一种带温补开环电桥平衡结构的高精度压力传感器的制作方法

本发明涉及mems压力传感器，具体为一种带温补开环电桥平衡结构的高精度压力传感器。

背景技术：

1、惠斯通电桥是一种检测电路，虽然它的结构简单，但它的准确度和灵敏度都比较高，在科学测量和检测仪器中有广泛的应用。

2、在mems压力传感器中通常会采用惠斯通电桥结构来测量压力值，如图1所示，中国发明专利申请号为202210853844.5公布了一种适用于mems压力传感器的带温补电桥平衡结构，其通过并联在第四压敏电阻r4两端的第一调零电阻ro-，或者并联在第一压敏电阻r1两端的第二调零电阻ro+的调节实现平衡状态，最终完成零点以及满量程的调节。由于该专利产品先测量零点输出之后才可以根据输出结果添加相应量程的零点补偿电阻如第一调零电阻ro-或第二调零电阻ro+然而由于第一压敏电阻ro-或第二调零电阻ro+是并联连入电路中，则导致所添加的第一调零电阻ro-或第二调零电阻ro+的电阻范围较大，挡位较多，工艺操作复杂。因为根据惠斯通电桥的平衡状态条件为r1/r2=r4/r3，可知，当不处于平衡状态时，需要调节并联在r1以及r4上的并联的电阻大小使其平衡，即，则，，以第一调零电阻ro-为例，若r1=r2=r3=5kω，当r4=5.001kω时，由公式可知r0-=25005kω；当r4=5.01kω时，由公式可知r0-=2505kω。由于r4的变化仅有0.009kω，但是需要调节的第一调零电阻r0-变化了22500kω。由此可见，其对所需调节的电阻的阻值范围较大，一般仅通过设置一个调零电阻难以满足要求，因而导致电路结构复杂，零点补偿效果差。

3、同时由于mems压力传感器常常会工作在高温或者低温的环境中，导致mems压力传感器的输出会随着温度的升高和降低产生温度漂移，而上述发明中是通过使用正温度系数的电阻或者负温度系数的电阻来减小温度漂移，但由于该电阻的温度系数很小，很难对整个电路做到有效的温度补偿。

技术实现思路

1、针对现有的温补电桥平衡结构，其需调节的调零电阻的阻值范围较大，导致电路结构复杂，同时温度补充效果较差的问题，本发明提供了一种带温补开环电桥平衡结构的高精度压力传感器，其通过采用了串联电阻模式，使得所需调节的电阻的阻值范围小，易于实现，调节便利，而且采用了有效的温度补偿方法。

2、其技术方案是这样的：一种带温补开环电桥平衡结构的高精度压力传感器，其包括由第一压敏电阻r1、第二压敏电阻r2、第三压敏电阻r3、第四压敏电阻r4构成的惠斯通电桥，所述第一压敏电阻r1、第二压敏电阻r2串联形成第一串联电路，所述第三压敏电阻r3、第四压敏电阻r4串联形成第二串联电路，所述第一串联电路和所述第二串联电路并联且一端连接电源电压vcc、另一端连接地gnd，所述第一压敏电阻r1与第二压敏电阻r2之间的节点和第三压敏电阻r3与第四压敏电阻r4之间的节点用来输出电压，

3、其特征在于：所述第二压敏电阻r2与第三压敏电阻r3之间设有调零电阻r5、且所述调零电阻r5的两端分别连接地gnd；

4、当调零电压大于0时，则将所述第三压敏电阻r3与所述调零电阻r5相连的节点与地gnd之间的线路切断，使得所述调零电阻r5与所述第三压敏电阻r3串联，通过激光修调所述调零电阻r5的阻值从而使得所述调零电压为0；当调零电压小于0时，则将所述第二压敏电阻r2与所述调零电阻r5相连的节点与地gnd之间的线路切断，使得所述调零电阻r5与所述第二压敏电阻r2串联，通过激光修调所述调零电阻r5的阻值从而使得所述调零电压为0；

5、所述第一串联电路和第二串联电路的连接节点与所述电源电压vcc之间顺次设有串联连接的满量程补充电阻r6、温度补充电阻，所述温度补偿电阻包括并联连接的电阻r7和热敏电阻r_ntc。

6、其进一步特征在于：

7、所述调零电压为,

8、，其中r1、r2、r3、r4、r6、r7、r_ntc分别为第一压敏电阻r1、第二压敏电阻r2、第三压敏电阻r3、第四压敏电阻r4、满量程补充电阻r6、电阻r7和热敏电阻r_ntc的阻值，当调零电压vout+-vout-＞0时，即，

9、若r1=r4，则r2＞r3，此时则将所述调零电阻r5与第三压敏电阻r3相连后与地gnd连接的线路切断，使得所述调零电阻r5与第三压敏电阻r3串联，从而使电桥保持平衡，根据r1/r2=r4/(r3+r5)，则可以得出所述调零电阻r5的阻值；

10、当调零电压vout+-vout-＜0时，即，若r1=r4，则r2＜r3，此时则将所述调零电阻r5与第二压敏电阻r2相连后与地gnd连接的线路切断，使得所述调零电阻r5与第二压敏电阻r2串联，从而使电桥保持平衡，根据r1/r2=r4/(r3+r5)，则可以得出所述调零电阻r5的阻值。

11、采用了上述结构后，根据本发明的惠斯通电桥的零点电压是大于0或者小于0，则选择调零电阻r5是串联在第一串联电路上还是第二串联电路上，再通过激光修调调零电阻r5的阻值，从而使得零点电压维持在0，由于调零电阻r5是串联在惠斯通电桥上，则调零电阻r5的阻值变化范围不大，即变化档位小，工艺操作相对简单，更加有利于实现。

技术特征：

1.一种带温补开环电桥平衡结构的高精度压力传感器，其包括由第一压敏电阻r1、第二压敏电阻r2、第三压敏电阻r3、第四压敏电阻r4构成的惠斯通电桥，所述第一压敏电阻r1、第二压敏电阻r2串联形成第一串联电路，所述第三压敏电阻r3、第四压敏电阻r4串联形成第二串联电路，所述第一串联电路和所述第二串联电路并联且一端连接电源电压vcc、另一端连接地gnd，所述第一压敏电阻r1与第二压敏电阻r2之间的节点和第三压敏电阻r3与第四压敏电阻r4之间的节点用来输出电压，

2.根据权利要求1所述的一种带温补开环电桥平衡结构的高精度压力传感器，其特征在于：所述调零电压为 ，

3.根据权利要求1所述的一种带温补开环电桥平衡结构的高精度压力传感器，其特征在于：当调零电压vout+-vout-＜0时，即

技术总结
本发明提供了一种带温补开环电桥平衡结构的高精度压力传感器，其通过采用了串联电阻模式，使得所需调节的电阻的阻值范围小，易于实现，温度补偿效果更好。其包括由第一压敏电阻R1、第二压敏电阻R2、第三压敏电阻R3、第四压敏电阻R4构成的惠斯通电桥，第二压敏电阻R2与第三压敏电阻R3之间设有调零电阻R5、且其两端分别连接地GND；当调零电压大于0时，则将第三压敏电阻R3与调零电阻R5相连的节点与地GND之间的线路切断，使得调零电阻R5与第三压敏电阻R3串联；当调零电压小于0时，则将第二压敏电阻R2与调零电阻R5相连的节点与地GND之间的线路切断，使得调零电阻R5与第二压敏电阻R2串联。

技术研发人员：孙爱鑫,李超,陆小红,刘同庆,柳雪
受保护的技术使用者：无锡芯感智半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16