系統(tǒng)中組件（包括壓力傳感器）的選擇受價(jià)格效率的顯著影響。 如果組件完全適合應(yīng)用程序而不增加不相關(guān)的成本或價(jià)值，那么就有可能獲得最佳結(jié)果。 對(duì)各種傳感器模塊配置的研究導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了一種無(wú)補(bǔ)償配置——沒(méi)有信號(hào)調(diào)節(jié)和任何偏移量和跨度熱偏移校正的壓力傳感器——可以提供最佳性價(jià)比選擇。

通常，未補(bǔ)償傳感器的優(yōu)點(diǎn)如下：

靈敏度/電平、線性度、遲滯的良好信號(hào)

更快的信號(hào)轉(zhuǎn)換

節(jié)省信號(hào)調(diào)理成本

低電壓能力，能耗低

高靈敏度/分辨率

逐步分析您的應(yīng)用程序和要求的方法將有助于做出適當(dāng)?shù)臎Q定。

第 1 步：傳感器周?chē)鷻z查

在大多數(shù)情況下，電路中提供數(shù)字或 A/D 輸入。 如果該功能已經(jīng)存在，則在補(bǔ)償傳感器中再次支付費(fèi)用，特別是如果現(xiàn)有輸入已經(jīng)提供了更高的分辨率并且不需要轉(zhuǎn)換時(shí)間。 在很多情況下，即使在低壓下，未補(bǔ)償?shù)妮敵鲂盘?hào)也足夠高。 例如，在 1 psi 下，裸片可在 40 Vdc 下提供 5 mV 的大量輸出（見(jiàn)圖 1）。

圖 1. Merit Sensor J 系列（1..300 psi 量程）傳遞函數(shù)。

能夠在最低 1.0 Vdc 的極低電源電壓下工作是未補(bǔ)償配置的另一個(gè)特點(diǎn)。 這增加了快速上電時(shí)間、低自熱效應(yīng)和低功耗等額外優(yōu)勢(shì)，例如，在電池驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中都必須考慮這些。

第 2 步：定義限制

定義信號(hào)精度要求很重要。 由于未補(bǔ)償信號(hào)來(lái)自未經(jīng)補(bǔ)償?shù)穆?a target="_blank">芯片，因此在計(jì)算最終誤差時(shí)應(yīng)考慮許多參數(shù)，包括 TCS（靈敏度溫度系數(shù)）、TCO（偏移溫度系數(shù)）、靈敏度和線性度。

靈敏度 (mV/V) 值決定調(diào)節(jié)器的前端（微處理器或微控制器）是否正常工作。 它定義了測(cè)量的分辨率，以及可用的位（A/D 轉(zhuǎn)換器）。 由于卓越的信噪比，可以毫無(wú)困難地使用高達(dá) 16 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 但是，由于裸芯片具有靈敏度分布，因此需要進(jìn)行信號(hào)校準(zhǔn)。 一批次與另一批次的典型靈敏度值相差 +/-10%，同一批次和晶圓內(nèi)的偏差在 5% 以內(nèi)。

信號(hào)誤差直接受線性度影響。 根據(jù) MEMS 信號(hào)特性，如果最終精度要求嚴(yán)格，可以很容易地對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。 通常，基于最佳擬合直線的壓力范圍中點(diǎn)的非線性誤差通常小于 0.2%（見(jiàn)圖 2）。 通過(guò)引入第三個(gè)壓力點(diǎn)，可以補(bǔ)償非線性誤差以達(dá)到優(yōu)于 0.2% 的水平。

圖 2. 通過(guò)添加第三個(gè)壓力點(diǎn)，可以補(bǔ)償非線性誤差以達(dá)到優(yōu)于 0.2% 的水平。

可重復(fù)性和遲滯通常小于 0.05%，這兩個(gè)參數(shù)來(lái)自 MEMS 裸片，無(wú)法補(bǔ)償。 這兩個(gè)參數(shù)的影響通常是微不足道的，因?yàn)樗c整體精度規(guī)范有關(guān)。

在固定溫度下，補(bǔ)償 MEMS 元件時(shí)應(yīng)考慮以下誤差：

+/- 偏移量：零點(diǎn)壓力校準(zhǔn) 1 點(diǎn)

+/- 信號(hào)（擴(kuò)展）：2 點(diǎn)壓力校準(zhǔn)

+/- 線性度：3 點(diǎn)壓力校準(zhǔn)

+/- 遲滯/重復(fù)性：典型誤差小于 0.05%

完成誤差計(jì)算所需的另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是工作溫度。 應(yīng)計(jì)算熱誤差以確定是否需要溫度補(bǔ)償。 下面給出的示例演示了溫度誤差為 0 至 +50 °C 的簡(jiǎn)單情況。

示例：溫度范圍：0 至 +50 °C 相對(duì)于環(huán)境溫度 (25 °C)，最大增量為：50-25 = 25 °C

最大限度。 失調(diào)漂移 (TCO)：+/- 0.25% FS/ °C * 25 °C = +/- 6.25% FS

最大限度。 量程漂移 (TCS)：-2200 ppm = -0.22% FS/ °C * 25 °C = -5.5% FS

總溫度漂移誤差：+6.25% FS/°C，-13.25% FS/°C（最壞情況）

請(qǐng)注意：TCS 始終為負(fù)，并且可以使用定義的算法作為至少一半值的固定值進(jìn)行補(bǔ)償。

如果需要溫度補(bǔ)償，那么有幾個(gè)基本選項(xiàng)可以幫助實(shí)現(xiàn)一個(gè)人的精度要求。

第 3 步：校準(zhǔn)/補(bǔ)償過(guò)程

根據(jù)請(qǐng)求的誤差計(jì)算和校準(zhǔn)，下一步是定義是否可以執(zhí)行請(qǐng)求的過(guò)程以及將在何處執(zhí)行。 溫度補(bǔ)償和壓力校準(zhǔn)對(duì)制造過(guò)程有不同的影響。 在任何一種情況下，這兩個(gè)步驟都可以在制造過(guò)程中外包或在內(nèi)部執(zhí)行。

由于制造現(xiàn)場(chǎng)可能已經(jīng)進(jìn)行了壓力測(cè)試，因此該步驟可用于壓力校準(zhǔn)。 相比之下，溫度補(bǔ)償需要特定的設(shè)備和專業(yè)知識(shí)。 未補(bǔ)償?shù)膫鞲衅餍枰獪?zhǔn)確穩(wěn)定的溫度管理，以確保持續(xù)安全的補(bǔ)償過(guò)程。 這通常需要處理時(shí)間和對(duì)傳感器加壓的簡(jiǎn)單方法，例如，如果必須補(bǔ)償量程熱偏移。

總結(jié)

如果定義了所需的精度和確切的工作溫度限制，開(kāi)發(fā)人員將能夠在補(bǔ)償傳感器和未補(bǔ)償傳感器之間做出正確的決定。 MEMS 傳感器具有重要的 TCS 和 TCO，這可能導(dǎo)致實(shí)施溫度補(bǔ)償?shù)臎Q定，這在某些情況下會(huì)產(chǎn)生高昂的成本。

然而，如果總誤差在預(yù)期精度范圍內(nèi)，則簡(jiǎn)單的一個(gè)壓力點(diǎn)校準(zhǔn)與一個(gè)溫度補(bǔ)償相結(jié)合可確保高分辨率、快速響應(yīng)時(shí)間、低功耗并最終降低成本。

應(yīng)用

未補(bǔ)償傳感器Merit 的壓力范圍廣泛，從 10 mbar 到 35 bar，可用于測(cè)量空氣和非腐蝕性液體和氣體。 溫度范圍很寬，這使得這些部件非常適合許多應(yīng)用。 自動(dòng)貼片機(jī)處理封裝，同樣可以使用無(wú)鉛回流焊工藝進(jìn)行焊接。

由于醫(yī)療領(lǐng)域的溫度范圍較窄（0 至 50 °C），未補(bǔ)償傳感器在血壓監(jiān)測(cè)器、充氣設(shè)備、醫(yī)院氣體、真空監(jiān)測(cè)和液體壓力、空氣/流量（呼吸器）測(cè)量等應(yīng)用中表現(xiàn)良好.

對(duì)于消費(fèi)和工業(yè)行業(yè)，許多具有中等到擴(kuò)展溫度范圍的應(yīng)用（例如水壓監(jiān)測(cè)、建筑物/潔凈室壓力監(jiān)測(cè)和過(guò)濾器阻塞檢測(cè)）都使用未補(bǔ)償傳感器，因?yàn)閴毫蜏囟刃?zhǔn)已納入最終產(chǎn)品中。

審核編輯：郭婷