压阻式集成压力传感器

采用半导体集成技术将扩散硅型压阻式压力敏感元件与温度补偿网络和放大器等集成在同一基片上.即构成了压阻式集成压力传感器。下面介绍几种不同形式的集成压力传感器。
1)带温度补偿的集成版力传感器
环境温度变化对染成压力传感器造成的影响主要有两方面:一是零点漂移，二是灵敏度漂移。为了提高传感器的性能和精确度，必须对这两方面实施温度补偿。
所谓零点漂移(zero shift)，即指传感器在不受压力时的输出变化量。零点漂移是山于各扩散电阻的阻值随温度变化不一致而引起的一般可通过在扩散电阻桥路的适当桥臂并联或串联电阻的方法进行补偿。然而，由于压阻式压力敏感元件本身的输出电压较小，往往需要后级放大，而放大的同时又引人了相关电路(如放大器)的温度系数。所以，对于传感器的零点漂移实施温度补偿应从整个电路系统考虑，通常是与灵敏度漂移的温度补偿综合考虑，通过引人无源电阻元件，调节作用于传感器上的激励电压来达到补偿目的。
所谓灵敏度漂移(sensitivity shift)，是由于灵敏度随温度变化而引起的传感器校准曲线斜率的变化(亦即传感器满量程输出的变化).研究结果表明，压阻式集成压力传感器输出电压的幅值随温度的升高而降低。由于在任意固定压力下，传感器的输出电压与所加的激励电压成比例。故最常用的补偿方法就是设法使加于传感器的激励电压随着温度的升高而增大，反之亦然。
图8-4给出了两种补偿电路.其中，图(a)是利用正温度系数的热敏电阻的阻值随温度而变化的特性，来改变运算放大器的输出电压，从而改变作用于传感器的激励电压大小.以达到补偿目的。图(b)则是利用三极管的基极与发射极间PN 结的温度敏感特性，使三极管的输出电流发生变化，改变其管压降，从而改变传感器桥路的激励电压，以此达到温度补偿目的。

图8-5所示为一种典型的带温度补偿的集成压力传感器内部电路，其工作原理与图8-4(b)相同。该集成压力传感器把温度补偿电路与力敏电阻电桥集成在一起，使两者具有良好的温度一致性，可取得比外部温度补偿更好的效果，而且其沮度补偿电路简单，补偿效果良好，因此得到了广泛的应用。

2)带放大器的集成压力传感器
这种集成传感器把力敏电阻桥路、电压放大电路和温度补偿电路采用集成电路工艺制作在一起，使用方便，灵敏度高。其电路如图8-6所示。图中，电限 R1-R4是制作在硅膜上的力敏电阻桥路，它的愉出信号经BG1、BG2等元件组成的差分放大器后输出, D1,D2,为温度补偿元件。由于桥路的信号先经过放大再输出，使信号幅度增大，抗干扰能力增强。
由于压阻系数具有负的温度系数.因此在恒压供电时，其灵敏度将随温度的升高而下降.另外，在工作电压一定的条件下，差分放大器的跨导与绝对温度成反比，因此，为了改善整个电路的压力灵敏度系数，利用二极管D1\D2的正向压降具有负温度系数的特性来对电路进行整体补偿。
3)混合集成压力传感器
带放大器的单片集成压力传感器虽然具有体积小、灵敏度高等优点，但由于受到引线和制作工艺的诸多限制.精度难以做得很高，且由于器件的不一致性问题，每个器件都需要对它的零点失调、放大器增益等参数进行独立调节，给使用带来不便。口前有许多集成压力传感器是采用混合集成电路制成的.这种传感器出厂前都经过调节，其精度比较高，互换性也较好，使用方便。
图8-7为混合集成压力传感器的内部电路原理图。该电路主要由稳压电源、带温度补偿的力敏电阻桥路、三个运算放大器和一些电阻构成。三个运算放大器中2和3用作跟随器,1用作放大器。
这种传感器使用十分方便，一个损坏的集成压力传感器可以用同型号的器件直接涌人代换.电路的总梢度在1%以上，温漂优于0.03%/C，利用片内的感温三极管可得到片上的温度信息供外部补偿电路使用。