[实用新型]环形振荡器式数字压力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种数字压力传感器，特别涉及一种利用环形振荡器和硅梁结构的环形振荡器式数字压力传感器。

背景技术

汽车安全已变得越来越重要，“轮胎压力监测报警系统(TPMS)”是继安全带和安全气囊之后美国为汽车安全第三次立法。现有的轮胎压力监测报警系统一般使用的都是模拟传感器，精确度、反应速度都不佳，并且工作状态受温度变化的影响。数字化是当今时代的一个特征，轮胎压力监测报警系统(TPMS)中的核心器件的压力传感器的数字化是很多人希望实现的一个课题。随着研究工作的进展，现在已经有很多方法可以实现这一课题，但是，一般都是采用片外集成的方式，单片集成的数字式压力传感器还是很难制作的。几种常用的压力计结构各有缺点，实现数字化是比较困难和复杂的。谐振式压力计在原理上可以容易的实现数字化，但是它的制作和封装非常困难，需要精密的屏蔽设计，以消除附加应力对谐振梁的影响。压阻式压力计的输出信号是模拟电压，要实现数字化就需要有复杂的接口电路和后处理数字电路相连接。另外，压阻式压力计的敏感元件是电阻，存在温度漂移，不可避免的需要解决复杂的温度补偿问题。电容式压力计的敏感元件是微小电容，一般情况下很难制作高灵敏度传感器。另外，微小电容的检测也是很困难的，需要非常复杂的匹配和处理电路。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种环形振荡器式数字压力传感器，其具有结构简单，能够实现数字化的准确、相应速度快的目的。

本实用新型的环形振荡器式数字压力传感器，包括至少二电学参数一致的环形振荡器、一混频器和一滤波器，二环行振荡器分布设置在硅梁结构的应力敏感集中区，其中一个环行振荡器的源漏极平行于应力方向；另一个环行振荡器的源漏极和应力方向垂直；混频器设置在非应力敏感的厚体硅上，滤波器是片外集成的；二环形振荡器输出连接到混频器输入，混频器输出连接到滤波器输入，滤波器输出作为压力传感器的输出。

上述所述的环形振荡器可以采用PMOS工艺制作。

上述所述的环形振荡器可以为奇数个反相器首尾相连构成。

上述所述的混频器可以是双栅MOS晶体管混频电路。

上述所述的传感器采用质量块和四硅梁结构，在硅梁的硅片上设置有两个电学参数相同相互垂直设置的环形振荡器、混频器和外接的滤波器。

本实用新型的压力传感器的特点是采用环行振荡器作为敏感器件，其输出信号是频率信号。压力是一种模拟量，频率信号是一种准数字量，这样就实现了从模拟量向数字量的转化。和传统谐振式压力计相比较，环形振荡器式压力传感器的优点是制作简单，不需要精密的屏蔽设备。另外，采用混频器作为片内信号处理器件，既能减小温度对输出的影响，而且可以消除很大的共模基频信号，便于后处理电路的直接应用。和传统的压阻式压力计相比较，环形振荡器式压力传感器的优点是它的输出信号是频率信号，数字化程度高。此外，和传统的压阻式压力计比较，环形振荡器式压力传感器的温度性能改进了很多。

附图说明

图1是MOS晶体管的结构特性示意图；

图2图1的剖面结构示意图；

图3本实用新型的环形振荡器式数字压力传感器的电器原理框图；

图4是本实用新型的环形振荡器的电路原理图；

图5是本实用新型的混频器电路原理图；

图6是本实用新型的硅梁结构的正面结构示意图；

图7是本实用新型的图6的A—A剖面图。

具体实施方式

本实用新型的环形振荡器式数字压力传感器就是利用晶体管的压敏效应，压力使由晶体管组成的环形振荡器的谐振频率发生变化，通过检测环形振荡器的振荡频率的改变来检测压力的大小。

如图1、图2所示，在应力2的作用下，由于硅的压阻效应，MOS晶体管硅栅5的源极1和漏极3之间的沟道区4的沟道电阻将发生变化。这主要是因为沟道区4载流子的迁移率随应力2的改变而变化。载流子迁移率随应力2的变化和载流子的类型以及晶向有关。对于100晶面的PMOS晶体管，如果应力的方向是沿110晶向，那么源漏极平行于110晶向的PMOS晶体管(即源漏极之间的电流方向和110晶向平行)，其载流子迁移率随应力2变大而变大；源漏极垂直于110晶向的PMOS晶体管(即源漏极之间的电流方向和110晶向垂直)，其载流子迁移率随应力2变大而减小。