低功耗MEMS熱式風速傳感器的研究.pdf

1、近年來人們在熱式風速傳感器的研究和發(fā)展方面已經取得了很大的進展，其產品已被廣泛地應用于工農業(yè)生產、氣象測試、環(huán)境保護、生物醫(yī)學、汽車以及居室、溫室環(huán)境控制等諸多領域。在熱式風速傳感器問世以前，人們主要依靠機械類的傳感部件來測量風速。而當熱式風速傳感器的制作技術與現行的集成電路制作技術相兼容時，不僅可以降低生產成本、實現成批量地生產，還可以將信號處理電路和熱式風速傳感器制作在同一芯片上，從而就能生產出集成智能型熱式風速傳感器。
　　

2、本文提出了一種基于硅通孔技術的低功耗MEMS熱式風速傳感器，其中低熱導率材料玻璃作為傳感器的襯底，硅通孔作為導電通路。本文設計的傳感器具有封裝簡單、熱隔離效果好、可低功耗工作等優(yōu)點，能在低于250mW的系統(tǒng)功耗下達到30m/s的風速量程，且精度滿足±(0.5m/s+5％*W)。具體內容如下:
　　首先，本文對國內外在降低MEMS熱式風速傳感器功耗方面的研究進行了分析，概述了降低功耗的三種方法:一是優(yōu)化傳感器的結構;二是選擇低熱導率

3、的襯底材料和高性能的溫度敏感材料;三是改進傳感器的控制模式和電路。本文結合了第二種和第三種方法來降低系統(tǒng)功耗。通過仿真優(yōu)化傳感器的尺寸，將傳感器制造在玻璃基板的正面，傳感器的敏感結構通過硅通孔實現到信號處理電路的電連接，這樣可以減小傳感器由于熱傳導而損失的熱量，提高傳感器的靈敏度，簡化了封裝工藝，提高傳感器電連接的可靠性。
　　其次，對基于硅襯底和陶瓷襯底傳感器的硬件控制電路進行了功耗分析，確定硬件控制電路的簡化方案。以新設計的低

4、功耗傳感器為對象，分別設計了CP模式和CTD模式下的硬件控制電路，并分析其功耗與性能的關系。CP模式下的傳感器加熱功耗為11.52mW，硬件電路功耗為153mW。CTD模式下傳感器加熱功耗為101.56mW～148.73mW，硬件電路功耗為92.85mW。
　　最后，對傳感器樣品進行了功耗和量程、穩(wěn)定性等性能的測試，并對兩種模式下的功耗和性能進行了對比。CP模式下的傳感器功耗較低且穩(wěn)定，但靈敏度較低，且有嚴重的溫漂現象;CTD模式