一种单片集成MEMS胎压传感器及其外围电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种单片集成MEMS胎压传感器及其外围电路，包括气压传感器、温度传感器、微加速度计、第一受力应变薄膜和第二受力应变薄膜，气压传感器位于第一受力应变薄膜正上方，温度传感器位于第一受力应变薄膜上方左右侧，气压传感器和温度传感器对称分布，微加速度计位于第二受力应变薄膜正上方，气压传感器前后向分布，温度传感器左右向分布。本装置可消除环境中温度对压阻阻值的影响，选用的压力敏感结构是一种新型的硅铝异质结的压阻式电阻，可控性强，稳定性高，结构一致性好，易于实现集成化。于实现集成化。于实现集成化。

【技术实现步骤摘要】
一种单片集成MEMS胎压传感器及其外围电路


[0001]本技术涉及一种单片集成MEMS胎压传感器及其外围电路，属于汽车胎压检测


技术介绍

[0002]随着汽车个人保有量的急速扩大，以及交通旅游业的迅猛发展，汽车成为现代生活不可或缺的一部分，由此带来的出行安全问题更是得到了社会的广泛关注，其中轮胎故障是所有驾驶人员最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故的一大诱因。有资料显示，每年发生在中国交通事故中，约有30％是因胎压过低导致摩擦过热爆炸以及因胎压过高直接引起爆炸，而高速公路交通事故由胎压问题引起的比率高达50％，因此需要有胎压检测系统实现实时检测和预警，来降低此类事故的发生概率。
[0003]目前国内的TPMS气压传感器大多采用电容式气压传感器以及传统的压阻式气压传感器，前者寄生电容，分布电容对灵敏度的影响较大且联接电路复杂，后者是采用传统的硅压阻实现的，容易受温度影响，灵敏度和分辨率不够，不能对慢性漏气的情况进行有效测量和判断，延误了预警的机会。

技术实现思路

[0004]本技术所要解决的技术问题是克服现有技术“胎压传感器分布电容，寄生电容对灵敏度影响大，灵敏度和分辨率不够及温度漂移”的缺陷，提供一种单片集成MEMS胎压传感器及其外围电路，采用硅铝异质结构作为传感器的传感单元，提高了传感器的灵敏度，并通过温度补偿降低传感器的温度漂移，解决了以上问题。
[0005]为达到上述目的，本技术提供一种单片集成MEMS胎压传感器，包括气压传感器、温度传感器、微加速度计、第一受力应变薄膜和第二受力应变薄膜，气压传感器位于第一受力应变薄膜正上方，温度传感器位于第一受力应变薄膜上方左右侧，气压传感器和温度传感器对称分布，微加速度计位于第二受力应变薄膜正上方，气压传感器前后向分布，温度传感器左右向分布。
[0006]优先地，气压传感器包括第二传感单元和第四传感单元，第二传感单元和第四传感单元对称设置在第一受力应变薄膜正上方；
[0007]第二传感单元包括第一铝条、第一掺杂硅压阻条、第十三电源电极、第十四信号检测电极、第十五信号检测电极和第十六电源电极，
[0008]第一铝条固定连接第一掺杂硅压阻条，第一掺杂硅压阻条上引出第十三电源电极、第十四信号检测电极、第十五信号检测电极和第十六电源电极；
[0009]第二传感单元和第四传感单元结构相同。
[0010]优先地，温度传感器包括第一传感单元和第三传感单元，
[0011]第一传感单元包括第四铝条、第四掺杂硅压阻条、第九电源电极、第十参考电极、第十一参考电极和第十二电源电极，
[0012]第四铝条固定连接第四掺杂硅压阻条，第四掺杂硅压阻条上引出第九电源电极、第十参考电极、第十一参考电极和第十二电源电极；
[0013]第一传感单元和第三传感单元结构相同。
[0014]优先地，微加速度计包括第五传感单元和单悬臂梁结构，单悬臂梁结构固定设置在第二受力应变薄膜正上方，第五传感单元固定设置在单悬臂梁结构的根部；
[0015]第五传感单元包括第五铝条、第五掺杂硅压阻条、第十七电源电极、第十八信号检测电极、第十九信号检测电极和第二十电源电极，
[0016]第五铝条固定连接第五掺杂硅压阻条，第五掺杂硅压阻条上引出第十七电源电极、第十八信号检测电极、第十九信号检测电极和第二十电源电极。
[0017]优先地，包括绝缘二氧化硅层、硼硅玻璃基底和硅基底，二氧化硅层、硅基底和硼硅玻璃基底依次从上向下固定分布，气压传感器、温度传感器和微加速度计固定设置在二氧化硅层上；硅基底底部开设第一凹槽和第二凹槽，硅基底中位于第一凹槽上方的部分形成第一受力应变薄膜，硅基底中位于第二凹槽上方的部分形成第二受力应变薄膜。
[0018]优先地，第一凹槽和第二凹槽横截面均为等腰梯形，第一凹槽位于第二凹槽左侧，第一凹槽的横截面面积小于第二凹槽横截面面积。
[0019]优先地，包括质量块，质量块固定设置在绝缘二氧化硅层上表面，质量块位于单悬臂梁结构内部。
[0020]一种单片集成MEMS胎压传感器的外围电路，包括所述的单片集成MEMS胎压传感器、第一滤波电路、差分放大电路、第二滤波电路、多通道AD转换器、微处理器和TFTLCD芯片，
[0021]气压传感器、温度传感器和微加速度计均电连接第一滤波电路输入端，第一滤波电路输出端电连接差分放大电路的输入端，差分放大电路的输出端电连接第二滤波电路的输入端，第二滤波电路的输出端电连接多通道AD转换器，多通道AD转换器的输出端电连接微处理器的输入端，微处理器电连接TFTLCD芯片。
[0022]优先地，差分放大电路包括第一信号检测引出电极、第二信号检测引出电极、第四信号检测引出电极、第五信号检测引出电极、第七参考引出电极、第八参考引出电极、第九信号检测引出电极、第十信号检测引出电极、第十一参考引出电极和第十二参考引出电极，第一信号检测引出电极、第二信号检测引出电极、第九信号检测引出电极和第十信号检测引出电极连接气压传感器，第七参考引出电极、第八参考引出电极、第十一参考引出电极和第十二参考引出电极连接温度传感器
[0023]第四信号检测引出电极和第五信号检测引出电极连接微加速度计。
[0024]优先地，包括第三供电电极和第六供电电极，第三供电电极连接温度传感器，第六供电电极连接微加速度计。
[0025]本技术所达到的有益效果：
[0026]本技术专利改进了传统的压阻式传感器，采用硅铝异质结构作为传感器的传感单元，提高了传感器的灵敏度，并通过温度补偿降低传感器的温度漂移，解决了以上问题；
[0027]本技术可消除环境中温度对压阻阻值的影响：通过采用两对结构性质相同的硅铝异质结分别设置在SOI硅片的四周，其中一对设置在第一受力应变薄膜外，作为差分的
参考电路，其输出的电信号与谐振器输出的电信号之差作为运放电路的差分输入信号，有效提高了测量结果的准确度；
[0028]本技术胎压传感器采用了串联排列的硅铝异质结的传感单元，解决了硅铝异质结低电阻的特性，体现了单片集成的优点，提高了传感器灵敏度；
[0029]本技术选用的压力敏感结构是一种新型的硅铝异质结的压阻式电阻，其巨压阻效应的电阻应变系数高达843，比传统体加工的硅压阻的电阻应变系数(100左右)高出很多，硅铝异质结的压敏电阻在压力下产生的巨压阻效应能够大大提高传感器的检测灵敏度和分辨率。采用这种结构所制成的压敏电阻可控性强，稳定性高，结构一致性好，易于实现集成化；
[0030]本技术通过标准的MEMS制造工艺实现，不需要新的技术，节省了制造成本；
[0031]本技术选用N型100晶向的SOI硅片制备得到绝缘二氧化硅层6，SOI硅片具有许多体硅所无法比拟的优点：它可以即可通过中间的绝缘氧化层实现硅顶层和底层的电气隔离，一方面可确保传感器可靠的工作在高温环境中，另一方面可彻底消除了传感器的寄生闩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单片集成MEMS胎压传感器，其特征在于，包括气压传感器、温度传感器、微加速度计、第一受力应变薄膜和第二受力应变薄膜，气压传感器位于第一受力应变薄膜正上方，温度传感器位于第一受力应变薄膜上方左右侧，气压传感器和温度传感器对称分布，微加速度计位于第二受力应变薄膜正上方，气压传感器前后向分布，温度传感器左右向分布。2.根据权利要求1所述的一种单片集成MEMS胎压传感器，其特征在于，气压传感器包括第二传感单元和第四传感单元，第二传感单元和第四传感单元对称设置在第一受力应变薄膜正上方；第二传感单元包括第一铝条（1
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1）、第一掺杂硅压阻条（2
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1）、第十三电源电极（3
‑
13）、第十四信号检测电极（3
‑
14）、第十五信号检测电极（3
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15）和第十六电源电极（3
‑
16），第一铝条（1
‑
1）固定连接第一掺杂硅压阻条（2
‑
1），第一掺杂硅压阻条（2
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1）上引出第十三电源电极（3
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13）、第十四信号检测电极（3
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14）、第十五信号检测电极（3
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15）和第十六电源电极（3
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16）；第二传感单元和第四传感单元结构相同。3.根据权利要求1所述的一种单片集成MEMS胎压传感器，其特征在于，温度传感器包括第一传感单元和第三传感单元，第一传感单元包括第四铝条（1
‑
4）、第四掺杂硅压阻条（2
‑
4）、第九电源电极（3
‑
9）、第十参考电极（3
‑
10）、第十一参考电极（3
‑
11）和第十二电源电极（3
‑
12），第四铝条（1
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4）固定连接第四掺杂硅压阻条（2
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4），第四掺杂硅压阻条（2
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4）上引出第九电源电极（3
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9）、第十参考电极（3
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10）、第十一参考电极（3
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11）和第十二电源电极（3
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12）；第一传感单元和第三传感单元结构相同。4.根据权利要求1所述的一种单片集成MEMS胎压传感器，其特征在于，微加速度计包括第五传感单元和单悬臂梁结构（8），单悬臂梁结构（8）固定设置在第二受力应变薄膜正上方，第五传感单元固定设置在单悬臂梁结构（8）的根部；第五传感单元包括第五铝条（1
‑
5）、第五掺杂硅压阻条（2
‑
5）、第十七电源电极（3
‑
17）、第十八信号检测电极（3
‑
18）、第十九信号检测电极（3
‑
19）和第二十电源电极（3
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20），第五铝条（1
‑
5）固定连接第五掺杂硅压阻条（2
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5），第五掺杂硅压阻条（2
‑
5）上引出第十七电源电极（3
‑
17）、第十八信号检测电极（3
‑
18）、第十九信号检测电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱飞宏，张加宏，王超，陈源，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：