具有集成信号处理的传感器模块制造技术

传感器模块有发射敏感的传感器元件（１２），传感器信号准备电路（１３，４１ａ，４４ａ），这个接收传感器元件（１２）的输出信号和因此提供与发射有关的第一个电信号，有温度敏感的参考装置（１４，１５，４１ｂ，４３，４４ｂ），这个提供与温度有关的第二个电信号，和有信号逻辑连接装置（１６）用于将两个电信号逻辑连接。传感器信号准备电路（１３，４１ａ，４４ａ），参考装置（１４，１５，４１ｂ，４３，４４ｂ）和逻辑连接装置（１６）是构成在唯一的芯片（２０，２１）上和芯片（２０，２１）和传感器元件（１２）是安放在一个共同的壳体（２２，６２，６４）中的。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到按照权利要求1总概念的传感器模块。这种传感器模块在DE4331574A1中是已知的。本专利技术涉及到特别是可以使用在烹饪机，烤箱和暖气，例如可以使用在微波炉中的红外传感器模块。附附图说明图1表示了如在上述当代技术水平中叙述的简化框图。12是原本的射线敏感传感元件和在电磁发射的射入方向在其端子上输出电信号。这例如可以涉及到一种热点偶。放大器13将传感元件的电信号放大。为了平衡环境温度对传感元件输出信号的物理影响，此外还安排了同样是温度敏感的参考装置(14，15)。14是温度参考传感器，有益的是安装在传感器附近的热敏电阻和其参数对应于其温度进行变化。15是放大器或者是阻抗变换器，这将这种变化转换为可利用的电信号，电信号与传感元件的被放大的信号逻辑连接，以便减少环境温度对发射传感器信号的影响。16是一个差别放大器，这个构成发射传感器(12，13)信号与温度传感器(14，15)信号的差别和用附加方式输出一个环境温度补偿的和与对象温度有关的输出信号11。已知的电路有各种缺点温度补偿只对相对小的环境温度范围起最佳作用，因为已知的微型温度参考元件的特性曲线是典型的线性或者指数变化的，而且已经证明具有大约4次方的关系是特别适合的。信号放大和信号处理是安放在晶体管壳体外边的印刷电路板上，传感器芯片和温度参考传感器位于晶体管壳体内。因为传感器模块制造得在空间上比较大，装配到应用仪器内时这可以导致位置的麻烦。此外信号处理结构除了金属的传感器壳体之外还会导致，电磁干扰可以使信号畸变。这种影响必须通过昂贵的和复杂的屏蔽措施或者随后的信号处理加以避免。本专利技术的任务是叙述可以输出准确温度补偿输出信号的传感器模块，这个输出信号对应于对象的温度。此任务是通过权利要求1的特征解决的。从属权利要求是针对本专利技术优异的实施形式的。按照本专利技术的传感器有发射敏感的传感元件，传感信号准备电路，温度敏感的参考装置，信号逻辑连接装置，和必要时用于参数调整和校准的各种装置。传感信号准备电路，参考装置和信号逻辑连接装置是构成在唯一的芯片(专用集成电路)上。用于传感信号处理的芯片和传感元件是安放在共同的壳体内。此外可以将传感元件与传感信号准备电路，参考装置和信号逻辑连接装置共同安放在唯一的芯片上。有益的是例如涉及到商用的T05-或者T018的壳体比较小。在确定的截面上可以构成为截面尺寸不能大于12mm。这可以涉及到圆柱形的壳体，此时圆柱体的直径不能大于9mm。将参考装置用于补偿传感元件的温度变化。因为通常传感元件的温度曲线是非线性的，通过线性的参考装置不可能满意地模拟其温度曲线。已经得出在窄的范围内将指数函数用于模拟传感元件的温度曲线或者在宽的范围内将幂函数用于模拟传感元件的温度曲线是合适的。特别是可以使用平方的或者高次方的幂函数，以便将按照发射传感器产生的信号进行处理和最佳地模拟传感元件的温度曲线。从中得出4次方的幂函数作为优异的函数用于最佳补偿传感元件的温度曲线。信号逻辑连接装置可以有加法装置或者减法装置，特别是求和放大器或者求差放大器。选择这些装置中的一个一方面按照定性地比较传感元件的温度曲线和另外一方面按照参考装置的温度曲线以及继续按照必要时产生的符号计算进行。如果参考装置的温度曲线和传感元件的温度曲线本身例如是同方向变化的(例如两个输出信号随着温度升高而下降)，则可以使用求差放大器，如果符号没有进行其他符号计算时。如果信号之一，例如参考装置计算出负的信号时(例如通过阻抗变换器)，则可以使用求和放大器。不仅环境温度对传感元件信号有影响。电路的容许误差和电路的损耗功率也影响输出信号。因此安排了补偿装置用于补偿ASIC的损耗功率，同样校准装置用于避免容许误差和偏移量的影响。为了将传感器与各种对象进行调整和匹配同样可以将有益的数字编程装置安排在壳体内，用这个装置可以调整或者改变传感器的模拟的或者数字的参数。下面在附图基础上叙述本专利技术的单个实施形式。附图表示附图1一个已知的电路；附图2a-f按照本专利技术的实施形式；附图3通过按照本专利技术具有光学成像装置传感器的截面图；附图4按照本专利技术的电路设计；附图5按照本专利技术的扩展的电路设计；附图6a-c通过按照本专利技术具有光学成像装置传感器的扩展的截面图；附图7按照本专利技术的扩展的实施形式；附图8a，b表示典型的壳体结构形式T05(附图8a)和T018(附图8b)。附图2a-f表示了按照本专利技术的传感器结构的上视图。在这些图中如同附图1同样的参考符号代表同样的部件。20是至少包括附图1上的部件13至16的集成电路。这也可以涉及到一个ASIC。与集成电路20分开安排了传感元件12，这可以与集成电路20经过粘接进行连接。集成电路20经过另外的粘接连接与外部接头11相连接。附图2a-c的结构是安排成混合的，作为传感元件12与集成电路20是分开安排的。图上表示了各种连接可能性。在这里与接头11的连接也是用粘接进行的。表示了后面还要叙述的各种连接可能性。22简化表示了具有最大直径为10mm的圆柱形壳体的底板。在壳体上不仅安放集成电路(传感器信号准备电路，参考装置，信号逻辑连接装置)20而且安放混合结构的传感元件12本身或者共同组合在一个芯片21上。附图3表示了通过按照本专利技术混合结构传感器的一个截面。传感器是用于获取由对象30发射的电磁发射，特别是红外发射。传感器有安装在外部的光学成像元件或者聚集元件31，这个元件将对象发出的发射在传感器内部成像或者在那里聚集。有益的是壳体22的四周是封闭的。为了使发射通过壳体有一个窗口32，这至少对于感兴趣的电磁发射的波长范围是可以通过的。壳体可以使至少部分波长范围不通过和于是满足了一个滤波器的功能。否则可以将壳体构成为发射屏蔽的，如果例如壁或者底板是由导电材料构成的和将窗口部分构成为导电的或者半导电的。附图4表示了按照本专利技术电路20实施形式的框图。在附图2a上表示的ASIC是用20表示的。因此被表示的部件作为集成电路位于芯片上。40是接头，经过接头接收传感元件的信号。41a是前置放大器或者也只是阻抗变换器，有益的是具有校准装置。44a是偏移量-修正器。与被叙述的分支平行还有另外的分支。这个分支在输入端有一个参考元件14。参考元件与传感器是热耦合的，和提供与传感器温度对应的信号，有益的是线性的关系。41b也是放大器或者阻抗变换器。43表示用于特性曲线模拟的元件。这些尽可能准确地模拟在接线柱40上的传感元件的温度特性。从中得出传感元件12(在接线柱上)的温度曲线是非线性的。因此通过线性的温度传感元件14只能部分准确地模拟温度曲线。所以模拟42对于窄的温度范围可以是指数函数或者是幂函数。最好是2阶或者4阶的幂函数。平方函数可以通过平方电路43由温度参考元件与温度有关的信号产生。将两个平方43先后连接导致4阶的幂函数。44b是附加的偏移量-修正。46a和46b是变换器，其目的以后还要叙述。16是逻辑连接装置，这可以设计成求和放大器，在其中放大度可以编程。这可以涉及到一种实施形式，在其中温度传感元件14的温度曲线是与原本的传感元件12反方向的，或者在其中温度曲线是相同的，但是例如在参考分支上将符号反向。41c可以是滤波电路或者也可以是扫描-和-停止-电路，以便产生带宽限制的或者时间连本文档来自技高网...

【技术保护点】
传感器模块，具有一发射敏感的传感器元件（１２），这个提供与发射有关的电输出信号，一传感器信号准备电路（１３，４１ａ，４４ａ），其接收传感器元件（１２）的输出信号和提供与发射有关的第一个电信号，一温度敏感的参考装置（１４，４１ｂ，４３，４４ｂ），其提供与温度有关的第二个电信号，和一逻辑连接装置（１６），用于两个电信号的逻辑连接，其特征为，传感器信号准备电路（１３，４１ａ，４４ａ），参考装置（１４，１５，４１ｂ，４３，４４ｂ）和信号逻辑连接装置（１６）是构成在唯一的芯片（２０，２１）上，和芯片（２０，２１）和传感器元件（１２）是安放在一个共同的壳体（２２，６２，６４）内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：J施菲尔德克，M舒尔策，
申请(专利权)人：帕尔金艾光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]