具有温度补偿的电阻桥传感器制造技术

本公开的实施例涉及具有温度补偿的电阻桥传感器。桥驱动器电路跨电阻桥电路的第一输入节点和第二输入节点施加偏置电压，该电阻桥电路被配置为测量诸如压力和运动的物理性质。感测电路感测响应于所施加的偏置电压而流经电阻桥电路的桥电流。电阻桥电路的依赖于温度的灵敏度通过处理感测到的桥电流来确定。在电阻桥电路的第一输出节点和第二输出节点处的电压输出被处理以确定物理性质的值。该处理还涉及响应于所确定的依赖于温度的灵敏度来施加温度校正。加温度校正。加温度校正。

【技术实现步骤摘要】
具有温度补偿的电阻桥传感器


[0001]本公开总体上涉及电阻桥电路，并且特别涉及用于对由电阻桥电路输出的信号提供温度补偿的电路。

技术介绍

[0002]参考图1，图1示出了微机电系统(MEMS)器件10的俯视图，其被配置为支持围绕轴线12的振荡。器件10包括主体14，主体14在给定系统扫描应用中包括反射镜表面16。主体14分别通过在其与锚结构22之间的第一扭力(弹簧)臂18和在其与锚结构24之间的第二扭力(弹簧)臂20悬置在腔体(在该顶视图中未明确示出)上。具有本领域技术人员公知的配置的(例如，电容性类型的)驱动部件26在每个扭力臂18、20处被提供。响应于驱动信号(例如，AC信号)的驱动部件26的致动引起主体14围绕轴线12的振荡运动。反射镜表面16接收激光信号并且朝向目标表面反射接收到的激光信号。围绕轴线12的振荡引起反射的激光信号跨目标表面扫描。
[0003]重要的是知道主体14围绕轴线12的振荡运动的机械角度，以便支持控制环的精确操作，该控制环驱动反射镜的振荡。物理性质(诸如压力/角度)传感器30安装在扭力(弹簧)臂18和20中的至少一个扭力臂与锚结构22和24中的相应一个锚结构之间的旋转弹簧锚点处或附近。传感器30典型地由电阻式类型传感器元件形成，其中电阻式类型传感器元件的电阻取决于机械应力，并且因此(优选地基本上线性地)随着主体14围绕轴线12的振荡运动的机械角度Θ的改变而变化。传感器30以电阻值的改变响应于主体的机械角度的改变，该电阻值的变化可以被感测和处理。电阻式类型传感器元件典型地由惠斯通(Wheatstone)桥电路40形成，如图2中所示意性示出的。偏置电压Vbias被施加在输入节点42与44之间，并且输出电压Vout在输出节点46与48之间被生成。第一电阻器R1连接在节点42与节点46之间。第二电阻器R2连接在节点42与节点48之间。第三电阻器R3连接在节点44与节点46之间。第四电阻器R4连接在节点44与节点48之间。电阻器R1至R4全部具有相同的标称电阻值R。然而，响应于由主体14的振荡运动在传感器30处所引起的机械应力，存在针对电阻器R1至R4中的一个或多个电阻器的电阻值变化ΔR，该电阻值变化ΔR根据以下等式引起输出电压Vout的改变：
[0004][0005]Vout的值因此取决于MEMS器件10的动作状态σ(t)(即，机械角度Θ)，MEMS器件10的温度依赖性的灵敏度S(T)和偏置电压Vbias根据以下等式被施加于桥电路40：
[0006]Vout＝S(T)
·
σ(t)
·
Vbias
[0007]其中：ΔR/R等于桥的温度依赖性的灵敏度S(T)乘以反射镜角度σ(t)。
[0008]因此，除了需要了解被施加到桥的偏置电压Vbias和来自桥的输出电压Vout之外，实现MEMS器件10的动作状态的准确测量还需要了解MEMS器件10的温度依赖性的灵敏度S(T)，该灵敏度S(T)由以下等式给出：
[0009]S(T)＝S0(1+α
S1
·
ΔT+α
S2
·
ΔT2)
[0010]其中：α
S1
是将灵敏度与温度相关联的一阶温度系数；以及α
S2
是将灵敏度与温度相关联的二阶温度系数。
[0011]然后有必要补偿在用于MEMS器件10的操作的温度范围上的灵敏度。这只有在温度变化ΔT(即实际温度与某参考温度之间的差)为已知的情况下才可以实现。
[0012]再次参考图1，然后通常在MEMS器件10中还包括温度传感器32。作为示例，温度传感器32可以位于锚结构22或24中，其中传感器元件的电阻取决于温度，并且因此(优选地基本上线性地)随着MEMS器件处的温度的改变而变化。传感器32的热依赖性的电阻效应将温度转变成电阻值的改变，该电阻值的改变可以被感测和处理。传感器元件典型地由单独的惠斯通桥电路(在配置上类似于如图2中所示意性示出的桥电路40)形成。在该情况下，桥的Vout的值取决于温度，并且根据感测到的电压，MEMS器件10的实际温度可以被计算。由此，温度改变是已知的，灵敏度然后可以由前述等式确定并且被用来补偿MEMS器件10的动作状态。
[0013]该系统配置存在许多缺点，包括：a)需要更多到MEMS器件10的电连接，以支持偏置电压的施加和来自两个不同惠斯通桥电路(一个用于压力/角度，另一用于温度)的输出电压的感测；b)由于附加的掩模和工艺步骤，增加了制造MEMS器件10的复杂性；c)添加的制造成本；d)由于温度感测是在压力/角度感测的位置附近、但不恰好在压力/角度感测的位置处执行而引起的精确性缺乏；e)由于包括了附加的温度感测桥电路而引起所占用的电路面积的增加。
[0014]因此，在本领域中需要提供利用压力/角度感测电阻桥电路来支持温度补偿的更好的解决方案。

技术实现思路

[0015]在实施例中，电路包括：桥驱动器电路，被配置为跨电阻桥电路的第一输入节点和第二输入节点施加偏置电压；感测电路，被配置为感测响应于所施加的偏置电压而流经所述电阻桥电路的桥电流；第一处理电路，被配置为根据感测到的桥电流确定所述电阻桥电路的依赖于温度的灵敏度；以及第二处理电路，被配置为处理在所述电阻桥电路的第一输出节点和第二输出节点处的电压输出，并且响应于所确定的依赖于温度的灵敏度来施加温度校正。
附图说明
[0016]将在下面结合附图对具体实施例的非限制性描述中详细讨论前述和其他特征以及优势，其中：
[0017]图1是微机电系统(MEMS)器件的俯视图；
[0018]图2是惠斯通桥电路的示意图；
[0019]图3是MEMS感测系统的示意图；
[0020]图4示出了针对图3的电路的附加电路细节；
[0021]图5示出了针对增益和偏差校正电路的框图；
[0022]图6示出了针对ADC驱动器电路的电路图；
[0023]图7示出了针对由ADC电路处理的模拟信号的颤动的框图；
[0024]图8示出了针对1位数模转换器(DAC)电路的电路图；
[0025]图9示出了通过ADC颤动的使用而实现的优势的频谱表示；
[0026]图10示出了DSP的框图；以及
[0027]图11是DSP算法的框图。
具体实施方式
[0028]在不同的附图中，相同的元件已利用相同的附图标记指定。特别地，不同实施例共有的结构和/或功能元件可以利用相同的附图标记指定并且可以具有完全相同的结构、尺寸和材料特性。
[0029]在整个本公开中，术语“连接”被用来指定电路元件之间除导体之外没有中间元件的直接电连接，而术语“耦合”被用来指定电路元件之间的电连接，该电连接可以是直接的电连接，或可以是经由一个或多个中间元件的电连接。
[0030]术语“大约”、“基本上”和“近似地”在本文中被用来指定讨论中的值的正负10％(优选正负5％)的公差。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电路，包括：桥驱动器电路，被配置为跨电阻桥电路的第一输入节点和第二输入节点施加偏置电压；感测电路，被配置为感测响应于所施加的偏置电压而流经所述电阻桥电路的桥电流；第一处理电路，被配置为根据所感测到的桥电流确定所述电阻桥电路的依赖于温度的灵敏度；以及第二处理电路，被配置为处理在所述电阻桥电路的第一输出节点和第二输出节点处的电压输出，并且响应于所确定的依赖于温度的灵敏度来施加温度校正。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述电阻桥电路被配置为感测物理性质，并且其中所述第二处理电路处理所述电压输出，以生成指示所感测到的物理性质的输出信号。3.根据权利要求2所述的电路，其中所述物理性质为压力。4.根据权利要求2所述的电路，其中所述物理性质为运动。5.根据权利要求4所述的电路，其中所述运动为偏转角度。6.根据权利要求1所述的电路，其中所述感测电路感测作为施加到所述第一输入节点的驱动电流、所述桥驱动器电路的偏置电流和所述桥驱动器电路的共模电流的函数的所述桥电流。7.根据权利要求6所述的电路，其中所述桥驱动器电路向所述电阻桥电路的所述第一输入节点施加第一驱动电流，向所述电阻桥电路的所述第一输入节点施加第一偏置电流，以及从所述电阻桥电路的所述第一输入节点汲取第一共模电流，并且其中所述感测电路根据所述第一驱动电流、所述第一偏置电流和所述第一共模电流生成感测到的源电流。8.根据权利要求7所述的电路，其中所感测到的源电流通过从所述第一驱动电流减去所述第一偏置电流与所述第一共模电流来生成。9.根据权利要求7所述的电路，其中所述第一处理电路处理所感测到的源电流以确定所述依赖于温度的灵敏度。10.根据权利要求9所述的电路，其中处理所感测到的源电流包括：根据所感测到的源电流确定用于所述电阻桥电路的归一化桥电流；根据所述归一化桥电流确定所述电阻桥电路的归一化电阻；根据所述归一化电阻计算所述电阻桥电路的归一化温度；以及输出作为所述归一化温度的函数的所述依赖于温度的灵敏度。11.根据权利要求1所述的电路，其中所述桥驱动器电路向所述电阻桥电路的所述第一输入节点施加第一驱动电流，其中所述感测电路感测所述第一驱动电流以生成所感测到的源电流，并且其中所述第一处理电路通过以下方式来处理所感测到的源电流以确定所述依赖于温度的灵敏度：根据所感测到的源电流确定所述电阻桥电路的所述桥电流；根据在所确定的桥电流与所述电阻桥电路的电阻之间的关系确定所述电阻桥电路的温度；以及确定作为所确定的温度的函数的所述依赖于温度的灵敏度。12.根据权利要求11所述的电路，其中所述第一处理电路包括：第一电流数模转换电路，被配置为按第一因子缩放所感测到的源电流以执行所感测到
的源电流的增益调节；第二电流数模转换电路，被配置为按第二因子缩放独立于温度的源电流，以执行所感测到的源电流的偏移调节；以及其中，所述第一处理电路根据经增益调节和偏移调节的所感测到的源电流确定所述电阻桥电路的所述依赖于温度的灵敏度。13.根据权利要求11所述的电路，其中根据所感测到的源电流确定所述电阻桥电路的所述桥电流包括：从所感测到的源电流减去所述桥驱动器电路的偏置电流。14.根据权利要求11所述的电路，其中根据所感测到的源电流确定所述电阻桥电路的所述桥电流包括：从所感测到的源电流减去所述桥驱动器电路的共模电流。15.根据权利要求11所述的电路，其中所述第一因子和所述第二因子使用校准过程来设置。16.根据权利要求15所述的电路，其中所述校准过程确定所述第一因子和所述第二因子的值，所述第一因子和所述第二因子的值将根据具有特定动态范围的所述桥电流产生电压信号。17.根据权利要求16所述的电路，其中所述校准过程包括：在第一温度处利用所述电阻桥电路来选择针对所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：