了解压力测量与压力传感器集成度

您是否在思考压力传感器在您的应用中如何工作？您是否希望了解更多关于所需压力测量类型或集成度的信息？

本篇知识文章将详细介绍意法半导体MEMS传感器中压力测量的实现方式。

引言

图1展示了压力传感器的物理内部结构。为了帮助您理解压力传感器及其测量原理，下图展示了一个标准压力传感器的横截面。

图1：压力传感器内部结构（横截面）。

图1中标出了端口P1和P2的位置。这些端口及其位置对于压力测量的重要性将在后续章节中说明。

芯片和键合线由硅凝胶保护。若传感器不是在干燥清洁的空气环境中使用，硅凝胶可能损坏，导致芯片和键合线暴露于介质中。

压力测量类型

压力测量分为三类：绝压、表压和差压，详见下文。

绝压、表压与真空之间的关系如图2所示。

图2：绝压、表压与真空之间的关系。

绝压是作用在表面上的单位面积力，相对于绝对真空进行测量。在此情况下，压力施加在端口P1上，而端口P2为真空密封参考端。

图3：绝压

表压是绝压与当地大气压之间的差值。在这种配置下，端口P2暴露于当地大气，压力施加在端口P1上。当地大气压会随环境温度、海拔和天气条件变化。按照惯例，表压始终为正值。负的表压定义为真空，即当地大气压超过绝压的量值。绝对真空对应零绝压。

图4：表压。

差压是两个未知压力之间的差值。压力施加在传感器的两侧（端口P1和端口P2）。由于差压是相对于另一个压力测量的，因此不需要特定的参考基准。

图5：差压。

集成度

压力传感器还按集成度进行分类。可分为以下三种不同类别：

非补偿型压力传感器是最基础的类型。它们提供毫伏范围内的差分输出，在送入微控制器 (MCU) 的模数转换器 (ADC) 之前，需要外部温度补偿和放大。

图6：非补偿型压力传感器。

补偿型压力传感器提供毫伏范围内的差分输出，且已在内部进行了温度补偿。信号送入MCU ADC之前仅需外部放大。

图7：补偿型压力传感器。

集成式压力传感器 (IPS) 在单一封装内提供完整的解决方案。输出信号已在内部完成温度补偿和放大（输出范围通常为0至3 V或0至5 V，具体取决于型号）。仅可能需要外部去耦电容，信号可直接送入MCU ADC。

图8：集成式压力传感器。

除上述类型外，还有数字输出压力传感器。这些传感器在信号链内部集成了ADC，压力值可直接在传感器寄存器中获得，供MCU读取。

在通信方面，支持多种协议：SPI、I²C、PSI5、DIS3。后两种通信类型通常用于安全气囊传感器。

总结

本文介绍了不同的压力测量方式以及压力传感器的各类集成度。

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