Введение к работе
з . Актуальность теми.
Современный этап развития микросенсориоп технологии характеризуется появлением большого количества разработок так называемых интеллектуальных датчиков. В этих датчиках аналоговый сигнал чувствительных злеметов преобразуется в цифровой код, который затем подвергается различной коррекции по устранению погрешностей и передаче п устройства сбора и отображения информации. Применение универсальных АЦП для этих целей мало оправдано, так как требует прецизионных инструментальных усилителей, что приводит, в конечном итоге, к повышенной стоимости датчиков в целом. Таким образом, актуальной является; задача создания набора схемных элементов для аналого-цифрового преобразования изменяющихся величин чувствительных элементов михросексороа Одним из важнейших элементов любых АЦП яалдются Температурно независимые источники опсрксго напряжения (ИОН), которое используется в качестве эталонного. Кроме того, ИОН необходимы для построения стабилизаторов напряжения питания БИС. На основе термохомпенснрованных источников опорного напряжения в составе БИС реализуются также источники температурно-завксимого сигнала, термодатчики* Таким образом, построение и использопзние высокостабильных термохомпененрованных легочников опорного напряжения является важным звеном в построении систем прсобраадпания! аналоговых сигналов.
Из вышесказанного очевидна актуальность разработки математических модели НОМ, позволяющих качественно и количественно оцетш, влияние
погрешностей изготовления элементов устройства на- точностные параметры
опорного напряжения. Особенный интерес представляет оценка возможности
изготовления прецизионных ИОН в КМОП базисе, поскольку создание
интеллектуальных микросенсоров предполагает наличие цифровой схемы, как
правило, реализуемой в КМОП технологии. ;
Поскольку все большую роль в процессе проектирования электронных устройств играют средства автоматизированного проектирования (САПР), представляется актуальным оценить точность моделирования электронных узлов современными САПР на примере разработки ИОН.
Цель диссертационной работы: разработка математических моделей ИОН. Создание на их основе конструктивно-технологических методов построения прецизионных источников напряжения с заданной температурной зависимостью в составе интегральных схем преобразования сигналов михросеисоров.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе заключается в следующем:
1. Разработаны математические модели ИОН, позволяющие оценить влияние
погрешностей изготовления на их точностные характеристики.
2. Установлено, что математические модели биполярных приборов системы
электронного проектирования PSpice, одной ий самых распространенных программ
аналогового моделирования, не позволяют моделировать'температурное поведение
ИОН с необходимой точностью. При оптимальном подборе параметров моделей,
погрешность моделирования составит не менее 20 мкВ/С, что сравнимо с температурным дрейфом выходного напряжения ИОН. Таким образом, моделирование a PSpice (и других программах, использующих SPICE-модели) не позволяет ни количественно ни качественно оценить температурный дрейф прецизионного ИОН.
3. На основе экспериментальных исследований температурной зависимости DAX
прямо-смещешюго перехода эмиттер-баз.^ уточнена математическая модель
электрических характеристик и установлена высокая точность моделирования В АХ
при использования полученных соотношений и подобранных параметров.
4, На основе полученной модели разработана новая схема температурной
компенсации теточувствительнссга мостовых схем интегральных кремниевых
сенсоров тензорезисгавшго типа.
Практическая значимость.
-
Предложена методика оценки точностных параметров проектируемых ИОН на основе математической модели й экспериментальных данных об электрофизических характеристиках элементов интеграчьных . *
-
Разработаны и описаны практические методы построения прецизионных ИОН d различных конструктивно-технологических базисах.
-
Разработан проект кристалла интегрального преобразователя давления, содержащий тензорезистивный мост, схему температурной компенсации тензочувствительности моста, блох усиления, блок настроек начального смещения и температ/рного дрейфа начального смешения преобразовать*.
6 4. Проведены экспериментальные исследования схемы температурной компенсации тензочувствителыюсти моста, подтвердившие возможность получения прецизионных преобразователей давления на ее основе.
На защіггу выносятся:
-
Математические модели ИОН для различных технологических базисов.
-
Результаты оценки точности моделирования ИОН средствами современных систем электронного проектирования (PSpice), результаты экспериментальных исследований вольт-амперных характеристик биполярных транзисторов и их соответствие результатам моделирования в программе PSpice.
-
Схема температурной компенсации для кремниевых тегаорезвстнвных преобразователей физических величин.
-
Кристалл интегрального преобразователя давления со схемой вторичного питания тензорезистивного моста и усилителем выходного .сигнала. Результаты экспериментальных исследований кристалла интегрального преобразователя.
Апробация работы. '
Результаты проведенных исследований докладывались на Межвузовской
научно-технической конференции Микроэлектроника и Информатика, 1997-2000г.,
XI научно-технической конференции Датчики и преобразователи информации
систем юмсрснм, контроля и управления - 99, всеросийской конференции с
международным участием "Сенсор-2000". ' ' '
Публикации.
Основные результати работы отражены в двух статьях и представлены семью докладами на научно-технических конференциях.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы го 19 наименований. Объем диссертации составляет 100 страниц текста и включает 70 рису нхоз и таблиц.
