图解MEMS压力传感器原理与运用

  现在的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。

  硅压阻式压力传感器是选用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电改换丈量电路的，具有较高的丈量精度、较低的功耗和极低的本钱。惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力改变，其输出为零，几乎不耗电。其电原理如图1所示。硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版别如图2。

  MEMS硅压阻式压力传感器选用四周固定的圆形应力杯硅薄膜内壁，选用MEMS技能直接将四个高精密半导体应变片刻制在其外表应力最大处，组成惠斯顿丈量电桥，作为力电改换丈量电路，将压力这个物理量直接改换成电量，其丈量精度能达0.01-0.03%FS。硅压阻式压力传感器结构如图3所示，上下二层是玻璃体，中心是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。应力硅薄膜与真空腔触摸这一面经光刻生成如图2的电阻应变片电桥电路。当外面的压力经引压腔进入传感器应力杯中，应力硅薄膜会因受外界的力的效果而轻轻向上兴起，产生弹性变形，四个电阻应变片因此而产生电阻改变，损坏原先的惠斯顿电桥电路平衡，电桥输出与压力成正比的电压信号。图4是封装如集成电路的硅压阻式压力传感器什物相片。

  电容式压力传感器运用MEMS技能在硅片上制造出横隔栅状，上下二根横隔栅成为一组电容式压力传感器，上横隔栅受压力效果向下位移，改变了上下二根横隔栅的距离，也就改变了板间电容量的巨细，即△压力=△电容量（图5）。电容式压力传感器什物如图6。

  MEMS压力传感器大范围的运用于轿车电子如TPMS、发动机机油压力传感器、轿车刹车体系空气压力传感器、轿车发动机进气歧管压力传感器（TMAP）、柴油机共轨压力传感器。消费电子如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器，空调压力传感器，洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位操控压力传感器。工业电子如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。

  典型的MEMS压力传感器管芯（die）结构和电原理如图7所示，左是电原理图，即由电阻应变片组成的惠斯顿电桥，右为管芯内部结构图。典型的MEMS压力传感器管芯可拿来出产各种压力传感器产品，如图8所示。MEMS压力传感器管芯能够与外表放大器和ADC管芯封装在一个封装内（MCM），使产品设计师很简单运用这个高度集成的产品设计终究产品。

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