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基于集成压力传感器的无源胎压监控系统研究


造车网 http://www.zaoche168.com/ 2008年11月16日

  在车载接收模块,射频接收解码芯片采用摩托罗拉的MC33594芯片,该芯片是和射频发射芯片MC33493芯片配套的射频接收芯片,其工作电压是5 V。控制器采用摩托罗拉的MC9S08AW16单片机,该芯片的内核为S08,可以与轮胎模块的单片机MC6S08QG8采用同样的开发环境,另外该芯片为5 V供电,与射频接收芯片以及LCD显示芯片电平兼容。

  5 新型的胎压监控传感器分析

  压力传感器和温度传感器是轮胎压力监控系统的关键部件,设计并制作了一种新型传感器,它包含压阻式压力传感器和温度传感器两部分。

  其中,压阻式压力传感器主要是利用半导体的压阻效应,把一个惠斯通电桥做在一个硅杯上,如图4所示。当硅杯受到压力后发生形变,惠斯通电桥的四个桥臂电阻就会发生变化,打破了电桥的电平衡,从而会有一个电信号的输出。

  温度传感器采用单电阻结构,在n型硅衬底上制作一个p型电阻。囚为p型注入电阻有一个正的温度系数,当温度发生变化时,电阻的阻值就会发生相应的变化。通过给电阻以电流源供电,就可以通过测量电阻上的电压来检测温度的变化。

    图5是本文制作的传感器芯片的电镜照片。图5(a)为器件正面全貌;图5(b)为薄膜正面;图5(c)为薄膜背面。其中压敏元件采用比常规更厚的50μm 硅杯薄膜(500 μm×500μm),增大了体硅上高应力区的面积,在降低工艺要求的同时提高了线性测量范围和过载压力。压敏电阻设计为折线结构,采用优化的几何尺寸,并将其部分制作在高应力体硅上以获得更高灵敏度。体硅上的温敏电阻随压敏电阻利用同步注入工艺制作,减小了工艺复杂度。该器件工艺简单,成品率高,与标准 IC工艺兼容。

  初步的测试结果表明集成传感器具有良好的性能。压力传感器的满量程输出为150 mV,压力测量范围为0~500 kPa,灵敏度为0.3 mV/kPa。温度传感器的灵敏度为1.24 mV/℃,非线性为1.6%。压力温度集成传感器完全适用于胎压监控系统的要求。

  6 结 论

  在分析了轮胎压力监摔系统的原 理及各种不同解决方案的基础上,设计了一种新型的轮胎压力监控系统解决方案。根据TPMS的要求,设计制作了一种压力温度集成传感器,该器件工艺简单,成品率高,与标准IC工艺兼容。


  感谢清华大学微电子所微纳器件与系统研究室在芯片制作方面给予的帮助和支持,感谢甘肃天水华天传感器有限公司在传感器封装测试方面所给予的帮助和支持。

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水工MPX2100压力传感器及其应用 [ 2008-12-01]
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