专利名称：薄膜电阻性气体传感器变化电阻检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种薄膜电阻性气体传感器变化电阻检测装置。
背景技术：
近年来，随着传感器技术的发展，越来越多的气体传感器被用于气体浓度、湿度、温度等方面的检测。薄膜电阻性气体传感器因其可以实现微小化并且不需要高温加热而广泛应用于气体传感器检测领域。从电学的角度而言，薄膜电阻性气体传感器的输出可等效为一电阻Re，该等效电阻Re由基线电阻Rb和变化电阻dR组成。对于不同的薄膜电阻性气体传感器，基线电阻Rb的变化范围很大，其范围大概为十千欧姆至几十兆欧姆，而变化电阻dR则与气体被检测量的变化有关。通常来说，变化电阻dR与基线电阻Rb的比值非常小。因此，针对不同的薄膜电阻性传感器，如何高精度地检测出变化很小的变化电阻dR是现在的一个设计难点。此外，基线电阻Rb会随着时间、周边的温湿度等环境变量的变化而产生变化，这将导致测量精度并不高，这就对整个信号调理电路提出了实时补偿的要求。
发明内容
本发明旨在提供一种能对变化电阻进行高精度地测量，并能实时进行补偿的薄膜电阻性气体传感器变化电阻的检测装置。本发明提供的薄膜电阻性气体传感器变化电阻的检测装置，包括外置薄膜电阻性气体传感器、可编程电流源、可编程电阻模块、基准电压源、低噪声仪表放大器IA、可编程增益放大器PGA、模数转换器ADC、内置温度传感器、寄存器、SPI接口、外置处理器MCU、外置温湿度传感器；其中，外置薄膜电阻性气体传感器和可编程电阻模块相连接，可编程电阻模块与基准电压源分别和低噪声仪表放大器IA的正向输入端与负向输入端连接，低噪声仪表放大器IA和可编程增益放大器PGA连接，可编程增益放大器PGA和模数转换器ADC顺序连接，可编程电流源、可编程电阻模块、基准电压源、低噪声仪表放大器IA、可编程增益放大器PGA、模数转换器ADC、内置温度传感器和寄存器分别连接寄存器和SPI接口连接，SPI接口和外置处理器MCU连接，外置温湿度传感器和外置处理器MCU连接。本发明中，所述可编程电阻模块由两个可编程电阻阵列Rl和R2组成。两个电阻阵列Rl和R2均由16X 16个电阻组成，采用8位分段译码方式，其最小位为15. 625ΚΩ。图2示出了可编程电阻阵列的实现方式，当输入8位数据译码时，高4位对应于行地址，低4位对应于列地址，再通过分别对行列中各个开关的控制实现对电阻阻值的编程。本发明中，所述外置薄膜电阻性气体传感器的等效电阻Re和可编程电阻阵列Rl与R2具有8种组合模式，分别为⑴Re + Rl + R2，⑵Re + Rl，(3) Re + (R1 Il R2)
，(4) Re // Rl // R2，(5) (Re + Rl) // R2，(6) Re // (R1+R2)，(7) Re，(8)预留模式。本发明中，所述可编程电流源产生的电流流过外置薄膜电阻性气体传感器的基线电阻Rb和可编程电阻阵列Rl与R2组合后产生的电阻R3，产生的电压与基准电压源在低噪声仪表放大器IA输入端产生的电压差Vl小于阈值电压VT,电压差Vl经过低噪声仪表放大器IA、可编程增益放大器PGA放大后输出为直流电压Vdc，该电压满足直流电压偏置的要求；同时，可编程电流源产生的电流流过外置薄膜电阻性气体传感器的变化电阻dR和可编程电阻阵列Rl与R2组合后产生的电阻R4，产生的电压经过低噪声仪表放大器IA、可编程增益放大器PGA放大后输出为交流电压Vac，该电压能够被模数转换器ADC7检测出来。本发明中，可编程电流源电流大小、可编程电阻阵列Rl阻值和R2阻值、外置薄膜电阻性气体传感器的等效电阻Re和可编程电阻阵列Rl与R2的组合模式、低噪声仪表放大器IA的放大倍数、可编程增益放大器PGA放大倍数、模数转换器ADC、内置温度传感器可与寄存器进行通信或配置，寄存器可通过SPI接口与外置处理器MCU通信进行配置。
本发明中，内置温度传感器或外置温湿度传感器获取外置薄膜电阻性气体传感器周围环境的环境参量，环境参量经过外置处理器MCU补偿处理后，通过SPI接口形成闭环控制后实现实时补偿功能。本发明所具有的有益效果是
1、通过对外置薄膜电阻性气体传感器基线电阻Rb跟踪消除的技术，实现对变化电阻地高精度测量；
2、通过实时检测外置薄膜电阻性气体传感器所在环境的环境参量后经过MCU补偿处理，再通过寄存器和SPI接口形成闭环控制后实现实时补偿功能。
图I为本发明的原理框图。图2为本发明的可编程电阻的实现方式。图3为本发明的基线电阻和可编程电阻组合模式的示意图。图4为本发明的直流电压Vdc的示意图。图5为本发明的交流电压Vac的示意图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述
在图I中，薄膜电阻性气体传感器变化电阻的检测装置，包括外置薄膜电阻性气体传感器I、可编程电流源2、可编程电阻模块3、基准电压源4、低噪声仪表放大器IA5、可编程增益放大器PGA6、模数转换器ADC7、内置温度传感器8、寄存器9、SPI接口 10、外置处理器MCU11、外置温湿度传感器12 ;外置薄膜电阻性气体传感器I和可编程电阻模块3相连接，可编程电阻模块3与基准电压源4分别和低噪声仪表放大器IA5的正向输入端与负向输入端连接，低噪声仪表放大器IA5和可编程增益放大器PGA6连接，可编程增益放大器PGA6和模数转换器ADC7顺序连接，可编程电流源2、可编程电阻模块3、基准电压源4、低噪声仪表放大器IA5、可编程增益放大器PGA6、模数转换器ADC7、内置温度传感器8和寄存器9分别连接，寄存器9和SPI接口 10连接，SPI接口 10和外置处理器MCUll连接，外置温湿度传感器12和外置处理器MCUll连接。可编程电流源2具有3种输出电流，分别为25. 6uA、3. 2uA和O. 4uA。可编程电阻模块3由两个可编程电阻阵列Rl和R2组成，两个电阻阵列均由16X16个电阻组成，采用8位分段译码方式，其最小位为15. 625ΚΩ。图2示出了可编程电阻阵列的实现方式，当输入8位数据译码时，高4位对应于行地址，低4位对应于列地址，再通过分别对行列中各个开关的控制实现对电阻阻值的编程。外置薄膜电阻性气体传感器I的基线电阻Re和可编程电阻阵列Rl与R2具有8 种组合模式，分别为(I) Re + Rl + R2，(2) Re + Rl，(3) Re + (R1 Il R2)，(4)Re Il Rl Il R2，(5) (Re + Rl) Il R2，(6) Re Il (R1+R2)，(7) Re, (8)预留模式。在图3中，SI SlO为开关，通过设置SI SlO的开关状态可决定基线电阻Rb和可编程电阻阵列Rl与R2的组合模式，如下表I所示
表I开关状态与组合模式对应表
权利要求
1.一种薄膜电阻性气体传感器变化电阻的检测装置，其特征在于包括外置薄膜电阻性气体传感器、可编程电流源、可编程电阻模块、基准电压源、低噪声仪表放大器IA、可编程增益放大器PGA、模数转换器ADC、内置温度传感器、寄存器、SPI接口、外置处理器MCU、外置温湿度传感器；其中，外置薄膜电阻性气体传感器和可编程电阻模块相连接，可编程电阻模块与基准电压源分别和低噪声仪表放大器IA的正向输入端与负向输入端连接，低噪声仪表放大器IA和可编程增益放大器PGA连接，可编程增益放大器PGA和模数转换器ADC顺序连接；可编程电流源、可编程电阻模块、基准电压源、低噪声仪表放大器IA、可编程增益放大器PGA、模数转换器ADC、内置温度传感器和寄存器分别连接寄存器和SPI接口连接，SPI接口和外置处理器MCU连接，外置温湿度传感器和外置处理器MCU连接。
2.根据权利要求I所述的薄膜电阻性气体传感器变化电阻的检测装置，其特征在于所述可编程电阻模块由两个可编程电阻阵列Rl和R2组成，两个电阻阵列Rl和R2均由16X 16个电阻组成，采用8位分段译码方式，当输入8位数据译码时，高4位对应于行地址，低4位对应于列地址，再通过分别对行列中各个开关的控制实现对电阻阻值的编程。
3.根据权利要求2所述的薄膜电阻性气体传感器变化电阻的检测装置，其特征在于所述外置薄膜电阻性气体传感器的等效电阻Re和可编程电阻阵列Rl与R2具有8种组合模式，分别为⑴ Re + Rl + R2，(2) Re + Rl，(3) Re + (R1 Il R2)，(4) Re Il Rl Il R2，(5) (Re + Rl) // R2，(6) Re // (R1+R2)，(7) Re，(8)预留模式。
4.根据权利要求3所述的薄膜电阻性气体传感器变化电阻的检测装置，其特征在于所述可编程电流源产生的电流流过外置薄膜电阻性气体传感器的基线电阻Rb和可编程电阻阵列Rl与R2组合后产生的电阻R3，产生的电压与基准电压源在低噪声仪表放大器IA输入端产生的电压差Vl小于阈值电压VT，电压差Vl经过低噪声仪表放大器IA、可编程增益放大器PGA放大后输出为直流电压Vdc，该电压满足直流电压偏置的要求；同时，可编程电流源产生的电流流过外置薄膜电阻性气体传感器的变化电阻dR和可编程电阻阵列Rl与R2组合后产生的电阻R4，产生的电压经过低噪声仪表放大器IA、可编程增益放大器PGA放大后输出为交流电压Vac，该电压能够被模数转换器ADC7检测出来。
5.根据权利要求4所述的薄膜电阻性气体传感器变化电阻的检测装置，其特征在于可编程电流源电流大小、可编程电阻阵列Rl阻值和R2阻值、外置薄膜电阻性气体传感器的等效电阻Re和可编程电阻阵列Rl与R2的组合模式、低噪声仪表放大器IA的放大倍数、可编程增益放大器PGA放大倍数、模数转换器ADC、内置温度传感器可与寄存器进行通信或配置，寄存器可通过SPI接口与外置处理器MCU通信进行配置。
6.根据权利要求5所述的薄膜电阻性气体传感器变化电阻的检测装置，其特征在于内置温度传感器或外置温湿度传感器获取外置薄膜电阻性气体传感器周围环境的环境参量，环境参量经过外置处理器MCU补偿处理后，通过SPI接口形成闭环控制后实现实时补偿功能。
全文摘要
本发明属于集成电路技术领域，具体为一种薄膜电阻性气体传感器变化电阻检测装置。本发明提供检测装置包括外置薄膜电阻性气体传感器、可编程电流源、可编程电阻模块、基准电压源、低噪声仪表放大器、可编程增益放大器、模数转换器、内置温度传感器、寄存器、SPI接口、外置处理器MCU、外置温湿度传感器。采用本检测装置，可以对外置薄膜电阻性气体传感器的基线电阻Rb的进行跟踪消除，实现对变化电阻地高精度测量；此外，可以实时检测外置薄膜电阻性气体传感器所在环境的环境参量后由MCU补偿处理，处理后的结果通过寄存器和SPI接口形成闭环控制后实现实时补偿功能。
文档编号G01R27/14GK102879648SQ201210374158
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月7日 优先权日2012年10月7日
发明者秦亚杰, 张煜斌 申请人:复旦大学