CN118090017A - 一种多芯片压力传感器及漂移补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多芯片压力传感器及漂移补偿方法，其传感器包括漂移补偿电路，漂移补偿电路包括正输出端、负输出端、主压力传感芯片以及至少一组从压力传感芯片组；每组从压力传感芯片组包括第一从压力传感芯片以及第二从压力传感芯片；每组从压力传感芯片组中，第一从压力传感芯片的输出端的负极以及主压力传感芯片的输出端的正极均与正输出端电连接，第一从压力传感芯片的输出端的正极以及第二从压力传感芯片的输出端的负极均与正输出端电连接，第二从压力传感芯片的输出端的正极以及主压力传感芯片的输出端的负极均与负输出端电连接；本发明能够降低传感器的零点偏移和增益误差，提高传感器的稳定性。

Description

一种多芯片压力传感器及漂移补偿方法

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种多芯片压力传感器及漂移补偿方法。

背景技术

现有技术均采用单芯片方案来制作微机电系统压力传感器，采用微机电系统技术的压力传感器采用4个惠斯顿电桥结构连接的压敏电阻组成。当这些传感器上没有压力时，惠斯顿电桥中的所有电阻值都是相等的。理论情况下，当有外力施加于电桥时，两个相向电阻的阻值将增加，而另两个电阻的阻值将减小，而且增加和减小的阻值彼此相等。但是，实际情况下传感器存在偏移和增益误差。偏移误差是指没有压力施加于传感器时存在输出；增益误差指传感器输出相对于施加于传感器外力的敏感程度。

因此，现有技术中采用单芯片方案来制作微机电系统压力传感器无法解决传感器的零点漂移、量程漂移及长期稳定性等技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中，采用单芯片方案来制作微机电系统压力传感器无法解决传感器的零点漂移、量程漂移及长期稳定性等技术问题，本发明提供一种多芯片压力传感器及漂移补偿方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种多芯片压力传感器，包括漂移补偿电路，所述漂移补偿电路包括正输出端、负输出端、主压力传感芯片以及至少一组从压力传感芯片组；每组所述从压力传感芯片组包括第一从压力传感芯片以及第二从压力传感芯片；

每组所述从压力传感芯片组中，所述第一从压力传感芯片的输出端的负极以及所述主压力传感芯片的输出端的正极均与所述正输出端电连接，所述第一从压力传感芯片的输出端的正极以及所述第二从压力传感芯片的输出端的负极均与所述正输出端电连接，所述第二从压力传感芯片的输出端的正极以及所述主压力传感芯片的输出端的负极均与所述负输出端电连接。

本发明的有益效果是：通过利用压力传感芯片组内的第一从压力传感芯片以及第二从压力传感芯片的电压差来补偿主压力传感芯片输出的电压，能够降低传感器的零点偏移和增益误差，提高传感器的稳定性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，还包括第一气道以及第二气道，所述第一气道与所述主压力传感芯片的正面连通，所述第二气道与所述主压力传感芯片的背面连通；每组所述从压力传感芯片组中，所述第一从压力传感芯片的正面与所述第二气道接通，所述第一从压力传感芯片的背面与所述第一气道接通，所述第二从压力传感芯片的正面与所述第一气道接通，所述第二从压力传感芯片的背面与所述第二气道接通。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过让第一气道以及第二气道交叉地与从压力传感芯片组中的两个芯片的正背面接通，能够降低第一气道与第二气道的制造误差所带来的零点漂移以及量程漂移。

进一步，所述主压力传感芯片包括压敏电阻R1、压敏电阻R2、压敏电阻R3以及压敏电阻R4；所述压敏电阻R1的一端分别与所述压敏电阻R2的一端以及电源的正极电连接，所述压敏电阻R1的另一端分别与所述压敏电阻R3的一端以及所述负输出端电连接，所述压敏电阻R2的另一端分别与所述压敏电阻R4的一端以及所述正输出端电连接；所述压敏电阻R3的另一端以及所述压敏电阻R4的另一端均接地。

进一步，所述第一从压力传感芯片包括压敏电阻R5、压敏电阻R6、压敏电阻R7以及压敏电阻R8；所述压敏电阻R5的一端分别与所述压敏电阻R6的一端以及电源的正极电连接，所述压敏电阻R5的另一端分别与所述压敏电阻R7的一端以及所述压敏电阻R2的另一端电连接，所述压敏电阻R6的另一端分别与所述压敏电阻R8的一端、所述第二从压力传感芯片的输出端的负极以及所述正输出端电连接；所述压敏电阻R7的另一端以及所述压敏电阻R8的另一端均接地。

进一步，所述第二从压力传感芯片包括压敏电阻R9、压敏电阻R10、压敏电阻R11以及压敏电阻R12；所述压敏电阻R9的一端分别与所述压敏电阻R10的一端以及电源的正极电连接，所述压敏电阻R9的另一端分别与所述压敏电阻R11的一端以及所述压敏电阻R6的另一端电连接，所述压敏电阻R10的另一端分别与所述压敏电阻R12的一端以及所述负输出端电连接；所述压敏电阻R11的另一端以及所述压敏电阻R12的另一端均接地。

进一步，所述正输出端与所述负输出端之间的电压的表示公式如下：

Vout＝V1-(V2-V3)；

其中，Vout表示所述正输出端与所述负输出端之间的电压，V1表示所述主压力传感芯片的输出端的正极与负极之间的电压，V2表示所述第一从压力传感芯片的输出端的正极与负极之间的电压，V3表示所述第二从压力传感芯片的输出端的正极与负极之间的电压。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种多芯片压力传感器的漂移补偿方法，其具体方案如下：

一种多芯片压力传感器的漂移补偿方法，应用于上述多芯片压力传感器；包括如下步骤：

计算每组所述从压力传感芯片组中，第一参考电压与第二参考电压之差，得到补偿电压；其中，所述第一参考电压为所述第一从压力传感芯片的输出端的正极与负极之间的电压，所述第二参考电压为所述第二从压力传感芯片的输出端的正极与负极之间的电压；

利用主输出传感电压减去所述补偿电压，得到最终输出电压；其中，所述主输出传感电压为所述主压力传感芯片的输出端的正极与负极之间的电压。

附图说明

图1为本发明实施例中一种多芯片压力传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例中气路补偿结构示意图；

图3为本发明实施例中一种多芯片压力传感器的漂移补偿方法的流程框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-主压力传感芯片，2-第一从压力传感芯片，3-第二从压力传感芯片，4-第一气道，5-第二气道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本实施例提供一种多芯片压力传感器，包括漂移补偿电路，所述漂移补偿电路包括正输出端、负输出端、主压力传感芯片1以及至少一组从压力传感芯片组；每组所述从压力传感芯片组包括第一从压力传感芯片2以及第二从压力传感芯片3；每组所述从压力传感芯片组中，所述第一从压力传感芯片2的输出端的负极以及所述主压力传感芯片1的输出端的正极均与所述正输出端电连接，所述第一从压力传感芯片2的输出端的正极以及所述第二从压力传感芯片3的输出端的负极均与所述正输出端电连接，所述第二从压力传感芯片3的输出端的正极以及所述主压力传感芯片1的输出端的负极均与所述负输出端电连接。

在一些实施例中，所述主压力传感芯片1包括压敏电阻R1、压敏电阻R2、压敏电阻R3以及压敏电阻R4；所述压敏电阻R1的一端分别与所述压敏电阻R2的一端以及电源的正极Vs+电连接，所述压敏电阻R1的另一端分别与所述压敏电阻R3的一端以及所述负输出端电连接，所述压敏电阻R2的另一端分别与所述压敏电阻R4的一端以及所述正输出端电连接；所述压敏电阻R3的另一端以及所述压敏电阻R4的另一端均接地。

具体地，所述第一从压力传感芯片2包括压敏电阻R5、压敏电阻R6、压敏电阻R7以及压敏电阻R8；所述压敏电阻R5的一端分别与所述压敏电阻R6的一端以及电源的正极Vs+电连接，所述压敏电阻R5的另一端分别与所述压敏电阻R7的一端以及所述压敏电阻R2的另一端电连接，所述压敏电阻R6的另一端分别与所述压敏电阻R8的一端、所述第二从压力传感芯片3的输出端的负极以及所述正输出端电连接；所述压敏电阻R7的另一端以及所述压敏电阻R8的另一端均接地。

所述第二从压力传感芯片3包括压敏电阻R9、压敏电阻R10、压敏电阻R11以及压敏电阻R12；所述压敏电阻R9的一端分别与所述压敏电阻R10的一端以及电源的正极Vs+电连接，所述压敏电阻R9的另一端分别与所述压敏电阻R11的一端以及所述压敏电阻R6的另一端电连接，所述压敏电阻R10的另一端分别与所述压敏电阻R12的一端以及所述负输出端电连接；所述压敏电阻R11的另一端以及所述压敏电阻R12的另一端均接地。其中，压敏电阻R1、压敏电阻R2、压敏电阻R3、压敏电阻R4、压敏电阻R5、压敏电阻R6、压敏电阻R7、压敏电阻R8、压敏电阻R9、压敏电阻R10、压敏电阻R11以及压敏电阻R12的阻值均相等。

在一些实施例中，所述正输出端与所述负输出端之间的电压的表示公式如下：

Vout＝V1-(V2-V3)；

其中，Vout表示所述正输出端与所述负输出端之间的电压即Vout为VOUT+与VOUT-之差，V1表示所述主压力传感芯片1的输出端的正极与负极之间的电压，V2表示所述第一从压力传感芯片2的输出端的正极与负极之间的电压，V3表示所述第二从压力传感芯片3的输出端的正极与负极之间的电压。

如图2所示，多芯片压力传感器还包括第一气道4以及第二气道5，所述第一气道4与所述主压力传感芯片1的正面连通，所述第二气道5与所述主压力传感芯片1的背面连通；每组所述从压力传感芯片组中，所述第一从压力传感芯片2的正面与所述第二气道5接通，所述第一从压力传感芯片2的背面与所述第一气道4接通，所述第二从压力传感芯片3的正面与所述第一气道4接通，所述第二从压力传感芯片3的背面与所述第二气道5接通。通过让第一气道4以及第二气道5交叉地与从压力传感芯片组中的两个芯片的正背面接通，能够降低第一气道4与第二气道5的制造误差所带来的零点漂移以及量程漂移。

本发明实施例通过利用压力传感芯片组内的第一从压力传感芯片2以及第二从压力传感芯片3的电压差来补偿主压力传感芯片1输出的电压，能够降低传感器的零点偏移和增益误差，提高传感器的稳定性。

如图3所示，本实施例提供一种多芯片压力传感器的漂移补偿方法，其方法应用于上述多芯片压力传感器；包括如下步骤：

S1、计算每组所述从压力传感芯片组中，第一参考电压与第二参考电压之差，得到补偿电压；其中，所述第一参考电压为所述第一从压力传感芯片2的输出端的正极与负极之间的电压，所述第二参考电压为所述第二从压力传感芯片3的输出端的正极与负极之间的电压；

S2、利用主输出传感电压减去所述补偿电压，得到最终输出电压；其中，所述主输出传感电压为所述主压力传感芯片1的输出端的正极与负极之间的电压即VOUT+与VOUT-之间的电压。

在任一压力传感芯片中，两个电阻串联形成电阻串，由于是等值电阻，因此两电阻间的节点电压是电阻串电压的一半。如果一个电阻值增加1％，另一个电阻减小1％，那么两个电阻节点处的电压将改变1％。如果将两个电阻串进行并联，如图1的主压力传感芯片1中左边下方的电阻和右边上方的电阻阻值均减小1％，另外两个电阻增加1％，那么两个中点间的电压将从零差值变为改变2％。两个并行分支的这种配置就被称为惠斯顿桥。

当压力传感器芯片使用微机电系统技术时，其压力传感器芯片由4个采用惠斯顿电桥结构连接的压敏电阻组成。当传感器上没有压力时，惠斯顿电桥中的所有电阻值都是相等的。当有外力施加于电桥时，两个相向电阻的阻值将增加，而另两个电阻的阻值将减小，而且增加和减小的阻值彼此相等。

因为传感器存在偏移和增益误差，偏移误差是指没有压力施加于传感器时存在输出；增益误差指传感器输出相对于施加于传感器外力的敏感程度。例如传感器一般规定激励电压为5V，具有20mV/V的标称满刻度输出。这意味着在激励电压为5V时，标称满刻度输出为：20mV/V×5V＝100mV；偏移电压可能是2mV，或满刻度的2％；最小和最大满刻度输出电压可能是50mV和150mV，或标称满刻度的±50％。本发明实施例为采用多芯片方案，在电路中用芯片之间电势的相互作用进行输出补偿，在气路上选用芯片的正压即正面收到的气压与背压即背面受到的气压相互交替来达到芯片输出的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的构思和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多芯片压力传感器，其特征在于，包括漂移补偿电路，所述漂移补偿电路包括正输出端、负输出端、主压力传感芯片(1)以及至少一组从压力传感芯片组；每组所述从压力传感芯片组包括第一从压力传感芯片(2)以及第二从压力传感芯片(3)；

每组所述从压力传感芯片组中，所述第一从压力传感芯片(2)的输出端的负极以及所述主压力传感芯片(1)的输出端的正极均与所述正输出端电连接，所述第一从压力传感芯片(2)的输出端的正极以及所述第二从压力传感芯片(3)的输出端的负极均与所述正输出端电连接，所述第二从压力传感芯片(3)的输出端的正极以及所述主压力传感芯片(1)的输出端的负极均与所述负输出端电连接。

2.根据权利要求1所述的多芯片压力传感器，其特征在于，还包括第一气道(4)以及第二气道(5)，所述第一气道(4)与所述主压力传感芯片(1)的正面连通，所述第二气道(5)与所述主压力传感芯片(1)的背面连通；每组所述从压力传感芯片组中，所述第一从压力传感芯片(2)的正面与所述第二气道(5)接通，所述第一从压力传感芯片(2)的背面与所述第一气道(4)接通，所述第二从压力传感芯片(3)的正面与所述第一气道(4)接通，所述第二从压力传感芯片(3)的背面与所述第二气道(5)接通。

3.根据权利要求1所述的多芯片压力传感器，其特征在于，所述主压力传感芯片(1)包括压敏电阻R1、压敏电阻R2、压敏电阻R3以及压敏电阻R4；所述压敏电阻R1的一端分别与所述压敏电阻R2的一端以及电源的正极电连接，所述压敏电阻R1的另一端分别与所述压敏电阻R3的一端以及所述负输出端电连接，所述压敏电阻R2的另一端分别与所述压敏电阻R4的一端以及所述正输出端电连接；所述压敏电阻R3的另一端以及所述压敏电阻R4的另一端均接地。

4.根据权利要求3所述的多芯片压力传感器，其特征在于，所述第一从压力传感芯片(2)包括压敏电阻R5、压敏电阻R6、压敏电阻R7以及压敏电阻R8；所述压敏电阻R5的一端分别与所述压敏电阻R6的一端以及电源的正极电连接，所述压敏电阻R5的另一端分别与所述压敏电阻R7的一端以及所述压敏电阻R2的另一端电连接，所述压敏电阻R6的另一端分别与所述压敏电阻R8的一端、所述第二从压力传感芯片(3)的输出端的负极以及所述正输出端电连接；所述压敏电阻R7的另一端以及所述压敏电阻R8的另一端均接地。

5.根据权利要求4所述的多芯片压力传感器，其特征在于，所述第二从压力传感芯片(3)包括压敏电阻R9、压敏电阻R10、压敏电阻R11以及压敏电阻R12；所述压敏电阻R9的一端分别与所述压敏电阻R10的一端以及电源的正极电连接，所述压敏电阻R9的另一端分别与所述压敏电阻R11的一端以及所述压敏电阻R6的另一端电连接，所述压敏电阻R10的另一端分别与所述压敏电阻R12的一端以及所述负输出端电连接；所述压敏电阻R11的另一端以及所述压敏电阻R12的另一端均接地。

6.根据权利要求1所述的多芯片压力传感器，其特征在于，所述正输出端与所述负输出端之间的电压的表示公式如下：

Vout＝V1-(V2-V3)；

其中，Vout表示所述正输出端与所述负输出端之间的电压，V1表示所述主压力传感芯片(1)的输出端的正极与负极之间的电压，V2表示所述第一从压力传感芯片(2)的输出端的正极与负极之间的电压，V3表示所述第二从压力传感芯片(3)的输出端的正极与负极之间的电压。

7.一种多芯片压力传感器的漂移补偿方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任一项所述的多芯片压力传感器；包括如下步骤：

计算每组所述从压力传感芯片组中，第一参考电压与第二参考电压之差，得到补偿电压；其中，所述第一参考电压为所述第一从压力传感芯片(2)的输出端的正极与负极之间的电压，所述第二参考电压为所述第二从压力传感芯片(3)的输出端的正极与负极之间的电压；

利用主输出传感电压减去所述补偿电压，得到最终输出电压；其中，所述主输出传感电压为所述主压力传感芯片(1)的输出端的正极与负极之间的电压。