唐培

摘 要： 通过介绍压阻式压力传感器工作原理，分析噪声的主要起源，提出了针对不同噪声源（电噪声和外界电荷引起的非本征噪声）的解决措施，为将来针对高SNR的压力传感器设计提供参考依据。

关键词： 压力传感器； 信噪比； 噪声源； 压阻效应

中图分类号： TN60?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）07?0136?03

Improvement of piezoresistive pressure sensor SNR

TANG Pei

（Business School， Hohai University， Nanjing 210000， China）

Abstract： The solutions of different noise sources （electrical noise and extrinsic noise caused by outside electric charge） are proposed on the basis of analysis on the working principle of the piezoresistive pressure sensor and main origin of noise. A reference for the design of future pressure sensor for high SNR is provided in this paper.

Keywords： pressure sensor； SNR； noise source； piezoresistive effect

0 引 言

由于噪声的存在，限制了一些低压量程的压阻式压力传感器（如生物医学领域）的使用，因为传感器中最小分辨率由器件的噪声水平决定，因此如何提高信噪比（SNR）将是低压量程传感器很重要的一个参数。下面将介绍压阻式压力传感器工作原理及噪声来源分析。

1 压阻式压力传感器简介

对半导体材料施加应力时，除产生变形外，同时也改变了其载流子的运动状态，导致了材料的电阻率发生了变化，称之为半导体的压阻效应。压阻式压力传感器就是基于上述的压阻效应组成的，由4个压阻条构成惠斯通全桥电路，如图1（a）所示，其中沿着截面可以看到压阻条在边界受力最大，如图1（b）所示。

图1 压力传感器示意图

等效的电路图如图2所示。在理想情况下，即没有施加压力，由于[R1，][R2，][R3，][R4]制作工艺相同，4个电阻条的阻值是相同的，此时惠斯通电桥的输出[Vout=0。]当有外界均布的压力[P]作用于膜片上面时，膜片发生了变形，每个电阻都变化了[ΔR，]其中[R1]和[R3]增大，[R2]和[R4]减小，[Vout=-VCC?ΔRR，]因此通过输出电压[Vout]大小可判定施加在压力传感器的应力[P]的大小。

图2 惠更斯全桥压力传感器的电路结构图

2 噪声来源