面。由于第一压力P1被均等地施加到敏感膜片613的第一和第二表面，所以来自敏感膜片613的输出信号将基本上仅指示非压力相关的输入或因素。
第二壳体构件640限定第二腔室。第二腔室由第二柔性膜片661分隔，用于限定第二压力体积660和第二流体可填充体积620。第二流体可填充体积620可以填充有对压力感测管芯601或与敏感膜片603、613相关联的电连接或压阻元件无害的流体。第二流体可填充体积620可以通过填充管624填充无害流体。作为示例，如果压力感测管芯601包括半导体材料，第二流体可填充体积620可以填充有诸如硅油的油。一旦填充，可以使用焊接球623或用于密封填充管624的其它技术(例如，压接)来密封流体可填充体积620。螺纹端口663被限定在第二壳体构件640的壁中，以允许处于第二压力P2的第二流体进入压力传感器600a。第二流体进入端口663并填充第二压力体积660。第二流体处于在第二柔性膜片661上施加力的第二压力。第二柔性膜片661由于施加的力而偏转并且将力通过第二流体可填充体积620中的流体进入穿过基板621限定的孔625而传递到敏感膜片603的下表面。敏感膜片603将压力P1接收到敏感膜片603的第一表面，并将压力P2接收到感光膜片603的与第一表面相对的第二表面。因此，除了任何非压力相关信号之外，敏感膜片603的输出表示压力P1和压力P2之间的差压。
限定在敏感膜片603的表面处或上的压阻元件可以以这样的方式电连接到限定在敏感膜片613的表面处或上的压阻元件，使得由敏感膜片613产生的输出信号从由敏感膜片601产生的输出信号中减去。如上所述，所述减法的结果是仅指示感测到的压差的校正输出信号。
通过本公开的实施例减去的非压力相关信号可以包括当流体导管配件拧到螺纹端口633或端口663上时产生的应力。配件附接处的密封度可能产生通过壳体构件630、640传递到基板621的应力。基板621直接连接到半导体压力感测管芯601，并且可能产生影响敏感膜片603、613的应力。其它性质(例如，压力感测管芯601、基板621和壳体构件630、640的热膨胀系数)可以不同，导致邻接的部件响应于温度以不同的速度膨胀或收缩。温度的变化与不同的膨胀或收缩速率相结合可能产生可以传递到敏感膜片603、613的额外的应力，导致敏感膜片603、613的表面上的压阻元件的电阻发生变化。
图6B示出了与图6A的传感器600a在许多方面类似的压力传感器600b。然而，在传感器600b中，压力感测管芯601连接到约束件685，约束件685又连接到基板621。约束件685包括排气通道682，排气通道682限定约束件685和基板621之间的空间。排气通道682允许第一压力或可替代地环境压力进入敏感膜片613下方的空间。因此，第一或环境压力被施加到敏感膜片613的与敏感膜片613的第一表面相对的第二表面。约束件685可以包括热膨胀系数比基板621的热膨胀系数更接近压力感测管芯601的半导体材料的热膨胀系数的材料。在温度变化导致压力感测管芯601的材料的膨胀或收缩的条件下，减小相邻材料的热膨胀系数之间的差异的约束件685和/或基板621将减少由于热效应或非压力相关刺激导致的压力感测管芯601上的应力。
图6C是根据本公开的实施例的压力传感器600c的横截面图。压力传感器600b包括单个压力感测管芯601。压力传感器管芯601在两个位置被减薄以形成第一敏感膜片603和第二敏感膜片613。多个压阻元件(未示出)形成或布置在敏感膜片603的表面和敏感膜片613的表面处。施加到敏感膜片603、613的表面的压力导致敏感膜片的偏转，偏转在压阻元件上施加应力。压阻元件的电阻由于当敏感膜片603、613被施加的压力偏转时产生的应力而变化。压阻元件通过接合线615与接触垫617电连接。压力感测管芯601通过粘合剂粘结619接合到基板621上。可以使用粘合剂或通过诸如焊料或玻璃料的固定接合技术来形成粘合剂粘结619。基板621连接到由第一壳体构件630和第二壳体构件640形成的壳体。
第一壳体构件630限定第一压力体积650。第一壳体构件630具有允许诸如环境压力Pamb的压力进入第一压力体积650的开口670。压力感测管芯601包括限定压力感测管芯601和基板621之间的空间的排气通道602，其允许环境压力进入敏感膜片613下方的空间并将环境压力施加到敏感膜片613的与敏感膜片613的第一表面相对的第二表面。由于环境压力被均等地施加到敏感膜片613的第一和第二表面，所以来自敏感膜片613的输出信号将是非压力相关的输入的结果。
第二壳体构件640限定第二腔室。第二腔室由柔性膜片661分隔，用于限定压力体积660和第二流体可填充体积620。流体可填充体积620可以通过填充端口624填充有对压力感测管芯601或与敏感膜片603、613相关联的电连接或压阻元件无害的流体。作为示例，如果压力感测管芯601包括半导体材料，第二流体可填充体积620可以填充有诸如硅油的油。一旦填充，可以使用焊接球623或用于密封填充端口624的其它技术(例如，压接)来密封流体可填充体积620。螺纹端口663被限定在第二壳体构件640的壁中，以允许处于第二压力P2的第二流体进入压力传感器600c。第二流体进入端口663并填充第二压力体积660。第二流体处于在柔性膜片661上施加力的第二压力。柔性膜片661由于施加的力而偏转并且将力通过第二流体可填充体积620中的流体进入穿过基板621限定的孔625而传递到敏感膜片603的下表面。敏感膜片603将环境压力Pamb接收在敏感膜片603的第一表面处，并将压力P2接收在感光膜片603的与第一表面相对的第二表面处。因此，除了任何非压力相关信号之外，敏感膜片603的输出表示环境压力Pamb和压力P2之间的差压。限定在敏感膜片603的表面处的压阻元件可以以这样的方式电连接到限定在敏感膜片613的表面处的压阻元件，使得由敏感膜片613产生的输出信号从由敏感膜片601产生的输出中减去。由于敏感膜片613仅产生包含非压力相关输入的输出，并且敏感膜603包括差压测量以及与敏感膜片613类似的非压力相关输入二者，从敏感膜片603的输出信号减去敏感膜片613的非压力相关信号导致传感器600c的剩余输出信号仅包含由差压输入产生的信号，从而提供校正信号。
如上所述，非压力相关信号可以包括当流体导管配件拧到螺纹端口663上时产生的应力。配件附接处的密封度可能产生通过壳体构件630、640传递到基板621的应力。基板621直接连接到半导体压力感测管芯601，并且可能产生到敏感膜片603、613的应力。其它性质例如压力感测管芯601、基板621和壳体构件630、640的热膨胀系数可以不同，导致邻接的部件响应于温度以不同的速度膨胀或收缩。温度的变化与不同的膨胀或收缩速率相结合可能产生可以传递到敏感膜片603、613的额外的应力，导致敏感膜片603、613的表面上的压阻元件的电阻发生变化。
图6D示出了与图6C的传感器600c在许多方面类似的压力传感器600d。然而，在传感器600d中，压力感测管芯601连接到约束件685，约束件685又连接到基板621。约束件685可以包括热膨胀系数比基板621的热膨胀系数更接近压力感测管芯601的半导体材料的热膨胀系数的材料。在温度变化导致压力感测管芯601的材料的膨胀或收缩的条件下，减小相邻材料的热膨胀系数之间的差异的约束件685和/或基板621将减少由于热效应和非压力相关刺激导致的压力感测管芯601上的应力。
图6E是根据本公开的实施例的压力传感器600e的横截面图。压力传感器600e包括单个压力感测管芯601。压力传感器管芯601被减薄以形成第一敏感膜片603和第二敏感膜片613。多个压阻元件(未示出)形成在敏感膜片603的表面和敏感膜片613的表面处。施加到敏感膜片603、613的表面的压力导致敏感膜片的偏转，偏转在压阻元件上施加应力。压阻元件的电阻由于当敏感膜片603、613被施加的压力偏转时产生的应力而变化。压阻元件通过接合线615与接触垫617电连接。压力感测管芯601通过粘合剂粘结619接合到基板621上。可以使用粘合剂或通过诸如焊料或玻璃料的固定接合技术来形成粘合剂粘结619。基板621连接到由第一壳体构件630和第二壳体构件640形成的壳体。
盖680附接到压力感测管芯601的第一表面。盖680具有限定在盖680内的空间或空隙，空间或空隙位于敏感膜片603和敏感膜片613所在的压力感测管芯601上的位置处。真空形成并被捕获在形成在盖680中的空腔内。膜片603从下方暴露于压力P2，并参照与膜片603的上表面接触的在盖680下方的真空来测量所述压力。膜片613从下方暴露于例如环境压力Pamb的压力，并且相对于与膜片613的上表面接触的在盖680下方形成的真空来测量压力Pamb。因此，在图6E所示的实施例通过膜片603测量压力P2的绝对压力值，并通过膜片613测量环境压力Pamb的绝对压力值。通过从由膜片603测量的压力值减去由膜片613测量的压力值，可以确定压力P2与环境压力Pamb之间的压差。所确定的压差可以作为压力传感器600e的输出。
第一壳体构件630限定第一压力体积650。第一壳体构件630具有允许环境压力Pamb进入第一压力体积650的开口670。压力感测管芯601包括限定压力感测管芯601和基板621之间的空间的排气通道602，其允许环境压力进入敏感膜片613下方的空间并将环境压力施加到敏感膜片613的与敏感膜片613的第一表面相对的第二表面。压力P2和环境压力Pamb之间的差压可以例如通过处理由敏感膜片603、613产生的输出来确定，这些输出基于膜片603、613上的压阻元件的可变电阻。例如，基于膜片603、613的可变电阻的输出可以在电路例如将在下面详细讨论的图7所示和参考的电路中被处理。
第二壳体构件640限定第二腔室。第二腔室由限定压力体积660和第二流体可填充体积620的柔性膜片661分隔。流体可填充体积620可以通过填充端口624填充有对压力感测管芯601或与敏感膜片603、613相关联的电连接或压阻元件无害的流体。作为示例，如果压力感测管芯601包括半导体材料，流体可填充体积620可以填充有诸如硅油的油。一旦填充，可以使用焊接球623或用于密封填充端口624的其它技术(例如，压接)来密封流体可填充体积620。螺纹端口663被限定在第二壳体构件640的壁中，以允许处于第二压力P2的第二流体进入压力传感器600e。第二流体进入端口663并填充第二压力体积660。第二流体处于在柔性膜片661上施加力的第二压力。柔性膜片661由于施加的力而偏转并且将力通过流体可填充体积620中的流体进入穿过基板621限定的孔625而传递到敏感膜片603的下表面。敏感膜片603在其上表面与形成在盖680下方的真空接触，并将压力P2接收到感光膜片603的与第一表面相对的第二表面。因此，除了任何非压力相关信号之外，敏感膜片603的输出表示压力P2相对于真空的绝对压力值。限定在敏感膜片603的表面处的压阻元件可以以这样的方式电连接到限定在敏感膜片613的表面处的压阻元件，使得由敏感膜片613产生的输出信号从由敏感膜片601产生的输出中减去。由于敏感膜片603和敏感膜片613都产生各自包含非压力相关输入的输出，所以从敏感膜片613的输出信号中减去敏感膜片603的测量信号得到传感器600e的校正输出信号。
非压力相关信号可以包括当流体导管配件拧到螺纹端口663上时产生的应力。配件附接处的密封度可能产生通过壳体构件630、640传递到基板621的应力。基板621直接连接到半导体压力感测管芯601，并且可能产生到敏感膜片603、613的应力。其它性质例如压力感测管芯601、基板621和壳体构件630、640的热膨胀系数可以不同，导致邻接的部件响应于温度以不同的速度膨胀或收缩。温度的变化与不同的膨胀或收缩速率相结合可能产生可以传递到敏感膜片603、613的额外的应力，导致敏感膜片603、613的表面上的压阻元件的电阻发生变化。
图6F是根据本公开的实施例的压力传感器600f的横截面图。压力传感器600f包括单个压力感测管芯601。压力传感器管芯601在多个位置被减薄以形成第一敏感膜片603和第二敏感膜片613。多个压阻元件(未示出)形成或布置在敏感膜片603的表面和敏感膜片613的表面处。盖680附接到压力感测管芯601的第一表面。盖680具有限定在盖680内的空间，所述空间位于敏感膜片603和敏感膜片613所在的压力感测管芯601上的位置处。压力感测管芯601进一步附接到压力感测管芯601的与敏感膜片603、613相对的表面处的约束件685。约束件685可以包括热膨胀系数比基板621的热膨胀系数更接近压力感测管芯601的半导体材料的热膨胀系数的材料。在温度变化导致压力感测管芯601的材料的膨胀或收缩的条件下，减小相邻材料的热膨胀系数之间的差异的约束件685和/或基板621将减少由于热效应和非压力相关刺激导致的压力感测管芯601上的应力。此外，约束件685增加了压力感测管芯结构的强度，这进一步使管芯和压敏膜片隔离应力的不利影响。
图6G是根据本公开的实施例的压力传感器600g的横截面图。压力传感器600g包括单个压力感测管芯601。压力传感器管芯601被减薄以形成第一敏感膜片603和第二敏感膜片613。多个压阻元件(未示出)形成在敏感膜片603的表面和敏感膜片613的表面处。施加到敏感膜片603、613的表面的压力导致敏感膜片的偏转，偏转在压阻元件上施加应力。压阻元件的电阻由于当敏感膜片603，613被施加的压力偏转时产生的应力而变化。压阻元件通过接合线615与接触垫617电连接。压力感测管芯601通过粘合剂粘结619接合到基板621上。可以使用粘合剂或通过诸如焊料或玻璃料的固定接合技术来形成粘合剂粘结619。基板621连接到由第一壳体构件630和第二壳体构件640形成的壳体。
盖680附接到压力感测管芯601的第一表面。盖680具有限定在盖680内的空间或空隙，空间或空隙位于敏感膜片603和敏感膜片613所在的压力感测管芯601上的位置处。真空形成并被捕获在形成在盖680中的空腔内。膜片603从下方暴露于压力P2，并参照与膜片603的上表面接触的在盖680下方的真空来测量所述压力。膜片613通过形成在压力感测管芯601和基板621之间的排气通道602从下方暴露于诸如环境压力Pamb的压力。敏感膜片613参照与在膜片613的上表面接触的在盖680下方形成的真空来测量压力Pamb。因此，在图6G所示的实施例通过敏感膜片603测量压力P2的绝对压力值，并通过敏感膜片613测量环境压力Pamb的绝对压力值。通过从由敏感膜片603测量的压力值减去由敏感膜片613测量的压力值，可以确定压力P2与环境压力Pamb之间的压差。所确定的压差可以作为压力传感器600g的输出。
第一壳体构件630限定第一压力体积650。第一壳体构件630具有允许环境压力Pamb进入第一压力体积650的开口670。压力感测管芯601包括限定压力感测管芯601和基板621之间的空间的排气通道602，其允许环境压力Pamb进入敏感膜片613下方的空间并将环境压力施加到敏感膜片613的与敏感膜片613的第一表面相对的第二表面。压力P2和环境压力Pamb之间的差压可以通过处理基于膜片603、613上的压阻元件的电阻的输出来确定。例如，基于膜片603、613的可变电阻的敏感膜片603、613的输出可以使用电路例如将在下面详细讨论的图7所示和参考的电路中被处理。
第二壳体构件640限定第二腔室641。螺纹端口663被限定在第二壳体构件640的壁中，以允许处于第二压力P2的第二流体进入压力传感器600g。第二流体进入端口663并填充第二压力体积641。第二流体处于第二压力，其通过进入穿过基板621限定的孔625在敏感膜片603的第二侧上施加力。敏感膜片603在其上表面与形成在盖680下方的真空接触，并将压力P2接收到感光膜片603的与第一表面相对的第二表面。因此，除了任何非压力相关信号之外，敏感膜片603的输出表示压力P2相对于真空的绝对压力值。限定或布置在敏感膜片603的表面处的压阻元件可以以这样的方式电连接到限定在敏感膜片613的表面处的压阻元件，使得由敏感膜片613产生的输出信号从由敏感膜片601产生的输出中减去。由于敏感膜片603和敏感膜片613都产生各自包含非压力相关输入的输出，所以从敏感膜片613的输出信号中减去敏感膜片603的测量信号，导致传感器600g的输出信号包含由差压输入产生的信号，因为两个敏感膜片603、613的非压力相关输入被从压力传感器600g的最终输出减去。
非压力相关信号可以包括当流体导管配件拧到螺纹端口663上时产生的应力。配件附接处的密封度可能产生通过壳体构件630、640传递到基板621的应力。基板621直接连接到半导体压力感测管芯601，并且可能产生到敏感膜片603、613的应力。其它性质例如压力感测管芯601、基板621和壳体构件630、640的热膨胀系数可以不同，导致邻接的部件响应于温度以不同的速度膨胀或收缩。温度的变化与不同的膨胀或收缩速率相结合可能产生可以传递到敏感膜片603、613的额外的应力，导致敏感膜片603、613的表面上的压阻元件的电阻发生变化。
图6H是根据本公开的实施例的压力传感器600h的横截面图。压力传感器600h包括单个压力感测管芯601。压力传感器管芯601在多个位置被减薄以形成第一敏感膜片603和第二敏感膜片613。多个压阻元件(未示出)形成或布置在敏感膜片603的表面和敏感膜片613的表面处。盖680附接到压力感测管芯601的第一表面。盖680具有限定在盖680内的空间，所述空间位于敏感膜片603和敏感膜片613所在的压力感测管芯601上的位置处。压力感测管芯601进一步附接到压力感测管芯601的与敏感膜片603、613相对的表面处的约束件685。约束件685可以包括热膨胀系数比基板621的热膨胀系数更接近压力感测管芯601的半导体材料的热膨胀系数的材料。在温度变化导致压力感测管芯601的材料的膨胀或收缩的条件下，减小相邻材料的热膨胀系数之间的差异的约束件685和/或基板621将减少由于热效应和非压力相关刺激导致的压力感测管芯601上的应力。此外，约束件685增加了压力感测管芯结构的强度，这进一步使管芯和压敏膜片隔离应力的不利影响。
现在参考图6I，示出了根据本公开的实施例的压力传感器600i的横截面图。压力传感器600i包括单个压力感测管芯601。压力传感器管芯601被减薄以形成第一敏感膜片603和第二敏感膜片613。多个压阻元件(未示出)形成在敏感膜片603的表面和敏感膜片613的表面处。施加到敏感膜片603、613的表面的压力导致敏感膜片的偏转，偏转在压阻元件上施加应力。压阻元件的电阻由于当敏感膜片603、613被施加的压力偏转时产生的应力而变化。压阻元件通过接合线615与接触垫617电连接。压力感测管芯601接合到压力感测管芯601的与敏感膜片603、613相对的表面处的约束件686。约束件686包括与敏感膜片603对准的孔，其允许压力P2进入敏感膜片603的下侧。约束件686是固体，并且密封在压力感测管芯601和基板621之间的敏感膜片613下方的凹部。敏感膜片613下方的凹部可以被抽真空，以在敏感膜片613的下侧形成真空。
约束件686可以包括热膨胀系数比基板621的热膨胀系数更接近压力感测管芯601的半导体材料的热膨胀系数的材料。在温度变化导致压力感测管芯601的材料的膨胀或收缩的条件下，减小相邻材料的热膨胀系数之间的差异的约束件686和/或基板621将减少由于热效应和非压力相关刺激导致的压力感测管芯601上的应力。此外，约束件686增加了压力感测管芯结构的强度，这进一步使管芯和压敏膜片隔离应力的不利影响。约束件686通过粘合剂粘结619附接到基板621。可以使用粘合剂或通过诸如焊料或玻璃料的固定接合技术来形成粘合剂粘结619。基板621连接到由第一壳体构件630和第二壳体构件640形成的壳体。
盖680附接到压力感测管芯601的第一表面。盖680具有限定在盖680内的空间或空隙，空间或空隙位于敏感膜片603和敏感膜片613所在的压力感测管芯601上的位置处。真空形成并被捕获在形成在盖680中的空腔内。膜片603从下方暴露于压力P2，并参照与膜片603的上表面接触的在盖680下方的真空来测量所述压力。膜片613从上方和下方暴露于真空，并测量绝对真空压力。因此，在图6i所示的实施例通过膜片603测量压力P2的绝对压力值，并通过膜片613测量绝对真空压力。通过从由膜片603测量的压力值减去由膜片613测量的压力值，可以确定压力P2的校正绝对压力值。所确定的绝对压力P2值可以作为压力传感器600i的输出。
第一壳体构件630限定第一压力体积650。第一壳体构件630具有允许环境压力Pamb进入第一压力体积650的开口670。绝对压力P2可以通过处理基于膜片603、613上的压阻元件的电阻的输出来确定。例如，基于膜片603、613的可变电阻的敏感膜片603，613的输出可以使用电路例如将在下面详细讨论的图7所示和参考的电路中被处理。敏感膜片603测量压力P2的绝对压力值，其包括敏感膜片603上的非压力相关应力。同时，敏感膜片613测量绝对真空压力，其也包括施加到敏感膜片613的非压力相关应力。因此，从包括绝对压力P2值和非压力相关应力的敏感膜片603的输出信号减去仅表示非压力相关应力的敏感膜片613的输出信号，提供压力传感器600i的校正输出信号，其包括表示压力P2的绝对压力值的校正值。
第二壳体构件640限定第二腔室。第二腔室由柔性膜片661分隔，用于限定压力体积660和第二流体可填充体积620。流体可填充体积620可以通过填充端口624填充有对压力感测管芯601或与敏感膜片603、613相关联的电连接或压阻元件无害的流体。作为示例，如果压力感测管芯601包括半导体材料，流体可填充体积620可以填充有诸如硅油的油。一旦填充，可以使用焊接球623或用于密封填充端口624的其它技术(例如，压接)来密封流体可填充体积620。螺纹端口663被限定在第二壳体构件640的壁中，以允许处于第二压力P2的第二流体进入压力传感器600e。第二流体进入端口663并填充第二压力体积660。第二流体处于在柔性膜片661上施加力的第二压力。柔性膜片661由于施加的力而偏转并且将力通过流体可填充体积620中的流体进入穿过基板621限定的孔625而传递到敏感膜片603的下表面。敏感膜片603在其上表面与形成在盖680下方的真空接触，并将压力P2接收到感光膜片603的与第一表面相对的第二表面。因此，除了任何非压力相关信号之外，敏感膜片603的输出表示压力P2相对于真空的绝对压力值。限定或布置在敏感膜片603的表面处的压阻元件可以以这样的方式电连接到限定在敏感膜片613的表面处的压阻元件，使得由敏感膜片613产生的输出信号从由敏感膜片601产生的输出中减去。由于敏感膜片603和敏感膜片613都产生各自包含非压力相关输入的输出，所以从敏感膜片613的输出信号中减去敏感膜片603的测量信号，导致压力传感器600i的输出信号包含由差压输入产生的信号，因为两个敏感膜片603、613的非压力相关输入被从压力传感器600i的最终输出减去。
非压力相关信号可以包括当流体导管配件拧到螺纹端口663上时产生的应力。配件附接处的密封度可能产生通过壳体构件630、640传递到基板621的应力。基板621直接连接到半导体压力感测管芯601，并且可能产生到敏感膜片603、613的应力。其它性质例如压力感测管芯601、基板621和壳体构件630、640的热膨胀系数可以不同，导致邻接的部件响应于温度以不同的速度膨胀或收缩。温度的变化与不同的膨胀或收缩速率相结合可能产生可以传递到敏感膜片603、613的额外的应力，导致敏感膜片603、613的表面上的压阻元件的电阻发生变化。
图6J是与图6I的压力传感器600i相似的绝对压力传感器600j的横截面图，除了柔性膜片和流体可填充体积已被省略以外。因此，处于压力P2的流体被引入第二壳体构件640中的端口663。流体进入开口625并穿过基板621和约束件686中的开口并与限定在压力感测管芯601中的敏感膜片603的下侧流体接触。
压力传感器600j用作绝对压力传感器，提供表示压力P2的绝对压力值的校正输出。压力感测管芯601包括盖680，盖覆盖敏感膜片603、613，并且包括与敏感膜片603、613的位置对准的真空填充空间。约束件686附接到压力感测管芯601，并且具有限定在敏感膜片603下方的开口。约束件686是固体，并且在敏感膜片613下方密封空腔。空腔被抽真空以在敏感膜片613的下侧产生真空。
在压力传感器600j内，敏感膜片603参照真空测量压力P2的绝对压力值。压力P2被施加到敏感膜片603的下侧，同时真空被施加到在盖680的下方的敏感膜片603的上侧。类似地，敏感膜片613测量绝对真空，真空施加到盖680下方的敏感膜片613的顶表面，并且真空施加到通过约束件686密封的限定在敏感膜片613下方的另一真空空间。结果，敏感膜片613产生代表非压力相关应力的输出，而敏感膜片603测量压力P2的绝对压力以及施加到压力感测管芯601的非压力相关应力。可以从敏感膜片603的输出中减去敏感膜片613的输出，以产生针对非压力相关应力校正的P2的绝对压力值。例如，可以使用电路例如现在将详细描述的图7所示的电路来应用和处理敏感膜片603、613的输出。
图7描绘了两个并联连接的桥电路710(D1)和750(D2)的示意图700，桥电路可限定在膜片303和313中或上(如图3所示)。桥电路710对应于限定在压力感测管芯301的膜片303中或上的电路，并且包括桥式图案中的压阻元件，这些元件包括电阻随膜片303的挠曲而变化的可变电阻器a、b、c、d。桥电路750对应于限定在管芯组件311的膜片313中或上的电路，并且包括桥式图案中的压阻元件，这些元件包括电阻随膜片313的挠曲而变化的可变电阻器e、f、g、h。如图7所示，桥电路710和750可以各自具有施加到它们的激励电压730(Ex﹢)和740(Ex﹣)，这可以通过适当的电连接来实现，诸如连接到桥电路的合适的电导体。在图7所示的实施例中，桥电路710和750在输出端720处电连接，这也可以通过合适的电连接来实现，诸如桥电路之间的电导体。
特别地，由输出720限定的电连接器被配置为将桥电路750的共模误差输出连接到由桥电路710感测的压差的输出，使得输出76(Out﹢)和输出720(Out﹣)是通过桥电路710、750的组合测量的共模误差校正的压差。可以使用本领域公知的技术和材料，通过在管芯的半导体材料内差分扩散一种或多种掺杂剂来形成压阻元件和导电迹线以限定压阻元件和导电电路元件。导电电路元件可以代表半导体材料中的导电路径以完成包括压阻元件的电路，并且还可以包括用于将外部导体连接到电路的接触垫。在一个实施例中，第一膜片的压敏电元件的负输出端可以通过在压力感测管芯上或中的接合线或导电迹线连接到第二膜片的压敏电元件的正输出端。
桥电路710、750的输出可以使用求和放大器718、719相加。求和放大器718、719可以是模拟求和放大器，或者在一个实施例中可以被实现为数字求和放大器。当可选地实现为数字求和放大器时，桥电路710、750的输出被输入到模拟﹣数字转换器(ADC)716、717。输出由ADC 716、717数字化，并由数字求和放大器718、719相加。在某些实施例中，可以省略ADC716、717，并且可以使用模拟求和放大器718、719。因此，可以以模拟或数字方式执行共模校正。数字架构需要额外的组件，这增加了复杂性。
图7A描绘了一种布置的示意图760，其中，类似于图7，四个可变电阻器a、b、c、d设置在布置为接收差压的第一膜片761和布置为接收来自两侧上的相同源(例如，环境)的压力的第二膜片765中的每个上。在这种布置中，在每个膜片上，两对电阻器彼此连接，并且每对电阻器彼此串联连接到限定在两个膜片中另一个上的两对电阻器。也就是说，应变敏感电阻器布置在每个膜片上的全开桥式布置中。在第一膜片上的电阻器对内的节点处提供参考电压，并且在第二膜片上的电阻器对内的节点处提供输出。更具体地，可变电阻器a和b连接以在膜片761上限定第一对电阻器。可变电阻器c和d连接以在膜片761上限定第二对电阻器。可变电阻器e和h连接以在膜片765上限定第一对电阻器。可变电阻器f和g连接以在膜片765上限定第二对电阻器。膜片761上的电阻器对a/b串联连接到膜片765上的电阻器对e/h和电阻器对f/g。类似地，膜片761上的电阻器对c/d串联连接到膜片765上的电阻器对e/h和膜片765上的电阻器对f/g。类似于管芯301的膜片303，膜片761被布置成检测压差。膜片765可以被布置为管芯组件311的膜片313，以检测共模压力。在膜片761上的电阻器a和b之间的节点处施加正激励电压730(Ex﹢)。在膜片761上的电阻器c和d之间的节点处施加负激励电压740(Ex﹣)。这些电压可以通过适当的电连接来实现，诸如连接到桥电路的合适的电导体。在膜片765上的电阻器f和电阻器g之间的节点处提供正输出76(﹢OUT)。在膜片765上的压敏电阻器e和压敏电阻器h之间的节点处提供负输出720(﹣OUT)。输出的连接可以通过合适的电连接来实现，诸如压敏电阻器之间的电导体。当激励电压施加在膜片761上的电阻器对之间时，对于共模误差，输出信号被有效地校正。与图7的布置相比，由于串联电阻器，阻抗更大。作为结果，整体功耗得到降低。图7B示出了图7A的串联桥电路的高级功能示意图。为了便于说明，每个膜片761、765被示出两次。
现在参考图7C，根据本公开的差压传感器700D的实施例利用了易受差压影响的多个膜片以及相同数量的易受公共环境压力影响的膜片。在图7C的实施例中，示出了两个每种类型的膜片；然而，在不脱离本公开的范围的情况下，可以提供更多的膜片。尽管图7C所示的实施例示出了对应于四个膜片或两对膜片的四个桥电路710、750、770和780，可以成对添加具有对应的桥电路的附加的膜片。可以通过配置传感器700D来校正共模误差，使得一半的膜片在压力P1和P2之间经受差压，并且剩余的膜片仅经受环境压力Pamb。每个桥电路布置成闭合的全桥布置，四个电阻器中的每一个串联连接。正激励电压730(﹢Ex)被施加到每个桥电路。电压730被施加到压敏电阻器a和压敏电阻器b之间的节点处的桥710、压敏电阻器e和压敏电阻器f之间的节点处的桥电路750、压敏电阻器i和压敏电阻器j之间的节点处的桥电路770、以及压敏电阻器m和压敏电阻器之间的节点n处的桥780。负激励电压740(﹣Ex)被施加到与施加正激励电压730(﹢Ex)的节点相对的节点处的每个桥电路。负激励电压740(﹣Ex)被施加到压敏电阻器c和压敏电阻器d之间的桥710、压敏电阻器g和压敏电阻器h之间的桥750、压敏电阻器k和压敏电阻器l之间的桥770、以及压敏电阻器o和压敏电阻器p之间的桥780。
负输出720(﹣OUT)连接在位于桥710的压敏电阻器b和压敏电阻器c之间的节点处、桥750的压敏电阻器e和压敏电阻器h之间的节点处、桥770的压敏电阻器j和压敏电阻器k之间的节点处以及桥780的压敏电阻器m和压敏电阻器p之间的节点处。正输出76(﹢OUT)通常连接到每个桥电路。正输出76位于桥710的压敏电阻器a和压敏电阻器d之间、桥750的压敏电阻器f和压敏电阻器g之间、桥770的压敏电阻器i和压敏电阻器l之间、以及桥780的压敏电阻器n和压敏电阻器o之间。
图7D描绘了一种布置的示意图，其中，类似于图7C，十六(16)个可变电阻器在多个膜片410、450、470、480(D1、D2、D3、D4)中的每一个上以四个的组设置。尽管图7D示出了四个膜片，但是可以使用更多或更少的膜片。膜片的一半被布置成接收差压，并且多个膜片的另一半被布置成接收来自两侧上的相同源(例如，环境压力Pamb)的压力。在这种布置中，在每个膜片上，两对电阻器彼此连接，并且每对电阻器彼此串联连接到限定在其他膜片上的两对电阻器。也就是说，应变敏感电阻器布置在每个膜片上的全开桥式布置中。在第一膜片410上的电阻器对内的节点处提供参考电压730、740，并且在膜片470上的电阻器对内的节点处提供输出76、720。更具体地，可变电阻器a和b连接以在膜片710上限定第一对电阻器。可变电阻器c和d连接以在膜片410上限定第二对电阻器。可变电阻器e和h连接以在膜片450上限定第一对电阻器。可变电阻器f和g连接以在膜片450上限定第二对电阻器。膜片410上的电阻器对a/b串联连接到膜片D2 750上的电阻器对e/h和电阻器对f/g。类似地，膜片410上的电阻器对c/d与膜片480上的电阻器对m/p串联连接，并且与膜片480上的电阻器对n/o串联连接。膜片410和470被布置成检测压差，类似于管芯301的膜片303。膜片450和480可以被布置为管芯311的一个或多个膜片313，以检测共模压力。在膜片410上的电阻器a和b之间的节点处施加正激励电压430(Ex﹢)。在膜片410上的电阻器c和d之间的节点处施加负激励电压440(Ex﹣)。这些电压可以通过适当的电连接来实现，诸如连接到桥电路的合适的电导体。在膜片470上的电阻器i和电阻器l之间的节点处提供正输出76。在膜片470上的压敏电阻器j和压敏电阻器k之间的节点处提供负输出420(﹣OUT)。输出的连接可以通过合适的电连接来实现，诸如压敏电阻器之间的电导体。当激励电压施加在膜片410上的电阻器对之间时，对于共模误差，输出信号被有效地校正。与图7C的布置相比，阻抗更大。由于更大的阻抗，整体功耗得到降低。
图7E是串联连接的共模误差补偿传感器电路的高级功能图，如图7D所用的，其利用布置在四个膜片D1、D2、D3和D4上的多个全开桥电路，并且类似于图7A所示的串联连接。激励电压730(﹢Ex)被施加在暴露于压力P1和压力P2的差压的膜片D1上的第一桥电路的压敏电阻器a和压敏电阻器b之间的节点处。压敏电阻器a与仅暴露于环境压力Pamb的膜片D2上的第一桥电路的压敏电阻器e和h串联连接。压敏电阻器h联接到暴露于压力P1和压力P2的膜片D3上的第二桥电路的压敏电阻器i。压敏电阻器i连接到膜片D3上的压敏电阻器l，正输出76(﹢OUT)位于压敏电阻器i和l之间的节点处。压敏电阻器l连接到压敏电阻器m，压敏电阻器m是由仅暴露于环境压力Pamb的膜片D4上的m和p限定的桥的一部分。压敏电阻器p连接到暴露于压力P1和压力P2之间的压差的膜片D1上的压敏电阻器d。负激励电压740(﹣Ex)连接在电阻器c和d之间的节点处。
压敏电阻器b串联连接到仅暴露于压力P1的第一桥电路的膜片D2上的压敏电阻器f和g。压敏电阻器g联接到暴露于压力P1和压力P2的膜片D3上的第二桥电路的压敏电阻器j。压敏电阻器j连接到压敏电阻器k。j和k之间的节点提供为输出720。压敏电阻器k连接到仅暴露于环境压力Pamb的膜片D4上的压敏电阻器n和o。压敏电阻器o连接到暴露于压力P1和压力P2之间的压差的膜片D1上的第一桥电路的压敏电阻器c。
虽然已经参考上述实施例描述了前述发明，但是在不脱离本发明的精神的情况下可以进行各种修改和改变。因此，所有这些修改和变化都被认为在所附权利要求的范围内。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。形成其一部分的附图通过说明而非限制的方式示出可以实践主题的具体实施例。所描述的实施例足够详细地描述，以使本领域技术人员能够实践本文公开的教导。可以利用其衍生的其他实施例，从而在不脱离本公开的范围的情况下可以进行结构和逻辑替换和改变。因此，这个具体实施方式不应被认为是限制性的，并且各种实施例的范围仅由所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来限定。
本发明主题的这些实施方案可以在本文中单独地和/或共同地由术语“发明”提及，仅为了方便起见，并且如果实际上多于一个被公开，并非意图将本申请的范围自愿地限制于任何单独的发明或发明构思。因此，虽然本文已经示出和描述了具体实施例，但是应当理解，为实现相同目的而计算的任何布置可以代替所示的具体实施例。本公开旨在覆盖各种实施例的变化的任何和所有修改。上述实施例和本文中未具体描述的其他实施例的组合对于本领域技术人员在阅读上述描述之后将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种压力传感器，包括：
第一压力感测管芯，其包括半导体材料并具有第一敏感膜片；
第二压力感测管芯，其包括半导体材料并具有第二敏感膜片；和
容置所述第一压力感测管芯和所述第二压力感测管芯的壳体，所述壳体容置处于第一压力下且与所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第一表面流体连通的第一流体、以及处于第二压力下且与所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第二表面流体连通的第二流体，并且其中，所述第二压力感测管芯的第二敏感膜片的第一和第二表面与第三压力下的第三流体流体连通。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，还包括基座，其中，所述第一压力感测管芯附接到所述基座的第一表面，所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片与从所述基座的第一表面延伸穿过所述基座到所述基座的与第一表面相对的第二表面的孔对准，所述第二压力感测管芯附接到所述基座的第一表面，使得为所述第二压力感测管芯的内部体积在所述第二压力感测管芯和所述基座之间限定通风通道。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其中，所述壳体包括：
上壳体构件，其附接到所述基座的第一表面，所述上壳体构件在所述第一压力感测管芯和所述第二压力感测管芯之间限定第一隔片，所述第一隔片限定容置所述第一压力感测管芯的第一隔离体积和容置所述第二压力感测管芯的第二隔离体积，所述第二隔离体积配置为处于第三压力。
4.根据权利要求3所述的压力传感器，其中，所述上壳体构件包括第一输入端口，所述第一输入端口与容置所述第一压力感测管芯的第一隔离体积和所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片流体连通。
5.根据权利要求4所述的压力传感器，其中，所述壳体还包括附接到所述基座的与所述基座的第一表面相对的第二表面的下壳体构件，所述下壳体构件具有第二输入端口，所述第二输入端口与所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第二表面流体连通。
6.根据权利要求5所述的压力传感器，其中，当第一压力下的第一流体被引入所述第一输入端口时，所述第一压力下的第一流体施加第一压力到所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第一表面，并且当第二压力下的第二流体被引入所述第二输入端口时，所述第二压力下的第二流体施加第二压力到所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第二表面，由此产生施加到所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的差压。
7.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片包括多个压敏电阻器，所述多个压敏电阻器限定在布置在第一桥电路中的第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第一表面中，并且所述第二压力感测管芯的第二敏感膜片包括第二多个压敏电阻器，所述第二多个压敏电阻器限定在布置在第二桥电路中的第二压力感测管芯的第二敏感膜片的第一表面中，其中，所述第一桥电路和所述第二桥电路连接，使得所述第二桥电路的输出信号从所述第一桥电路的输出信号中减去。
8.根据权利要求7所述的压力传感器，其中，所述第二桥接电路的输出信号代表由于非压力相关因素引起的误差，并且从所述第一桥接电路的输出信号中减去所述第二桥接电路的输出信号的结果代表压力传感器的校正输出信号。
9.根据权利要求1所述的压力传感器，还包括：
基座，
其中，所述第一压力感测管芯附接到所述基座的第一表面，所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片与从所述基座的第一表面延伸穿过所述基座到所述基座的与第一表面相对的第二表面的孔对准，所述第二压力感测管芯附接到所述基座的第一表面，所述第二压力感测管芯的第二敏感膜片与从第一表面延伸穿过所述基座到与第一表面相对的第二表面的第二孔对准。
10.根据权利要求9所述的压力传感器，还包括：
第一上壳体构件，其包括与所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第一表面流体连通的第一压力入口；和
开口，其配置为允许第三压力与所述第二压力感测管芯的第二敏感膜片的第一表面之间的流体连通。
11.根据权利要求10所述的压力传感器，还包括：
第二下壳体构件，其包括与所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片的第二表面流体连通的第二压力入口；用于将所述第一压力感测管芯的第一敏感膜片与所述第二压力感测管芯的第二敏感膜片分离的第二隔片；以及配置为允许第三压力与所述第二压力感测管芯的第二敏感膜片的第二表面之间的流体连通的开口。
12.一种差压传感器，包括：
传感器壳体，其包括具有限定在其中的孔的基板，其中，所述基板的第一侧被配置为在所述孔处与处于第一压力的第一流体流体连通，并且所述基板的第二侧被配置为在所述孔处与处于第二压力的第二流体流体连通；
附接到所述基板的第一侧的压力感测管芯组件，所述压力感测管芯组件包括：
附接到所述基板的压力感测管芯，所述压力感测管芯包括：
限定第一膜片的第一腔室，所述第一膜片具有配置为与所述第一流体流体连通的第一上侧、以及配置为与所述孔和所述第二流体流体连通的下侧；
至少一个压敏电元件，形成在第一膜片中或第一膜片上，所述至少一个压敏电元件响应于表示第一压力和第二压力之间的压差的第一膜片的偏转而呈现变化的电阻；
限定第二膜片的第二腔室，所述第二膜片包括配置为与环境压力流体连通的第二上侧、以及配置为与环境压力流体连通的第二下侧；
至少一个压敏电元件，形成在第二膜片中或第二膜片上，所述至少一个压敏电元件响应于表示与压力感测管芯组件对应的共模误差的所述第二膜片的偏转而呈现变化的电阻；
一个或多个电导体，电连接到接合到所述第一膜片的所述至少一个压敏电元件和接合到所述第二膜片的所述至少一个压敏电元件中的一个或两个，所述一个或多个电导体配置为输出经共模误差校正的差压输出。
13.根据权利要求12所述的差压传感器，其中，所述压力感测管芯包括排气通道，其配置为允许所述第二腔室与环境压力之间的流体连通。
14.根据权利要求12所述的差压传感器，其中，所述基板附接到所述压力感测管芯，使得所述第一腔室与第二流体而不是第一流体流体连通，并且使得在管芯附接材料中形成排气通道，所述排气通道将第二腔室与环境压力而不是第二流体流体连通。
15.根据权利要求12所述的差压传感器，其中，所述基板由硅和玻璃之一制成。
16.根据权利要求12所述的差压传感器，其中，所述第一膜片的所述至少一个压敏电元件的负极输出端子连接到所述第二膜片的所述至少一个压敏电元件的正极输出端子，从而在所述第一膜片的所述至少一个压敏电元件的正极输出端子处提供表示经共模校正的压差的电输出，其中，所述一个或多个电导体中的一个连接到所述第一膜片的所述至少一个压敏电元件的正极输出端子。
17.根据权利要求12所述的差压传感器，其中，所述第一膜片的所述至少一个压敏电元件的负极输出端子通过在压力感测管芯上或中的接合线和导电迹线中的一个而连接到所述第二膜片的所述至少一个压敏电元件的正极输出端子。
18.根据权利要求12所述的差压传感器，其中，所述第一膜片的所述至少一个压敏电元件和所述第二膜片的所述至少一个压敏电元件中的每一个包括桥电路。
19.根据权利要求12所述的差压传感器，还包括将所述第一流体与所述第一上侧分离的第一柔性膜片和将所述第二流体与所述第一下侧分离的第二柔性膜片。
20.根据权利要求19所述的差压传感器，还包括在所述第一柔性膜片和所述第一上侧之间的充油体积以及在所述第二柔性膜片和所述第一下侧之间的第二充油体积。
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