你的位置:首页 > 传感技术 > 正文

基于MEMS技术的压力感测系统的设计

发布时间:2014-12-26 责任编辑:echolady

【导读】传统的压力感测系统已经不能满足这个时代的需要,越来越多的领域寻求更加有效的性能,或者更加适合的替代技术。MEMS技术走进人们的视线,压力感测也成为目前采用MEMS技术的领域之一。

基于MEMS技术的压力感测系统的设计
图1
 
MEMS传感器是基于以下的工作原理。在有压力存在时,将会导致一个非常敏感的微机械加工的硅膜(silicon diaphragm)结构体产生形变。此结构体发生形变的程度直接与流经植入电阻网络的电信号相关,由此可以精确测量作用于传感器上的压力。由于硅材料特殊的弹性性能,膜片的形变是临时性的并且可逆。

传统机电型压力传感器设备的特征是体积较大,并且单价成本较高,因此在空间受限、成本敏感的应用中有很大的局限性。而相应的MEMS器件结构紧凑,坚固耐用,也因此具有更高的可靠性以及相对比较廉价的成本。 MEMS传感器的另一个主要优点是,它与普通的CMOS工艺技术兼容,因此传感器元件可以和所需的信号调节电路集成到一个单一的半导体硅片,从而形成单片式压力感测解决方案。

传统基于陶瓷或金属基底的传感器不可能把这些功能集成在一起,使其更容易受到电磁干扰,严重影响传感器整体性能。最后,MEMS压力传感器可以通过包封工作在其他介质中,以便可以进一步提高感测系统的整体鲁棒性(robustness)。在传感器需要用来测量液体的压力时,这种设计特别重要。传感器所处的工作介质通过金属膜与MEMS传感单元隔离,MEMS器件与金属膜之间的空隙是由非导电液体填充,这样可以把压力从金属膜传送到MEMS元件。

为了满足日益增长的对更先进压力感测方案的需求,迈来芯(Melexis)公司最近在产品组合中新增加了两个汽车级基于MEMS技术的压力传感器芯片。这些AEC-Q100认证的器件使用迈来芯公司自己的专有工艺技术制造,同时具有高灵敏度和高线性度,目标市场是汽车压力监控应用(如发动机/变速箱油压、空调系统压力监测等)以及工业过程控制系统、医疗器械、家用电器(如冰箱)和消费电子产品等等。MLX90815经优化设计用于从0到30bar的绝对压力测量,而MLX90816能够测量从30到50bar的满量程绝对压力,二者互相补充。

这些芯片的传感器单元都包括有一个压阻惠斯登电桥(piezo-resistive Wheatstone bridge),其连接到蚀刻在半导体硅片的微小压力隔膜。惠斯登电桥的输入端加有偏置电压,在有压力作用于隔膜时,惠斯登电桥输出端会发生差分电压变化。这些传感器可以直接应用在常规的非腐蚀性(non-corrosive)/非侵蚀性(non-aggressive)介质中,或者根据需要做成充油式传感器模块设计。

随着更广泛地使用压力传感器的新市场机会不断出现,以往传感器技术的固有缺点正变得越来越明显,较大的外形、较差性能和非常高的成本限制了其适用性。相反,通过采用微型传感结构和成本优化的晶圆批量制造,MEMS技术的市场采用注定要大幅度上升。MEMS技术能够应对汽车、工业和医疗保健等要求苛刻的应用环境,但并不会增大系统成本,这种特性正在电子工程设计群体中越来越受欢迎。面对严格的性能要求,MEMS传感器除了可实现更高的集成度,其更高的灵敏度和耐用性都为该技术的光明前景增大了筹码。

相关阅读:

拍案叫绝!MEMS传感器在汽车、可穿戴、工业领域的“三连击”
市场分析:MEMS麦克风发展到助听器领域前景如何?
只需5分钟,让你读懂MEMS技术!

要采购传感器么,点这里了解一下价格!
特别推荐
技术文章更多>>
技术白皮书下载更多>>
热门搜索
 

关闭

 

关闭