基于压力传感器的轮胎监测系统的研究_图文

1、黑龙江大学硕士学位论文基于压力传感器的轮胎监测系统的研究姓名:孔祥飞申请学位级别:硕士专业:微电子学与固体电子学·传感器与MEMS技术指导教师:温殿忠20070517 黑龙江大学硕士学位论文收器模块可以给始终处于待机模式的轮胎模块发送指令和数据,只有接收到“唤醒”信号后,轮胎模块才会进行测量和发送数据161。这样,轮胎模块的电池寿命可以大大延长。除了省电外,低频接口还带来了灵活设计和额外功能。例如,轮胎更换后,低频通信可以让系统进行自动轮胎识别。 图1.2英飞凌公司的TPMS解决方案Fig.1-2TPMS solution oflnfineon corporation1.2轮胎胎压传

2、感器研究概况及发展趋势轮胎气压监测系统的核心是轮胎胎压模块,即微控制器芯片和压力温度传感器,两者一般集成在一起。国内在这一生产领域处于空白,主要由国外几家大公司生产和供货。1.2.1胎压传感器的压阻式力敏芯片的研制概况摩托罗拉(motorola公司是TPMS系统的积极开发者,它采用基于MEMS 技术的硅集成电容式压力传感器MPXY8020a作为胎压检测单元,具有低功耗和全集成的特点。采用32针封装的MC68HC908RF2作为信号控制处理与发射单元,它是一个8位单片机和UHF发射器集成在一起的器件,采用MC33594作为接收单元。近年为通用电器公司收购的著名传感器厂商诺瓦传感器公司(Genov

3、asensor是另一个积极开发者,它采用了基于MEMS技术的硅压阻式压力传感器作为胎压监测单元,配有一个能完成控制、测量、信号补偿与调整及发射的专用CMOS大规模集成电路。将两个芯片封装在一个标准的14脚SOIC封装中,即构成TPMS, 黑龙江大学硕七学位论文容易小型化、集成化13633l。X型压阻传感器又称横向电压型或横向压阻效应型传感器,其基本原理类似霍耳元件,受到应力时,在电流流过的横向产生相应的电压输出。本节主要介绍它的基本原理。我们先考虑形状比较简单的x型压力敏感器件。X型压力敏感器件是制作在硅膜上的一个四端器件,其基本图形如2.5所示。左右两端施加电压,在上下两侧的中点处输出电压值

4、。其原理是硅膜在压力作用下产生应力时,硅立方晶体的对称性受到破坏,使膜上电阻的电阻率表现出各向异性134-35l。图2-5x型压力敏感元件的基本图形Fig.2-5Element figure ofX-pizeoresistive pressure sensor在本章2.1节我们已经知道,晶体中欧姆定律的一般形式为式(2-8。将A,、岛2、如、岛3、岛l和岛2分别记为岛、如、岛、成、风和风,上式可写为:兰兰三l+(2-3”对于立方对称的硅晶体,在无应力时,它的电阻率各向同性。即A=P2=见。岛,成=风=风=O。但在应力作用下,立方晶体的对称性受到破坏,电阻率不再是各向同性的。n=p:=岛=风,内

5、=岛=风=O不一定仍然成立。这时,任一电场分量都可以与三个电流分量相关联。对于上述x型压力敏感器件,对器件设立坐标系,使X、Y和Z分别沿器件的Il目如E 黑龙江大学硕士学位论文3.3.16封装压力传感器的封装是十分重要的工序,它不仅与压力传感器的稳定性有关、可靠性密切相关,而且不同的封装将直接影响压力传感器的特性以及其它一些重要参数。3.3.17总测在完成对X型硅压阻式压力传感器样品制作之后,对样品进行基本特性参数测试及计算,本部分内容将在第四章详细说明。基于以上工艺步骤及方法,成功研制了符合TPMS系统应用要求的轮胎压力传感器X型硅压阻式压力传感器,图3-8是压力传感器制作过程中关键工艺步骤拍摄的照片。 丽EPW腐蚀出硅杯照片【b光刻x型电阻扩散窗口照片 3.4小结(c反刻铝后引线照片图3.8x型压力传感器工艺制作照片Fig.3-8X-type pressure sensor fabrication photos本章介绍了本文中用