CN116839769A - 硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，通过感压电桥在压力传感器感受到压力时，输出对应的电压信号；控制单元的输入端与感压单元相连接，用于采集分压电阻分压后的电压信号，以便根据分压后的电压信号得到压力传感器对应的温度，并根据温度输出对应的零点补偿信号和灵敏度补偿信号；零点补偿单元的输入端与控制单元的第一输出端相连接，零点补偿单元根据零点补偿信号进行补偿；灵敏度补偿单元的输入端与控制单元的第二输出端相连接，灵敏度补偿单元根据灵敏度补偿信号进行补偿；放大单元分别与感压单元和零点补偿单元的输出端相连接，放大单元对电压信号进行放大和温度补偿，并输出标准信号；从而提高了输出精度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路。
背景技术
相关技术中，现有压力传感器温度补偿方法主要有模拟补偿和信号调理芯片补偿两种，其中，模拟补偿的输出电压典型≤100mV，常温精度典型0.5％FS，全温区精度典型1.5％FS，其精度比较差，而且输出随供电电压比例变化，供电电压影响输出精度；其中，信号调理芯片补偿一般采用德国泽恩帝(ZMD)的ZSC31015芯片或者美信的MAX1452芯片，ZSC31015芯片的温度补偿点和压力补偿点少，采用先AD采集传感器信号，再经过DA输出，转换速度影响传感器的响应时间，DA的位数影响输出精度；MAX1452芯片只能使用芯片内部温度传感器，当压力传感器(硅压阻芯片)与MAX1452芯片存在温度场梯度时，以及当产品用快速温变(温变速率≥10℃/min)试验要求时，输出精度差，超过1％FS。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，通过压力传感器的电阻温漂特性，以硅压阻芯片为温度参考基准，不存在压力传感器与温度补偿芯片温度场梯度问题，当产品处于快速温变环境中，也可以保证高精度输出。
为达到上述目的，本发明提出的一种硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，包括：感压单元，所述感压单元包括感压电桥和分压电阻，所述感压电桥与所述分压电阻相连接，所述感压单元用于在压力传感器感受到压力时，输出对应的电压信号；控制单元，所述控制单元的输入端与所述感压单元相连接，所述控制单元用于采集所述分压电阻分压后的电压信号，以便根据所述分压后的电压信号得到所述压力传感器对应的温度，并根据所述温度输出对应的零点补偿信号和灵敏度补偿信号；零点补偿单元，所述零点补偿单元的输入端与所述控制单元的第一输出端相连接，所述零点补偿单元根据所述零点补偿信号进行温度补偿；灵敏度补偿单元，所述灵敏度补偿单元的输入端与所述控制单元的第二输出端相连接，所述灵敏度补偿单元的输出端与所述感压单元相连接，所述灵敏度补偿单元根据所述灵敏度补偿信号进行温度补偿；放大单元，所述放大单元分别与所述感压单元和所述零点补偿单元的输出端相连接，所述放大单元对所述电压信号进行放大和温度补偿，并输出标准信号。
根据本发明提出的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，通过感压电桥在压力传感器感受到压力时，输出对应的电压信号；控制单元的输入端与感压单元相连接，用于采集分压电阻分压后的电压信号，以便根据分压后的电压信号得到压力传感器对应的温度，并根据温度输出对应的零点补偿信号和灵敏度补偿信号；零点补偿单元的输入端与控制单元的第一输出端相连接，零点补偿单元根据零点补偿信号进行温度补偿；灵敏度补偿单元的输入端与控制单元的第二输出端相连接，灵敏度补偿单元的输出端与感压单元相连接，灵敏度补偿单元根据灵敏度补偿信号进行温度补偿；放大单元分别与感压单元和零点补偿单元的输出端相连接，放大单元对电压信号进行放大和温度补偿，并输出标准信号；由此，通过压力传感器的电阻温漂特性，以硅压阻芯片为温度参考基准，不存在压力传感器与温度补偿芯片温度场梯度问题，当产品处于快速温变环境中，也可以保证高精度输出。
另外，根据本发明上述提出的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路还可以具有如下附加的技术特征：
可选地，所述感压电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻依次串联连接，所述分压电阻连接到所述第二电阻和所述第三电阻之间。
可选地，所述控制单元的第一输入端连接到所述分压电阻与所述感压电桥之间。
可选地，所述控制单元的第二输入端用于与外部通信，以便写入温度补偿数据。
可选地，所述放大单元包括仪表放大器，所述仪表放大器的正输入端连接到所述第三电阻和所述第四电阻之间，所述仪表放大器的负输入端连接到所述第一电阻和所述第二电阻之间。
可选地，所述零点补偿单元包括第五电阻、第一电容和第一运算放大器，所述第一运算放大器的输出端与所述放大单元相连接，所述第一运算放大器的第一输入端与所述第一运算放大器的输出端相连接，所述第一运算放大器的第二输入端通过第五电阻连接到所述控制单元的第一输出端，所述第一运算放大器的第二输入端还通过第一电容连接到地。
可选地，所述灵敏度补偿单元包括第六电阻、第二电容和第二运算放大器，所述第二运算放大器的输出端连接到所述第一电阻和所述第四电阻之间，所述第二运算放大器的第一输入端与所述第二运算放大器的输出端相连接，所述第二运算放大器的第二输入端通过第六电阻连接到所述控制单元的第二输出端，所述第二运算放大器的第二输入端还通过第二电容连接到地。
可选地，所述放大单元还与调整电阻相连接，以便通过所述调整电阻进行放大倍数调整。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路的电路原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
参考图1所示，本发明实施例提出的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，包括感压单元10和温度补偿混合集成单元20，温度补偿混合集成单元20包括控制单元、零点补偿单元、灵敏度补偿单元和放大单元。
其中，感压单元10包括感压电桥和分压电阻R7，感压电桥与分压电阻R7相连接，感压单元10用于在压力传感器感受到压力时，输出对应的电压信号。
需要说明的是，分压电阻R7为标准电阻，即固定电阻。
作为一个实施例，感压电桥包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4依次串联连接，分压电阻R7连接到第二电阻R2和第三电阻R3之间。
也就是说，感压电桥的桥臂电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4之间首尾相连，且分压电阻R7连接到第二电阻R2和第三电阻R3的公共端。
需要说明的是，感压电桥是硅压阻式压力传感器的惠斯通电桥；当压电传感器感受到压力时，感压电桥的桥臂电阻发生变化，并输出毫伏电压信号；硅压阻压力传感器的感压电桥的桥臂电阻会随着温度变化而变化，即言，当温度增大，桥臂电阻跟着增大，感压电桥下端串联一只小温漂的固定电阻，即分压电阻R7，分压电阻R7根据分压原理，当温度变化时，分压电阻R7上的电压跟着发生变化。
其中，控制单元的输入端与感压单元相连接，控制单元用于采集分压电阻R7分压后的电压信号，以便根据分压后的电压信号得到压力传感器对应的温度，并根据温度输出对应的零点补偿信号和灵敏度补偿信号。
作为一个实施例，控制单元的第一输入端ADC连接到分压电阻R7与感压电桥之间。
也就是说，通过控制单元的第一输入端ADC连接到分压电阻R7与感压电桥之间，以便采集分压电阻R7分压后的电压信号，从而根据该电压信号得到硅压阻式压力传感器对应的温度数据，根据温度数据输出PWM1和PWM2的占空比信号进行硅压阻式压力传感器的零点温漂和灵敏度温漂补偿，进而达到高精度输出的目的。
作为一个实施例，控制单元的第二输入端OWI用于与外部通信，以便写入温度补偿数据。
也就是说，控制单元通过第二输入端OWI获取外部的温度补偿数据，以便根据温度数据和对应的温度补偿数据输出PWM1和PWM2的占空比信号进行硅压阻式压力传感器的零点温漂和灵敏度温漂补偿。
其中，零点补偿单元的输入端与控制单元的第一输出端相连接，零点补偿单元根据零点补偿信号进行温度补偿。
作为一个实施例，零点补偿单元包括第五电阻R5、第一电容C1和第一运算放大器A1，第一运算放大器A1的输出端与放大单元相连接，第一运算放大器A1的第一输入端与第一运算放大器A1的输出端相连接，第一运算放大器A1的第二输入端通过第五电阻R5连接到控制单元的第一输出端，第一运算放大器A1的第二输入端还通过第一电容C1连接到地。
其中，灵敏度补偿单元的输入端与控制单元的第二输出端相连接，灵敏度补偿单元的输出端与感压单元10相连接，灵敏度补偿单元根据灵敏度补偿信号进行温度补偿。
作为一个实施例，灵敏度补偿单元包括第六电阻R6、第二电容C2和第二运算放大器A2，第二运算放大器A2的输入端连接到第一电阻R1和第四电阻R4之间，第二运算放大器A2的第一输入端与第二运算放大器A2的输出端相连接，第二运算放大器A2的第二输入端通过第六电阻R6连接到控制单元的第二输出端，第二运算放大器A2的第二输入端还通过第二电容C2连接到地。
其中，放大单元分别与感压单元10和零点补偿单元的输出端相连接，放大单元对电压信号进行放大和温度补偿，并输出标准信号。
作为一个实施例，放大单元包括仪表放大器PGA，仪表放大器PGA的正输入端连接到第三电阻R3和第四电阻R4之间，仪表放大器PGA的负输入端连接到第一电阻R1和第二电阻R2之间。
需要说明的是，根据电路特点，硅压阻式压力传感器输出的毫伏电压信号直接经过仪表放大器PGA放大输出，采用压摆率大的仪表放大器或压摆率大的运放组成的仪表放大器，可以使压力传感器的响应时间不受影响的情况下进行信号放大。
作为一个实施例，放大单元还与调整电阻Rg相连接，以便通过调整电阻Rg进行放大倍数调整。
需要说明的是，如图1所示，虚线框内为本发明的高频响高精度温度补偿混合集成单元20，主要包括仪表放大器PGA、控制单元MCU、零点补偿PWM1+A1和灵敏度补偿PWM2+A2四个单元；该温度补偿混合集成电路芯片设计VDD电源正引脚和GND电源负引脚，以便对内部仪表放大器(PGA)、控制单元MCU和运算放大器进行供电；从而，采用成熟的芯片加工成混合集成电路，不需要重新进行芯片设计和流片工作，缩短了开发时间，降低了成本。
另外，本发明的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路可以实现多温度点补偿，温度分辨可达0.5℃；输出通路为全模拟，无需进行AD、DA转换，使得压力响应非常快；根据压力传感器(硅压阻芯片)的电阻温漂特性，以硅压阻芯片为温度参考基准，不存在压力传感器(硅压阻芯片)与温度补偿芯片温度场梯度问题，当产品处理快速温变(温变速率≥10℃/min)环境中，也可以保证高精度输出。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，其特征在于，包括：
感压单元，所述感压单元包括感压电桥和分压电阻，所述感压电桥与所述分压电阻相连接，所述感压单元用于在压力传感器感受到压力时，输出对应的电压信号；
温度补偿混合集成单元，所示温度补偿混合集成单元与所述感压单元相连接，所述温度补偿混合集成单元包括：
控制单元，所述控制单元的输入端与所述感压单元相连接，所述控制单元用于采集所述分压电阻分压后的电压信号，以便根据所述分压后的电压信号得到所述压力传感器对应的温度，并根据所述温度输出对应的零点补偿信号和灵敏度补偿信号；
零点补偿单元，所述零点补偿单元的输入端与所述控制单元的第一输出端相连接，所述零点补偿单元根据所述零点补偿信号进行温度补偿；
灵敏度补偿单元，所述灵敏度补偿单元的输入端与所述控制单元的第二输出端相连接，所述灵敏度补偿单元的输出端与所述感压单元相连接，所述灵敏度补偿单元根据所述灵敏度补偿信号进行温度补偿；
放大单元，所述放大单元分别与所述感压单元和所述零点补偿单元的输出端相连接，所述放大单元对所述电压信号进行放大和温度补偿，并输出标准信号。
2.如权利要求1所述的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，其特征在于，所述感压电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻依次串联连接，所述分压电阻连接到所述第二电阻和所述第三电阻之间。
3.如权利要求2所述的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，其特征在于，所述控制单元的第一输入端连接到所述分压电阻与所述感压电桥之间，以便采集硅压阻式压力传感器的温度。
4.如权利要求3所述的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，其特征在于，所述控制单元的第二输入端用于与外部通信，以便写入温度补偿数据。
5.如权利要求4所述的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，其特征在于，所述放大单元包括仪表放大器，所述仪表放大器的正输入端连接到所述第三电阻和所述第四电阻之间，所述仪表放大器的负输入端连接到所述第一电阻和所述第二电阻之间。
6.如权利要求5所述的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，其特征在于，所述零点补偿单元包括第五电阻、第一电容和第一运算放大器，所述第一运算放大器的第一输入端与所述第一运算放大器的输出端相连接并与所述仪表放大器连接，所述第一运算放大器的第二输入端通过第五电阻连接到所述控制单元的第一输出端，所述第一运算放大器的第二输入端还通过第一电容连接到地。
7.如权利要求6所述的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，其特征在于，所述灵敏度补偿单元包括第六电阻、第二电容和第二运算放大器，所述第二运算放大器的输出端连接到所述第一电阻和所述第四电阻之间，所述第二运算放大器的第一输入端与所述第二运算放大器的输出端相连接，所述第二运算放大器的第二输入端通过第六电阻连接到所述控制单元的第二输出端，所述第二运算放大器的第二输入端还通过第二电容连接到地。
8.如权利要求7所述的硅压阻式压力传感器的温度补偿混合集成电路，其特征在于，所述放大单元还与调整电阻相连接，以便通过所述调整电阻进行放大倍数调整。
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