半导体压阻式压力传感器信号调理的研究

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1、厦门大学学位论文著作权使用声√Illlll2tll2llttll5lllllI笋MIIIIIll4ntttl争lLIll本人同意厦门大学根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位论文(包括纸质版和电子版)，允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。．本学位论文属于：()1．经厦门大学保密委员会审查核

2、定的保密学位论文，于年月日解密，解密后适用上述授权。()2．不保密，适用上述授权。(请在以上相应括号内打“√”或填上相应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。)声明人(签名)：榔1【)l∑年，∑月f≥日摘要传感器技术有着极其广泛韵应用领域，在推动发展经济与社会进步方面起着重要的作用。半导体压阻式压力传感器是利用半导体材料硅的压阻效应，采用压阻全桥原理设计制成的，具有灵敏度高、动态响应快、测

3、量精度高、稳定性好、工作温度范围宽、易于小型与微型化、便于批量生产与使用方便等特点，是一种发展迅速、应用广泛的新型传感器。但由于半导体才材料的温度特性，半导体压阻式压力传感器会产生温度漂移现象，这在相当程度上限制了半导体压阻式压力传感器的使用。因此，对半导体压阻式压力传感器进行温度特性补偿显得尤为重要。半导体压阻式压力传感器的信号调理包括零点失调(ZeroOffset，Zero一0)补偿、零点温度漂移(ZeroTemperatureDrift，Zero—TD)补偿、灵敏度失调(SensitivityOffset，Sen

4、sitivity一0)补偿、灵敏度温度漂移(SensitivityTemperatureDrift，Sensitivity—TD)补偿以及线性度失调(LinearityOffset)补偿，其信号调理方法可分为传统与现代两种信号调理方法。传统信号调理方法普遍采用完全模拟的方式对传感器输出信号进行校准与补偿，其生产成本较高，常用于对测量精度要求不高的情况，主要包括杂质掺杂补偿法、电子器件补偿法等。而随着低价格、可编程数字器件的出现，采用数字方式调整模拟系统，并可将独立的校正参数保存在不挥发数据存储器内的现代信号调理方法成为

5、了可能。现代信号调理方法现己发展为数字传感信号处理器(DSSP)与模拟传感信号处理器(ASSP)两种技术，其中DSSP技术的缺点主要表现在软件的复杂性、响应时间长以及需要一定的内存开销。在对精度要求不高(1"---3％)的工业控制领域中，半导体压阻式压力传感器的信号调理可以不需要对线性度进行补偿，并可近似认为传感器零点漂移与灵敏度漂移分别与温度的变化成线性关系。本论文应用一种新的ASSP技术，研制出采用微机电系统(MEMS)结构设计的半导体压阻式压力传感器信号调理芯片——IMS55。IMS55具有结构设计简单、体积小、

6、成本低廉、参数校准容易等优点。围绕经IMS55信号调理的传感器，论文分析了工作原理，设计了系统结构，推导了数学模型，建立了校准平台。实验表明，温度在一30～125℃时，经IMS55信号调理后的半导体压阻式压力传感器的精度在1"----3％，达到了预期的设计要求。关键词：压力传感器；信号调理；IMS55AbstractSensortechnologyhasanextremelywiderangeofapplications，anditplayssuchanimportantroleinpromotingeconomicd

7、evelopmentandsocialprogress．TakingadvantageofthesemiconductormaterialSilicon’Spiezoresistiveeffectandthepiezoresistivefull-bridgedesign，semiconductorpiezoresistivepressuresensorhascharacteristicsofhighsensitivity,fastdynamicresponse，hi曲accuracy,goodstability,wid

8、eoperatingtemperaturerange，easeofminiaturizationandmicromation，easeofmassproductionandusing，SOitisonekindofnewsensorwitharapiddevelopmentandwideapplication．Butduetoth