[发明专利]红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统

说明书

本发明公开了一种红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统，实现红外热电堆温度传感器在片上电激励下的自测试和自校准。其特点在于根据传统的MEMS工艺，为红外热电堆温度传感器提供电激励的同时，能够利用片上激励，对热电堆输出的信号进行放大，模数/数模转换和数字处理，从而实现对红外热电堆温度传感器片上响应率的自测试和自校准。优化了外部环境对热电堆温度传感器响应率的影响，减少了使用片外高精度的设备产生的测试和校准费用。

技术领域

本发明涉及一种针对红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统，可应用于红外热电堆温度传感系统内部电路设计中。

背景技术

自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度(-273℃)就存在分子和原子无规则的运动，其表面就会不断地发射红外辐射。并且不同温度的物体所释放的红外能辐射功率是不一样的，因此通过检测物体向外发射的红外辐射功率，探测器单元可以得到物体的温度。红外探测器可以将入射辐射信号转变成电信号输出的器件，使许多原本人眼察觉不到的热像转变成可以察觉和测量的其他物理量，从而加深了对自然界本质的认识。热电堆红外探测器是一种非接触式和非制冷型的红外探测器，相对于其他红外探测器来说具有能够主要检测恒定辐射量，可对静态物体进行探测输出信号，无需偏置电压，测试放大电路简单和制备成本低等优点，因此在军用领域和民用领域得到了较为广泛的应用。

随着半导体制造工艺的发展，在微电子制造工艺基础上吸收融合其它加工工艺技术的MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)技术逐渐发展起来。同时在器件工艺得到迅速发展的今天，MEMS技术几乎应用到了各个领域，尤其是要求小尺寸、高精度、高可靠性及低功耗的高科技领域，给人类的生活产生了巨大的变化。同时自MEMS技术引进入红外探测器制作之后，红外探测器显示出了更大的优势。

然而一方面MEMS器件的参数值可能会因为环境变量(温度和压力)和制造工艺变量的变化而变化,同时MEMS传感器设备的灵敏度是随环境温度的变化影响较大的参数，因此现在的MEMS芯片在运用于相应领域前都要利用大型的校准设备进行出厂校准，由此产生了高额的校准费用；另一方面随着MEMS技术的发展，高度集成的电路被广泛应用，MEMS除了电激励外，还需测量声、光、振动、流体、压力、温度或化学等激励的输入输出，因此测试这些电路变得越来越困难，同时产生的测试成本也居高不下。

发明内容

为有效降低MEMS红外探测器的校准与测试成本并降低其测试难度，本发明提出了一种适用于红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统，以实现采用系统中的电信号作为测试激励并在系统中对传感器的测试响应进行分析与判别，从而实现传感器系统的片上自测试和自校准。

为了实现以上目的，本发明所提出的系统主要包括：(1)感知红外辐射的热电堆和用于提供发热源的发热电阻，发热电阻的供电电压值由片上数字处理模块输出，输出的数字自测试供电电压信号经过片上数模转换器转换为模拟电压值连接到发热电阻一端，发热电阻的另一端接地，电势为0；(2)发热电阻两端的电压差通过模数转换器连接到数字处理模块的输入端；(3)热电堆的响应输出电压信号经过放大器和模数转换器后作为数字处理模块的输入端；(4)本地温度测量电路将探测出的本地温度信号通过模数转换器连接到数字处理模块的输入端；(5)数字处理模块接收各个模数转换器ADC的输出信号，内部分析和判断后输出数字供电电压到数模转换器DAC或者直接数据输出。