侵权投诉

搜索
更多>> 热门搜索:
订阅
纠错
加入自媒体

汽车压力传感器的发展演进

2019-02-18 09:06
来源: 微迷网

汽车压力传感器的发展演进

压力传感器在汽车上的应用

据麦姆斯咨询报道,几乎所有的汽油车都是由发动机控制模块(engine control module,ECM)与传感器和执行器一起组成发动机控制系统。该系统最关键的输入把控则是歧管绝对压力(MAP)传感器。在“速度密度式”状态下,MAP传感器能够侦测发动机中流动的空气情况,从而确定喷油时间和提前点火时间以实现最佳运行。即使是依靠对进气量进行直接测量的车辆也需要配备大气绝对压力(BAP)传感器,主要用于高气压测量补偿。如今生产商每年都生产数以千万计的MAP和BAP传感器,过去十年里推动了几代压力传感器模组的设计。

如今,MAP和BAP传感器的主要设计是源于硅微加工的压阻式压力传感器。它们大多数用于乘用车中,为微机械压力传感器技术在其它新兴汽车产业中的应用奠定了基础,例如废气再循环系统(EGR)中的压力测量、燃油系统中的蒸发排放物泄漏以及燃料喷射系统的压力测量等。

压力传感器元件

采用体微加工技术在硅晶圆上制造压阻式传感器,已成为生产汽车压力传感器的主要技术之一。压阻式绝对压力传感器元件采用体微加工技术在背面形成真空腔,该结构一问世就广受欢迎,成为MAP/BAP应用的必要元件。然而近期,表压和差压结构,以及仅为消除应力增加的背面约束(backside constraint)结构(见图1),目前已进入量产阶段。

汽车压力传感器的发展演进

图1:为了满足汽车市场所需的广泛应用,传感器制造商必须能够提供多种传感器元件结构,以分别测量绝对压力、表压或差压的压力范围。

信号调理和校准

硅微加工的压力传感器元件在不同生产批次之间以及整个温度范围内的参数变化较大(见图2)。为了让汽车制造商可以获得真正可互换的压力传感器模组,传感器研发人员必须对每个传感器进行单独校准和温度补偿。

汽车压力传感器的发展演进

图2:批量处理的硅微加工压阻式传感器元件在圆片与圆片之间、批次与批次之间呈现出器件间的差异。各个压阻元件也随温度产生很大变化。因此,在传感器模组的最终组装过程中,需要对单个封装后的传感器进行单独的修正和校准。

通常的方法是在信号调理电路中运用某种调整(修正)方式。制造和组装工艺以及成品传感器模组的电气性能要求有助于确定信号调理电路的实现方式。该电路的集成技术(如CMOS或Bi-CMOS技术)主要取决于所选的修正技术。

模拟信号调理

起初,汽车压阻式压力传感器包含模拟信号调理电路,采用安装在PCB上现成的封装后的Bipolar(双极)IC设计工艺来构建。所有必要的调整都是通过沉积在陶瓷衬底上的厚膜电阻网络的激光修正来完成的,然后再以修正组件的形式嵌入PCB中。后续混合电路技术的进步使得技术人员能够在制造包含印刷厚膜电阻的陶瓷衬底的同时,又能以封装或裸芯形式来安装信号调理IC。技术进步之后,这些传感器模组就变得非常紧凑,其中大部分目前仍在沿用。这种成熟的制造工艺为需求中等尺寸的应用提供了经济高效的传感器模组,其厚膜电阻的稳定性和精度也足以满足客户要求。

然而,由于汽车行业对低成本元件的持续驱动,迫使技术人员研发更高级别的集成技术,最大限度降低压力传感器模组的元件数量和组装成本。随后,通过将模拟有源电路与无源薄膜可修正电阻集成在同一芯片上,制造商大大减小了传感器模组的尺寸,并提高了传感器性能,这主要是因为薄膜电阻器具有优异的稳定性。此集成技术开创了双芯片解决方案,一颗芯片是传感元件,另一颗芯片是薄膜电阻IC。而单片(单芯片)解决方案是将传感元件、有源电路和薄膜电阻集成在同一颗硅芯片上,并适用于大批量生产。

所有上述信号调理电路本质上都是模拟的,并假设激光修正是连续的。

离散模拟修正

压阻式压力传感器的第二种信号调理:离散模拟修正,是基于离散而非连续的调整。在这种情况下,可以通过熔化电阻丝,以使电阻或电流值达到期望值。传感器信号的处理仍然保持模拟形态,但是校准和修正是通过离散步骤完成的。这可能会对传感器的精度、分辨率和权限范围有所限制。离散模拟信号调理方法可以进一步扩展,因为调整水平可以存储在非易失性存储器(nonvolatile memory,NVM)中,并以CMOS技术来实现。用离散模拟方法制造的压阻式压力传感器通过混合技术采用了两颗芯片。一颗芯片是将校准系数存储在EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory,可擦除可编程只读存储器)中并以CMOS技术来实现;另一颗芯片包括传感元件和放大器,以Bipolar技术来实现。

1  2  3  下一页>  
声明: 本文系OFweek根据授权转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号