[發明專利]信號接口電路和包括信號接口電路的壓力傳感器系統

有效

• 申請號: 201810304613.2
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108692837B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 佩奇·M·霍爾姆;柳連俊
• 申請（專利權）人: 恩智浦美國有限公司
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20;G01L9/06;G01L19/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳曉兵

一種傳感器包括彼此耦合以形成多個惠斯通電橋的感測元件組，每個惠斯通電橋被配置成產生跨越第一和第二輸出節點的輸出電壓。用于所述傳感器的信號接口電路包括開關電容器結構，所述開關電容器結構中的每一個與所述惠斯通電橋中的每一個相關聯。每個開關電容器結構包括具有第一和第二端的電容器、用于選擇性地將相關聯惠斯通電橋的所述第一節點與所述電容器的所述第一端互連的第一開關以及用于選擇性地將所述相關聯惠斯通電橋的所述第二節點與所述電容器的所述第二端互連的第二開關。開關狀態元件使所述第一和第二開關切換于充電狀態與讀出狀態之間以提供等效于所述惠斯通電橋的所述電壓輸出的總和的讀出電壓。

技術領域

本發明大體上涉及微機電系統(MEMS)壓力傳感器。更具體地說，本發明涉及MEMS壓力傳感器系統，所述系統具有感測元件的多惠斯通電橋(Wheatstone bridge)配置和用于組合惠斯通電橋輸出信號的信號接口電路。

背景技術

常規壓阻式壓力傳感器由包括四個壓敏電阻器的惠斯通電橋形成。這四個壓敏電阻器靠近可變形膜——即振動膜——的邊緣放置，此處在外部壓力下應力改變較高。在四個壓敏電阻器中，兩個壓敏電阻器定向成在外部壓力施加于振動膜時增大電阻，而兩個壓敏電阻器定向成在施加的相同外部壓力下減小電阻。因此，惠斯通電橋的輸出是隨著外部施加的壓力改變的差分電壓。

一般來說，存在兩種基于惠斯通電橋的壓力傳感器設計。一類設計將惠斯通電橋的全部四個壓敏電阻器放置在振動膜的一個邊緣附近。另一類設計將惠斯通電橋的一個壓敏電阻器放置在振動膜的四個邊緣中的每一個邊緣上。在任一配置中，電子電路檢測壓阻式電橋的電阻改變且輸出表示外部施加的壓力的電信號。

增大壓力傳感器的靈敏度可提供改進的分辨率，且因此產生改進的裝置性能。可通過增大振動膜的橫向尺寸來增大裝置靈敏度。即，較大的振動膜可在給定的外部施加的壓力下提供較大偏轉，且在壓敏電阻器位置處產生較大應力改變。壓敏電阻器位置處的較大應力改變會產生較大電輸出，因此增大靈敏度。然而，較大振動膜具有更脆弱的管芯/晶片、較大管芯大小/更高成本以及降低的線性度性能的缺點。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供一種用于傳感器的信號接口電路，所述傳感器包括彼此耦合以形成第一惠斯通電橋的第一組感測元件，所述第一惠斯通電橋被配置成產生跨越所述第一惠斯通電橋的第一和第二輸出節點的第一輸出電壓，所述傳感器進一步包括彼此耦合以形成第二惠斯通電橋的第二組感測元件，所述第二惠斯通電橋被配置成產生跨越所述第二惠斯通電橋的第三和第四輸出節點的第二輸出電壓，且所述信號接口電路包括：

與所述第一惠斯通電橋相關聯的第一開關電容器結構，所述第一開關電容器結構包括具有第一端和第二端的第一電容器、第一開關以及第二開關，所述第一開關被配置成選擇性地將所述第一輸出節點與所述第一電容器的所述第一端互連，所述第二開關被配置成選擇性地將所述第二輸出節點與所述第一電容器的所述第二端互連；以及

與所述第二惠斯通電橋相關聯的第二開關電容器結構，所述第二開關電容器結構包括具有第三端和第四端的第二電容器、第三開關以及第四開關，所述第三開關被配置成選擇性地將所述第三輸出節點與所述第二電容器的所述第三端互連，所述第四開關被配置成選擇性地將所述第四輸出節點與所述第二電容器的所述第四端互連。

在一個或多個實施例中，所述信號接口電路進一步包括被配置成與所述第一和第二開關電容器結構通信的開關狀態元件，所述開關狀態元件被配置成使所述第一、第二、第三和第四開關切換于充電狀態與讀出狀態之間。

在一個或多個實施例中，在所述充電狀態，所述第一開關將所述第一輸出節點和所述第一端互連，所述第二開關將所述第二輸出節點和所述第二端互連，且所述第一輸出電壓對所述第一電容器進行充電；以及

在所述充電狀態，所述第三開關將所述第三輸出節點和所述第三端互連，所述第四開關將所述第四輸出節點和所述第四端互連，且所述第二輸出電壓對所述第二電容器進行充電。