数字传感器制造技术

技术编号:18465311 阅读:35 留言:0更新日期:2018-07-18 15:39
混合电子感测部件包括附接至模拟电路的集成电路,在该模拟电路中集成有至少一个感测元件。混合感测部件响应于其环境条件的可量化变化而提供数字形式的输出。感测功能与数据处理分开,这减小了由于处理器中的功耗而导致的自发热的影响。

Digital sensor

The hybrid electronic sensing part includes an integrated circuit attached to the analog circuit, and at least one sensing element is integrated in the analog circuit. The hybrid sensing unit provides a digital form of output in response to the quantifiable change of its environmental conditions. The sensing function is separate from data processing, which reduces the influence of self heating caused by power consumption in the processor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字传感器
技术介绍
本专利技术涉及环境感测装置和制造这种装置的方法。特别地,本专利技术涉及复合电子部件,该复合电子部件通过其子部件中之一的电阻的变化来监测环境条件的变化,并且将数字形式的环境条件的值传送给外部电子电路。特别感兴趣的是对温度的监测和传送,这在跨所有市场领域——从易腐货物的运输和存储到工业过程监测和医疗保健——的生活各方面中具有巨大的需求。具有数字输出的温度传感器通常被称为“芯片上传感器”,其在本领域中是公知的,并且可作为单个集成电路使用或被集成到较大集成电路例如微处理器中。通常这种传感器的主要功能是监测微处理器的内部温度。通常,该类型的这种内部传感器包括具有高电导率的小半导体结,该电导率取决于结处的温度。当用于确定外部体或外部环境的温度时,本领域已知的数字传感器不合乎需要。芯片上传感器存在的一个问题是:通过结的高电流密度导致强烈的局部自发热,由于远离结的不良热传导,局部自发热加剧。这导致错误地确定温度显著高于被监测对象的实际温度。影响数字温度传感器的响应的其他因素是数字温度传感器相对于其物理尺寸特别是其接触面积的较高热质量以及与被监测的对象的热耦合。经由电测量确定温度的优选方法是使用其电阻随温度变化的部件例如热敏电阻。印刷热敏电阻可以被制造成具有高电阻,通常超过1MΩ或者甚至高达数百MΩ,这导致通过装置的电流非常低,并且因此功耗非常低,并且实际上不会自发热。使用印刷热敏电阻的另外的优点是:当在薄基板上印刷时,其热质量相对于其面积较低,并且可以实现较大面积良好的热耦合。因此,更快的响应时间和更精确的测量是可能的。然而,例如对于许多应用而言,数字温度传感器是优选的,因为与传统模拟部件例如热敏电阻相比,数字温度传感器的使用容易并且方便。特别的优点是,以诸如摄氏或华氏的单位直接输出温度的校准数字值,这对用户是有意义的。因此,本专利技术的目的是产生用于监测诸如温度的环境条件并且报告结果的电子部件,该电子部件具有提供所监测条件的校准数字值的所有优点以及印刷热敏电阻的技术优点。相同结构适用于可以应用电阻传感器的任何其他环境监测,例如湿度或压力。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面,响应于环境条件的可量化变化而提供数字形式的输出的电子感测部件包括模拟电路以及至少一个集成电路,在该模拟电路中集成有:至少一个感测元件,所述至少一个感测元件的电阻相对于环境条件的变化而改变;至少一个其他电阻器,所述至少一个其他电阻器的电阻随着环境条件的变化而保持恒定,所述模拟电路以及至少一个集成电路被连接成使得当跨模拟电路施加电位差时,向集成电路的输入端子施加两个电位,由此在集成电路的输出端子中的一个或更多个处生成独特的数字信号,其中独特的数字信号与被测量的环境条件的变化对应,所述两个电位中的一个与要测量的环境条件对应并且另一个与参考值对应。在本专利技术的一些实施方式中,感测元件是负温度系数热敏电阻,该负温度系数热敏电阻的电阻随着其温度增加而减小。优选地,通过印刷来制造至少热敏电阻和模拟电路中的互连。在本专利技术的一些实施方式中,两个恒定值的电阻器与感测元件串联连接,以使得施加至集成电路的输入端的两个电位分别是跨恒定值的电阻器中的一个电阻器的电位差以及跨所述恒定值的电阻器和感测元件的电位差。在本专利技术的一些实施方式中,将电位施加至独立的模数转换器,或者通过多路复用器将电位施加至单个模数转换器。在本专利技术的一些实施方式中,集成电路包括微控制器或微处理器,所述微控制器或微处理器在其输出端子中的一个或更多个处提供数字值之前对数据执行附加计算。在本专利技术的一些实施方式中,通过串行接口提供数字输出。在本专利技术的一些实施方式中,通过同时使用多个输出端子的并行接口来提供数字输出。在一些实施方式中,一个集成电路的输出连接至包括非易失性存储器的第二集成电路。在本专利技术的一些实施方式中,微控制器连接至无线收发器集成电路或与无线收发器集成电路集成,并且天线被集成到模拟电路中或连接至模拟电路。附图说明现在将参照附图仅通过示例的方式更详细地描述本专利技术,在附图中:图1是本专利技术的混合电子数字传感器的第一实施方式的示意图,该混合电子数字传感器包括具有集成电阻式传感器的模拟电子电路,该模拟电子电路被制造在附接有数字电子集成电路的基板上;图2是本专利技术的混合电子传感器的第二实施方式的示意图,该混合电子传感器可以通过添加数字非易失性存储器和可再充电电池而自主地运行外部电子电路;图3是包括混合电子传感器的无线感测系统的示意图,该混合电子传感器的模拟部分与天线集成在同一基板上并且无线收发器被附接至该混合电子传感器以用于外部通信;以及图4是根据本专利技术的实施方式制造的混合数字电子温度传感器的照片。具体实施方式简言之,本专利技术是芯片上“传感器构思”的倒置,以产生具有相同功能但是性能比现有技术更好的“传感器上芯片”。这样的装置必须是混合电子感测部件,其中集成电路附接至模拟电路,该模拟电路集成有至少一个感测元件。混合感测部件响应于其环境条件的可量化变化,提供数字形式的输出。然而,在功能上,感测与数据处理是分开的,这减少了由于处理器中的功耗而导致的自发热的影响。复合部件内部的这两种功能的这种分离还使得传感器能够被设计成具有适合于特定应用的形式和性能。感测元件的电阻相对于例如温度的环境变化而改变。电阻不能被直接测量,因此感测元件与电阻随着环境变化保持恒定的至少有一个其他电阻器一起被集成在部件的模拟部分中。它们被连接成使得当在模拟电路施加电位差时,将两个电位施加至集成电路的输入端,这两个电位中的一个与要测量的条件对应并且另一个与参考值对应。集成电路生成与两个电位的组合对应并且因此与被监测的环境条件对应的独特数字信号。该独特的数字信号可以像两个电位的比值的数值一样简单,或者可以是应用复杂校准功能以产生具有合适单位的有意义量的结果,例如以摄氏为单位的温度、以牛顿为单位的力或以%为单位的相对湿度。转向本专利技术的所示实施方式,在附图1中示出的第一实施方式中,模拟感测电路1被制造在基板2上。基板可以是片材材料或者基板可以形成要感测其环境的对象的本体部分。在基板由片材材料形成的情况下,片材可以是刚性或柔性的,并且可以是固体膜、可以为织造或非织造的纤维材料,或者是这些材料的组合的复合物。合适的固体膜包括:聚合物,例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(通常称为PET或聚酯)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI、Kapton、Vespel);金属箔,包括但不限于铝、铁、铜及其合金;通常被称为玻璃的无定形氧化物和硅酸盐;单晶和多晶半导体材料例如硅;以及烧结陶瓷材料。纤维材料是通常被称为以下各者的那些:纸,包括但不限于植物来源的纤维素纤维,合成聚合物纤维例如聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺,以及玻璃和陶瓷纤维;以及包括动物或植物来源的天然纤维、合成聚合物纤维以及玻璃或陶瓷纤维的织造或非织造织物,包括但不限于纤维素、角蛋白、聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺和芳族聚酰胺。复合材料可以包括纤维复合物,其包括例如用固化的聚合树脂增强的织造或非织造织物或填充有纤维或颗粒填充材料的聚合物。替选地,复合材料可以由如上所述的不同片材材料的层形成,其取向可以平行于基板表面、垂直于基板表面或以任何其它角度倾斜于表面。通常,如本领域所公知的,采用后一种结构来改变片材材料的本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电子感测部件,其响应于环境条件的可量化变化而提供数字形式的输出,所述电子感测部件包括模拟电路以及至少一个集成电路,在所述模拟电路中集成有:至少一个感测元件,所述至少一个感测元件的电阻相对于所述环境条件的变化而改变;至少一个其他电阻器,所述至少一个其他电阻器的电阻随着所述环境条件的变化而保持恒定,所述模拟电路以及至少一个集成电路被连接成使得当跨所述模拟电路施加电位差时,向集成电路的输入端子施加两个电位,由此在所述集成电路的输出端子中的一个或更多个处生成独特的数字信号,其中所述独特的数字信号与被测量的环境条件的变化对应,所述两个电位中的一个与要测量的环境条件对应并且另一个与参考值对应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.18 ZA 2015/085321.一种电子感测部件,其响应于环境条件的可量化变化而提供数字形式的输出,所述电子感测部件包括模拟电路以及至少一个集成电路,在所述模拟电路中集成有:至少一个感测元件,所述至少一个感测元件的电阻相对于所述环境条件的变化而改变;至少一个其他电阻器,所述至少一个其他电阻器的电阻随着所述环境条件的变化而保持恒定,所述模拟电路以及至少一个集成电路被连接成使得当跨所述模拟电路施加电位差时,向集成电路的输入端子施加两个电位,由此在所述集成电路的输出端子中的一个或更多个处生成独特的数字信号,其中所述独特的数字信号与被测量的环境条件的变化对应,所述两个电位中的一个与要测量的环境条件对应并且另一个与参考值对应。2.根据权利要求1所述的电子感测部件,其中,所述感测元件是负温度系数热敏电阻,所述负温度系数热敏电阻的电阻随着其温度增加而减小。3.根据权利要求2所述的电子感测部件,其中,通过印刷来制造至少所述热敏电阻和所述模拟电路中的互连。4.根据权利要求1或2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:史蒂芬·大卫·琼斯伊曼纽尔·奥耶库·约纳马吉特·哈廷大卫·托马斯·布里顿
申请(专利权)人:PST传感器私人有限公司
类型:发明
国别省市:南非,ZA

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