一种压力信号传感装置及处理方法
技术领域
本发明实施例涉及压力信号处理技术领域,具体涉及一种压力信号传感装置及处理方法。
背景技术
电子烟与普通的香烟有着相同的外观,以及与香烟相同的味道。电子烟通过高科技硅芯片和感应器控制烟雾输出量以及工作状态,烟雾被雾化,将含有烟碱和香精的溶液雾化成颗粒。电子烟行业,广泛使用驻极体咪头,使用中不能有效的防护烟油的泄露,有重大安全隐患。美国JULLJULL使用二颗绝对压力传感器对咪头进行替换,得到不错的改进,但是现有技术牺牲了压力测量精度。
压力传感能感受压力信号,并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。目前,市面上压力传感器均是带软中断功能,不能主动将系统唤醒,这样系统的整体功耗很高。现有技术无法实现低功耗启动主控系统,低功耗环境压力监测记录用户吸烟口数,压力与雾化器的烟雾动态控制性能差。主控系统集的工作周期频率大、周期长,能源消耗大,牺牲了控制性能。
发明内容
为此,本发明实施例提供一种压力信号传感装置及处理方法,实现主动、独立性及间隙式子系统的压力环境测量,降低系统集的工作周期频率及周期,从而达到整个系统的节能、降功耗,而又不牺牲性能。
为了实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:一种压力信号传感装置,包括纤维压合电路板,所述纤维压合电路板上集成有MEMS压力芯片、压力传感器数字调理芯片和电压放大比较器,所述纤维压合电路板上粘结有屏蔽罩,所述MEMS压力芯片、压力传感器数字调理芯片和电压放大比较器封装于所述屏蔽罩的内部,纤维压合电路板与屏蔽罩的粘结处设有下沉式裸露金属层。
作为压力信号传感装置的优选方案,所述MEMS压力芯片包括惠斯通电桥,所述惠斯通电桥包括依次连接的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4,所述第一电阻R1和第二电阻R2之间形成有输出正极,所述第一电阻R1和第三电阻R4之间连接到电源正极,所述第二电阻R2和第三电阻R3之间连接到电源负极,所述第三电阻R3和第四电阻R4之间形成有输出负极。
作为压力信号传感装置的优选方案,所述电压放大比较器包括第二放大器和电压比较器,所述第二放大器的输入端连接所述MEMS压力芯片的输出端,所述第二放大器的输出端连接所述电压比较器的输入端;所述电压比较器配置有参考电压输出端、数字放大输出端和模拟放大输出端。
作为压力信号传感装置的优选方案,所述电压放大比较器包括电压调节器,所述电压调节器连接到电源正极。
作为压力信号传感装置的优选方案,压力传感器数字调理芯片包括处理器、第一放大器、震荡隔离器和转换器,所述处理器连接所述第三电阻R3和第四电阻R4之间形成的输出负极,所述第一放大器连接所述处理器,所述震荡隔离器连接所述第一放大器,所述震荡隔离器还连接到电源正极。
作为压力信号传感装置的优选方案,所述压力传感器数字调理芯片还包括内置温度传感器,所述内置温度传感器连接所述处理器;所述处理器配置有外部参考温度引脚。
本发明实施例还提供一种压力信号处理方法,用于对外围主控制系统进行控制,配置一个直流0~1V的休眠电压信号和配置一个直流0.1~4.2V的任意触发电压输出信号给压力传感器数字调理芯片,当受到外界环境压力波动时,MEMS压力芯片输出第一压力信号,通过第二放大器以50/1000um的频率对所述第一压力信号进行间断式采样,第二放大器输出第二压力信号与电压比较器设定值进行比较判断给出第二压力信号对应的电压值。
作为压力信号处理方法的优选方案,在外围主控制系统睡眠时,通过压力传感器数字调理芯片进行间歇式采样的方式监测比较MEMS压力芯片的压力输出变量,主动提供给主控制系统一个拉高电压以进行主控制系统唤醒;当主控制系统开启后,通过I2C或者SPI的通迅协议控制电压放大比较器配合MEMS压力芯片的输出压力信号进行监测,通过监测到的压力信号控制外围的动力装备。
作为压力信号处理方法的优选方案,所述MEMS压力芯片包括惠斯通电桥,所述惠斯通电桥包括依次连接的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4,所述第一电阻R1和第二电阻R2之间形成有输出正极,所述第一电阻R1和第三电阻R4之间连接到电源正极,所述第二电阻R2和第三电阻R3之间连接到电源负极,所述第三电阻R3和第四电阻R4之间形成有输出负极;
所述电压放大比较器包括第二放大器和电压比较器,所述第二放大器的输入端连接所述MEMS压力芯片的输出端,所述第二放大器的输出端连接所述电压比较器的输入端;所述电压比较器配置有参考电压输出端、数字放大输出端和模拟放大输出端;所述电压放大比较器还包括电压调节器,所述电压调节器连接到电源正极;
所述压力传感器数字调理芯片包括处理器、第一放大器、震荡隔离器和转换器,所述处理器连接所述第三电阻R3和第四电阻R4之间形成的输出负极,所述第一放大器连接所述处理器,所述震荡隔离器连接所述第一放大器,所述震荡隔离器还连接到电源正极;
所述压力传感器数字调理芯片还包括内置温度传感器,所述内置温度传感器连接所述处理器;所述处理器配置有外部参考温度引脚。
本发明实施例具有如下优点:将MEMS压力芯片、压力传感器数字调理芯片、电压放大比较器封装在一个密封的屏蔽罩内,专利封装体电路可以在外围系统中设置一个休眠电压信号(直流0-1V)和设置输出一个可调整的直流0.1-4.2V任意触发电压信号输出给系统中央处理器或其它节点控制模块,在受到外界环境压力波动时(根据调整压力传感器压力量程芯片、电压放大比较器放大倍率可作范围调整),可以快速及精准的唤醒中央控制系统进行环境监测做出快速响应及指令决策功能,达到平时不工作时省电,电压放大比较器以50/1000um的频率进行间断式采样并输出信号进行比较,压力环境发生变化时,MEMS压力芯片的惠斯通电桥输出信号通过电压放大后与内部电压比较器设定值进行比较判断,给出相对应的电压值。能快速充分的读取压力信号的同时又保证了功耗的最小化,有效的释放杂质信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是示例性的,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例中提供的一种压力信号传感装置结构示意图;
图2为本发明实施例中提供的一种压力信号传感装置结构框图。
图中:1、纤维压合电路板;2、MEMS压力芯片;3、压力传感器数字调理芯片;301、处理器;302、第一放大器;303、震荡隔离器;304、转换器;305、内置温度传感器;4、电压放大比较器;401、第二放大器;402、电压比较器;403、电压调节器;5、屏蔽罩;6、裸露金属层。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1和图2,提供一种压力信号传感装置,包括纤维压合电路板1,所述纤维压合电路板1上集成有MEMS压力芯片2、压力传感器数字调理芯片3和电压放大比较器4,所述纤维压合电路板1上粘结有屏蔽罩5,所述MEMS压力芯片2、压力传感器数字调理芯片3和电压放大比较器4封装于所述屏蔽罩5的内部,纤维压合电路板1与屏蔽罩5的粘结处设有下沉式裸露金属层6。
具体的,纤维压合电路板1与屏蔽罩5位置设计了一个与所粘屏蔽罩5尺寸同等大小的下沉式裸露金属层6,下沉式裸露金属层6实现以下功能,其一,增强了屏蔽罩5与纤维压合电路板1的粘接强度。其二是通过屏蔽罩5与纤维压合电路板1所预留金属位置所连接的焊接PAD地线,对整个电路形成一个较强的外部干扰信号回路,有效的释放杂质信号。
压力信号传感装置的一个实施例中,所述MEMS压力芯片2包括惠斯通电桥,所述惠斯通电桥包括依次连接的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4,所述第一电阻R1和第二电阻R2之间形成有输出正极,所述第一电阻R1和第三电阻R4之间连接到电源正极,所述第二电阻R2和第三电阻R3之间连接到电源负极,所述第三电阻R3和第四电阻R4之间形成有输出负极。
压力信号传感装置的一个实施例中,所述电压放大比较器4包括第二放大器401和电压比较器402,所述第二放大器401的输入端连接所述MEMS压力芯片2的输出端,所述第二放大器401的输出端连接所述电压比较器402的输入端;所述电压比较器402配置有参考电压输出端、数字放大输出端和模拟放大输出端。所述电压放大比较器4包括电压调节器403,所述电压调节器403连接到电源正极。
压力信号传感装置的一个实施例中,压力传感器数字调理芯片3包括处理器301、第一放大器302、震荡隔离器303和转换器304,所述处理器301连接所述第三电阻R3和第四电阻R4之间形成的输出负极,所述第一放大器302连接所述处理器301,所述震荡隔离器303连接所述第一放大器302,所述震荡隔离器303还连接到电源正极。
压力信号传感装置的一个实施例中,所述压力传感器数字调理芯片3还包括内置温度传感器305,所述内置温度传感器305连接所述处理器301;所述处理器301配置有外部参考温度引脚。
具体的,本发明实施例中的压力信号传感装置封装过程如下:
1)将MEMS压力芯片2、压力传感器数字调理芯片3和电压放大比较器4封装在一块FR4 PCB(纤维压合电路板)上,通过固晶机滴上一滴呈圆形的固定胶,用吸取的方法将MEMS压力芯片2贴附在胶水上方,然后以类似方式在PCB板设计位置进行24位压力传感器数字调理芯片3及电压放大比较器4,然后进入高温固化;2)将第1)项半成品用金丝键合技术按原理图进行连线;3)用喷涂设备在PCB的四周进行规则的涂上用于固定金属屏蔽罩5所需要胶水;4)将清洁好的金属屏蔽罩5装上编带,并通过自动贴片机,放置到第3)项胶水固定区;5)将第4)项半成品高温烘烤,进行固定位置;6)将第5)项半封装产品,固定在点胶机上,注入软体保护胶水,并进行高温固化;7)完成产品的封装,进行性能测试。
本发明实施例考虑功耗、功耗、压力测量精度、主动控制的实现,也同时保持兼容目前驻极体安装尺寸,本实施例纤维压合电路板的尺寸为5×5×2.6mm,不仅在生产制造中可以实现自动化生产,同时支持后段安装的自动化封装,极大提高了压力传感器前端生产效率和后端成品安装的自动化。
本发明实施例还提供一种压力信号处理方法,用于对外围主控制系统进行控制,配置一个直流0~1V的休眠电压信号和配置一个直流0.1~4.2V的任意触发电压输出信号给压力传感器数字调理芯片3,当受到外界环境压力波动时,MEMS压力芯片2输出第一压力信号,通过第二放大器401以50/1000um的频率对所述第一压力信号进行间断式采样,第二放大器401输出第二压力信号与电压比较器402设定值进行比较判断给出第二压力信号对应的电压值。
压力信号处理方法的一个实施例中,在外围主控制系统睡眠时,通过压力传感器数字调理芯片3进行间歇式采样的方式监测比较MEMS压力芯片2的压力输出变量,主动提供给主控制系统一个拉高电压以进行主控制系统唤醒;当主控制系统开启后,通过I2C或者SPI的通迅协议控制电压放大比较器4配合MEMS压力芯片2的输出压力信号进行监测,通过监测到的压力信号控制外围的动力装备。
具体的,所述MEMS压力芯片2包括惠斯通电桥,所述惠斯通电桥包括依次连接的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4,所述第一电阻R1和第二电阻R2之间形成有输出正极,所述第一电阻R1和第三电阻R4之间连接到电源正极,所述第二电阻R2和第三电阻R3之间连接到电源负极,所述第三电阻R3和第四电阻R4之间形成有输出负极。所述电压放大比较器4包括第二放大器401和电压比较器402,所述第二放大器401的输入端连接所述MEMS压力芯片2的输出端,所述第二放大器401的输出端连接所述电压比较器402的输入端;所述电压比较器402配置有参考电压输出端、数字放大输出端和模拟放大输出端;所述电压放大比较器4还包括电压调节器403,所述电压调节器403连接到电源正极。所述压力传感器数字调理芯片3包括处理器301、第一放大器302、震荡隔离器303和转换器304,所述处理器301连接所述第三电阻R3和第四电阻R4之间形成的输出负极,所述第一放大器302连接所述处理器301,所述震荡隔离器303连接所述第一放大器302,所述震荡隔离器303还连接到电源正极。所述压力传感器数字调理芯片3还包括内置温度传感器305,所述内置温度传感器305连接所述处理器301;所述处理器301配置有外部参考温度引脚。
本发明实施例将MEMS压力芯片2、压力传感器数字调理芯片3、电压放大比较器4封装在一个密封的屏蔽罩5内,专利封装体电路可以在外围系统中设置一个休眠电压信号(直流0-1V)和设置输出一个可调整的直流0.1-4.2V任意触发电压信号输出给系统中央处理器301或其它节点控制模块,在受到外界环境压力波动时(根据调整压力传感器压力量程芯片、电压放大比较器4放大倍率可作范围调整),可以快速及精准的唤醒中央控制系统进行环境监测做出快速响应及指令决策功能,达到平时不工作时省电,电压放大比较器4以50/1000um的频率进行间断式采样并输出信号进行比较,压力环境发生变化时,MEMS压力芯片的惠斯通电桥输出信号通过电压放大后与内部电压比较器402设定值进行比较判断,给出相对应的电压值。能快速充分的读取压力信号的同时又保证了功耗的最小化,有效的释放杂质信号。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。