導(dǎo)語(yǔ)：氣壓傳感器電路設(shè)計(jì)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1壓阻式氣壓傳感器

1．1氣壓傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓阻效應(yīng)于1865年由LordKelvin首先發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在這個(gè)原理廣泛應(yīng)用于傳感器原理中。當(dāng)傳感器薄膜結(jié)構(gòu)上的壓敏電阻受到外界壓力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生形變，使電阻率發(fā)生變化從而引起電信號(hào)的改變，這就是壓阻式壓力傳感器的工作原理。由此可見(jiàn)，壓敏電阻的變化與受到的壓力大小和壓阻系數(shù)有關(guān)。本文中的氣壓傳感器是基于硅的壓阻效應(yīng)設(shè)計(jì)的，制備的氣壓傳感器芯片結(jié)構(gòu)截面圖。傳感器結(jié)構(gòu)由一個(gè)單晶硅彈性薄膜和集成在膜上的4個(gè)壓敏電阻組成，4個(gè)電阻形成了惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，當(dāng)有氣壓作用在彈性膜上時(shí)電橋會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與所施加壓力成線性比例關(guān)系的電壓輸出信號(hào)。

1．2氣壓傳感器制作工藝流程

整個(gè)流程主要是采用硅表面微加工工藝。與傳統(tǒng)的壓阻式壓力傳感器的加工方法相比，該工藝流程采用了外延單晶硅硅膜的工藝進(jìn)行真空腔密封，這種方法可以克服傳統(tǒng)的濕法刻蝕工藝的缺點(diǎn)，加工出的單晶硅膜具有很好的機(jī)械性能。①首先，對(duì)硅襯底采用各向異性干法刻蝕，刻蝕出一道道約5μm深的淺槽。然后采用各向同性干法刻蝕，使淺槽下方形成一個(gè)連通的腔。②采用外延工藝，在襯底上進(jìn)行單晶硅外延，并利用外延的硅材料將淺槽完全封住，從而在下面形成一個(gè)接近真空的密封腔。外延工藝如下:溫度為1135℃，采用的是H2，PH3等氣體，外延時(shí)的真空度為80torr。③在對(duì)外延硅層的局部區(qū)域進(jìn)行小劑量硼離子注入。該部工藝主要是為了制作壓敏電阻，壓敏電阻主要位于膜四邊的中央。④對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行大劑量硼離子注入。該步工藝主要是要實(shí)現(xiàn)壓敏電阻條之間的歐姆連接，并為壓敏電阻的引出做準(zhǔn)備。⑤在硅片表面生長(zhǎng)一層氧化層及氮化層，用作絕緣介質(zhì)層。⑥對(duì)氧化層和氮化層光刻并圖形化，形成接觸孔。⑦濺射金屬層并光刻圖形化，形成引線及壓焊塊。

2測(cè)試電路設(shè)計(jì)

此壓阻式氣壓傳感器，壓敏電阻初始電阻值為163Ω，滿量程輸出電阻變化最大為9Ω，針對(duì)此微小阻值變化量，本文中設(shè)計(jì)了一款專(zhuān)用接口測(cè)試電路。該測(cè)試電路主要包括STM32系列單片機(jī)及ADS1247模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和液晶顯示模塊。電路應(yīng)用時(shí)將惠斯通電橋輸出節(jié)點(diǎn)與測(cè)試電路連接起來(lái)，通過(guò)硬件和軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)外界氣壓信號(hào)的檢測(cè)并轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行輸出，讀數(shù)在LCD顯示屏上進(jìn)行顯示，測(cè)試電路板的說(shuō)明如圖4所示，針對(duì)部分重要模塊的電路設(shè)計(jì)在下文說(shuō)明。

2．1電源電路設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)中需要用到3．3V和5V兩種電壓(選用的STM32單片機(jī)規(guī)定工作電壓為2．0V～3．6V，ADS1247數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊模擬電源部分供電電壓為5V)，根據(jù)測(cè)試電路元件的需求，采用國(guó)產(chǎn)LM2940－5和LM1117－3．3兩個(gè)穩(wěn)壓模塊來(lái)進(jìn)行電源供電的設(shè)計(jì)。

2．2ADS1247模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

ADS1247是TI公司推出的一種高性能、高精度的24位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。ADS1247單片集成一個(gè)單周期低通數(shù)字濾波器和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘、一個(gè)精密(ΔΣ)ADC與一個(gè)單周期低通數(shù)字濾波器和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘。內(nèi)置10mA低漂移電源參考和兩個(gè)可編程電流型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。通過(guò)程序設(shè)置，在輸出電壓裕度內(nèi)，DACS可為外部提供多種強(qiáng)度的電流，分別為50μA、100μA、250μA、500μA、750μA、1000μA、1500μA。除此之外，ADS1247還具有一個(gè)可編程放大器(PGA)，放大倍數(shù)可設(shè)置為1倍、2倍、4倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍。

3氣壓傳感器性能測(cè)試分析

氣壓傳感器作為一種高空探測(cè)的工具，它的性能好壞直接影響到高空探測(cè)的準(zhǔn)確性，針對(duì)本傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試并從數(shù)據(jù)中對(duì)氣壓傳感器的靈敏度、線性度、測(cè)試精度進(jìn)行了分析及擬合修正。

4結(jié)束與討論

①本文針對(duì)一種壓阻型氣壓傳感器，設(shè)計(jì)了專(zhuān)用型壓阻式氣壓傳感器輸出信號(hào)檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)了微小電阻變化量的檢測(cè)。②對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和擬合修正，實(shí)現(xiàn)全量程范圍內(nèi)誤差不超過(guò)2．6hPa，完成傳感器的性能測(cè)試與標(biāo)定。③通過(guò)軟硬件結(jié)合進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)傳感器的數(shù)字輸出，完成傳感器的接口電路設(shè)計(jì)。

作者:秦曉霞高艷余輝洋聶萌單位:東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院