[发明专利]具有差分电容输出的压力传感器

说明书

技术领域

本公开总体上涉及压力传感器，并且，更具体的说，涉及具有提供差分电容输出信号的“跷跷板”设计的压力传感器。

背景技术

现代交通工具越来越多地利用传感器来确定该交通工具的轮胎内是否具有足够的气压。利用射频(RF)数据链路使用轮胎内压力传感器的直接轮胎压力监测通常用于测量轮胎压力。

在一种类型的轮胎压力监测系统（TPMS）中，利用一种微机电系统（MEMS）压力传感器装置，其被配置为感测在该MEMS压力传感器装置外部的压力激励。通过使用暴露于外部环境的隔膜作为感测电容器的一个电极（而感测电容器的另一个电极是固定的），这种MEMS压力传感器装置以电容方式测量压力改变。以这种方式，隔膜随着外部压力的改变而变形，从而改变电容信号。这种系统的一个缺点是，由于电容和电容器极板间的距离成反比关系，信号中的变化是非线性的。这种系统的另一个缺点是，相比于提供差分电容输出的其它类型MEMS传感器，输出信号较弱。

因此，希望具有一种压力传感器装置，其提供相对于外部压力改变的更加线性的输出信号，并且输出信号源自差分电容，以便增加信号电平。

附图说明

通过参考附图，本发明可以被更好的理解，并且其多个目的、特征，以及优势对本领域技术人员来说会很明显。

图1是图示传统MEMS压力传感器的截面侧视图的简化框图。

图2是根据本发明的实施例、图示MEMS压力传感器装置的截面的简化框图。

图3是图示MEMS压力传感器装置的一部分的顶视图的简化框图。

图4是图示MEMS压力传感器装置的替代实施例的顶视图的简化框图。

图5是图示提供用于测量压差的能力的MEMS压力传感器装置的另一个替代实施例的顶视图的简化框图。

图6是图示利用单一旋转检测质量（proof mass）提供两个隔膜的MEMS压力传感器装置的另一个替代实施例的顶视图的简化框图。

图7是图示在图6中图示的MEMS压力传感器装置的截面图的简化框图。

图8是图示本发明实施例可用的轮胎压力监测系统800的简化框图。

除非另有说明，不同附图中使用的相同附图标记表示相同的元素。附图不一定按比例绘制。

具体实施方式

本发明实施例提供一种MEMS压力传感器装置，该MEMS压力传感器装置不仅可以提供关于外部压力的线性输出，而且提供差分电容输出，以便改进信号振幅水平。通过使用旋转检测质量（例如，“跷跷板”），其中该旋转检测质量从配置在旋转检测质量两端的电极生成电容输出，本发明的实施例提供这些好处。然后可以通过使用从旋转检测质量末端生成的电容的差来生成传感器输出。这种配置的附加好处是，与从传统MEMS压力传感器输出的电容相比，差分电容输出相对于外部压力改变以更加线性的方式改变。

图1是图示现有技术MEMS压力传感器的截面侧视图的简化框图。MEMS压力传感器装置100包括衬底110，例如硅晶圆。本发明所描述的衬底可以是任何半导体材料或材料的组合，例如砷化镓、硅锗、绝缘体上硅（SOI）、硅、单晶硅等等以及上面的组合。在一些实施例中，衬底可以是半导体材料的体衬底晶圆。在其它实施例中，衬底可以包括多层，至少其中一层包括半导体材料。例如，在一些情况下，衬底110可以包括介电层。

位于衬底110顶面上的是例如由局部氧化硅（LOCOS）工艺所形成的二氧化硅120的绝缘层。位于二氧化硅120顶部的是位于腔区域140上的隔膜130。隔膜130例如由多晶硅形成并且响应于通过腔140提供给隔膜的外部流体压力是可变形的。隔膜130可以通过使用常规的或专有技术，例如CVD技术、PVD技术等等或其任何组合进行生长或沉积。介电层150被形成以将隔膜130和MEMS压力传感器装置100的其它元件电隔离开。介电层150可以由各种材料形成，例如包括氮化硅、二氧化硅、氧氮化硅等等。