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热对流式加速度传感器的工作原理

热对流式加速度传感器的工作原理

一个被放置在芯片中央的热源在这个空腔中产生一个悬浮的“热气团”,同时四个由铝和多晶硅组成的热电耦组被等距离对称地放置在热源的四个方向。在未受到加速度或水平放置时,其温度的下降陡度是以热源为中心而完全对称的。此时,所有的四个热电耦组均因感应温度相同而产生的电压是相同的。上面是一个空腔气室,因无加速度的外力作用,热气团位于正中央的中央热源之上。当受到一个加速度的作用,热气团向右偏移,原来四个热电耦组的平衡被破坏,其温度的下降陡度是以热源为中心而向右发生△的偏量。由于自由对流热场的传递性,任何方向的加速度都会扰乱热场的轮廓,从而导致其不对称,此时四个热电耦组的输出电压会出现差异,而这热电耦组输出电压的差异是直接与所感应的加速度成比例的。在加速度传感器压力传感器内部,有两条完全相同的加速度信号传输路径,一条是用于测量X轴上所感应的加速度,另一条则是用于测量Y轴上所感应的加速度。

热对流式加速度传感器的内部还包含传感器的模拟信号后处理电路。来自同一轴、两个方向的热电耦组信号经差分放大、温度比较、模数转换、数模转换、低通滤波和缓冲,输出已经放大了的模拟信号;或经差分放大、温度比较和模数转换,直接将信号处理成I2C 接口界面。因此,热对流式加速度传感器是一个多芯片的片上系统,即SOC或MCM。

由于热对流式加速度传感器采用MEMS技术以及基于标准的CMOS制造工艺,这使其圆片加工工序的成品率大大提高,全线成品率达到90%以上。ADI等著名集成电路公司都已开发了这种类型的加速度传感器,如二轴的ADXL320/321,三轴的ADXL330;其它如MAS-LA/LD系列双轴加速度传感器等。MEMS IC在中国大陆设计和生产,更具有低成本的优势,使产品更具竞争力。 热对流式加速度传感器采用5×5×1.55mm LCC-8封装,体积小而薄,十分适合便携式产品的应用。

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