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專利名稱：壓力傳感器信號調理集成電路的橋臂平衡補償電阻的設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及應用于壓阻式壓力傳感器的信號調理的集成電路設計的相關技術領域，特別 是一種壓力傳感器信號調理集成電路的橋臂平衡補償電阻的設計方法。
背景技術：
隨著半導體工藝的發(fā)展，人們制造出了硅壓阻式壓力傳感器，一B^是在硅片上用擴散或 離子注入法形成四個阻值相等的電阻，將它們連成一個惠斯登電橋。在實際制造過程中，四 個橋臂電阻不能完全匹配。所以橋路在平衡狀態(tài)時，橋臂電阻存在著偏差。目前的壓力傳感器信號調理集成電路中，采用的是在放大器進行零點補償?shù)姆椒ㄔ跇?路平衡狀態(tài)下，給放大器的ll入端加一補償信號，使得放大器的輸出回到零點。這種方式僅 適合于橋臂偏差很小的情況。如附圖1所示。實際情況中，硅壓力傳感器的橋臂電阻偏差往往很大，需要使用外部可調電阻來補償橋 臂電阻的偏差。如附圖2所示。在附圖2中，如果補償電阻和橋臂的電阻的溫度系數(shù)不一樣，橋臂的電阻偏差」RP和補 償電阻為ZRB在溫度變化后，」RP(T)和』RB(T)不再相等，導致了橋臂失衡，引入了測量誤 差。作為一個理想的橋臂平衡補償電阻，不但要求調節(jié)步長要小，能達到歐姆級，也要求其 溫度系數(shù)能和傳感器的電阻的溫度系數(shù)一致，避免由溫度變化引起的誤差。為此需要一個新的方法來實現(xiàn)這樣的補償電阻。可應用于輪胎壓力檢測系統(tǒng)(TPMS)，以 及其它壓阻式壓力傳感器的信號調理集成電路設計中。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提供一種壓力傳感器信號調理集成電路的橋臂平衡補償電阻的設計 方法，解決了現(xiàn)有的橋臂平衡補償電阻調節(jié)步長未能達到歐姆級，而且溫度系數(shù)和傳感器的 電阻的溫度系數(shù)不一致，從而引起的誤差的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案-本發(fā)明公開了一種壓力傳感器信號調理集成電路的橋臂平衡補償電阻的設計方法，其特 征在于橋臂平衡補償電阻為可變電阻，其由若干個電阻與若干個串聯(lián)有M0S開關的電阻并聯(lián)而成；其中，所述的電阻為由至少兩個具有不同溫度系數(shù)的電阻按照一定電阻值比例審聯(lián) 而構成的與橋臂電阻溫度系數(shù)相近似的電阻。所述的電阻由具有正溫度系數(shù)的Poly-silicon電阻和具有負溫度系數(shù)的N-well電阻按 照0.415: 0.565的電阻值比例串聯(lián)而成。所述的橋臂平衡補償電阻由92個阻值為20K的電阻與8個串聯(lián)有M0S開關的阻值為20K 的電阻并聯(lián)而成。。由于采用了以上的方案，使本發(fā)明具備的有益效果在于橋臂平衡補償電阻調節(jié)步長小， 能達到歐姆級，其溫度系數(shù)和傳感器的電阻的溫度系數(shù)一致，有效避免了由溫度變化引起的 誤差。


圖1是壓力傳感器信號調理集成電路中采用的在放大器進行零點補償?shù)姆椒ㄊ疽鈭D。 圖2是使用外部可調電阻來補償橋臂電阻偏差的示意圖。圖3是采用兩個不同溫度系數(shù)的電阻串聯(lián)成一個新的溫度系數(shù)的電阻的示意圖。 圖4是可變橋臂平衡補償電阻的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。一種壓力傳感器信號調理集成電路的橋臂平衡補償電阻的設計方法，其特征在于橋臂 平衡補償電阻為可變電阻，其由若干個電阻與若干個串聯(lián)有MOS開關的電阻并聯(lián)而成；其中， 所述的電阻為由至少兩個具有不同溫度系數(shù)的電阻按照一定電阻值比例串聯(lián)而構成的與橋臂 電阻溫度系數(shù)相近似的電阻，如附圖3所示。在集成電路工藝中，每一種類型電阻都有著固定溫度系數(shù)。為了構造一個新的溫度系數(shù) 的電阻。我們采用了混合電阻的設計方法。采用兩個或以上的具有不同溫度系數(shù)的電阻，按 照一定電阻值比例進行串聯(lián)或并聯(lián)，就可以構成新溫度系數(shù)的電阻。在CZ6H工藝中，Poly-silicon電阻具有正溫度系數(shù)，而Niell電阻具有負溫度系數(shù)。 如果我們需要一個零溫度系數(shù)的電阻或介于這兩個溫度系數(shù)當中的電阻，按照一定比例將這 兩種電阻串聯(lián)即可。電阻的溫度特性可用二次項方程表示R(T) = R0 * { 1 + (lst.Coeff)*(T-T0) + (2nd. Coeff) * (T-T0)2 }所用的硅壓力傳感器的橋臂的電阻的溫度特性是 RP(T) = R0 * { 1 + (1.829E-3)*(T-T0) + (0. 5546E-5)*(T-T0)2 } CZ6H工藝中，Poly-silicon和N-well的電阻的溫度特性為 Rpolys(T) = R0 * { 1 + (_0. 3E-3) * (T-TO) }Rnwell(T) = R0 * { 1 + (3. 52E-3)*(T-TO) + (1. 07E-5)*(T_T0)2 } 將n份Rpolys和(1-n)份Rrwell串聯(lián)組成的電阻為 Rmix(T) = n * Rpolys + (l-n)水Rnwell=R0 * { n*(l + (-0.犯-3)*(T-TO)) + (l-n)* 1 + (3.52E-3)*(T-TO) +(1.07E-5)*(T-T0)2 }因此由Rmix(T) " RP(T)求解得到n = 0.415。即將0. 415份的Rpolys和0. 565份的R騰ll電阻混合Rmix(T) = 0. 415*Rpolys + 0. 565*Rnwell得到的新電阻Rmix(T)和橋臂電阻RP(T)的在不同溫度的電阻值偏差<0. 5%。 在當前集成電路工藝中，直接實現(xiàn)一個歐姆單位的電阻是不經(jīng)濟的，需要占用很大的硅 片面積；另外普通的M0S開關的導通電阻也很大，在幾十個歐姆上。不可能僅僅將一個MOS 開關和一個歐姆級別的電阻串聯(lián)來實現(xiàn)一個小步長的可變電阻。這里我們采用了在一電阻上 并聯(lián)一個串聯(lián)有M0S開關的電阻的方式來實現(xiàn)一小步長的可變電阻。如附圖4所示，在我們的ASIC中，將100個20K的電阻并聯(lián)，其中92個20K的Rmix電 阻，8個串聯(lián)著MOS開關的20K的Rmix。由于MOS開關的導通電阻隨溫度變化很大，所以需 要將串聯(lián)電阻Rmix的阻值遠大于MOS開關的導通電阻。通過這樣方式實現(xiàn)的可變電阻，調節(jié) 步長小于2歐姆。
權利要求
1. 壓力傳感器信號調理集成電路的橋臂平衡補償電阻的設計方法，其特征在于橋臂平衡補償電阻為可變電阻，其由若干個電阻與若干個串聯(lián)有MOS開關的電阻并聯(lián)而成；其中，所述的電阻為由至少兩個具有不同溫度系數(shù)的電阻按照一定電阻值比例串聯(lián)而構成的與橋臂電阻溫度系數(shù)相近似的電阻。
2、 根據(jù)權利要求1所述的壓力傳感器信號調理集成電路的橋臂平衡補償電阻的設計方法，其特征在于所述的電阻由具有正溫度系數(shù)的Poly-silicon電阻和具有負溫度系數(shù)的Niell 電阻按照0.415: 0.565的電阻值比例串聯(lián)而成。
3、 根據(jù)權利要求1所述的壓力傳感器信號調理集成電路的橋臂平衡補償電阻的設計方法， 其特征在于所述的橋臂平衡補償電阻由92個阻值為20K的電阻與8個串聯(lián)有M0S開關的阻 值為20K的電阻并聯(lián)而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器信號調理集成電路的橋臂平衡補償電阻的設計方法，其特征在于橋臂平衡補償電阻為可變電阻，其由若干個電阻與若干個串聯(lián)有MOS開關的電阻并聯(lián)而成；其中，所述的電阻為由至少兩個具有不同溫度系數(shù)的電阻按照一定電阻值比例串聯(lián)而構成的與橋臂電阻溫度系數(shù)相近似的電阻。由于采用了以上的方案，使本發(fā)明具備的有益效果在于橋臂平衡補償電阻調節(jié)步長小，能達到歐姆級，其溫度系數(shù)和傳感器的電阻的溫度系數(shù)一致，有效避免了由溫度變化引起的誤差。
文檔編號G01L9/06GK101275876SQ20071003854
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月27日 優(yōu)先權日2007年3月27日
發(fā)明者任文亮, 剛 許, 岳 黃 申請人:捷頂微電子(上海)有限公司