了解MEMS硅芯片的常见规格

为了评估 MEMS 硅芯片的质量和性能，客户必须依赖规格，至少在他们可以自己测试部件之前是这样。 本文将讨论与这些压力传感器芯片相关的最常见规格。

关于 MEMS 芯片，首先要了解的是，当它们暴露在压力或温度下时，它们会产生相应的输出（以毫伏为单位），前提是已提供输入电压或激励电压。 MEMS 芯片的毫伏输出实质上是压力值。 因此，在各种条件下测试芯片时，要在任何 MEMS 芯片中寻找的一般特性是稳定且可重复的输出。

本文讨论了用于表征不同工作条件下压力传感器芯片性能的常用规范。

我们将讨论的第一组规格通常用于表征 MEMS 芯片在室温 (25 °C）.

电桥电阻（或阻抗）： 这表示跨电桥测量的电阻（根据欧姆定律，电压除以电流）。 由于我们的 惠斯通电桥 设计以及我们的 Sentium® 和 MeritUltra™ 工艺，我们所有芯片上的输入电阻（+E 到 -E）和输出电阻（+O 到 -O）是相同的。

偏移（或零压输出电压）：这表示在零压力下，零输出与 MEMS 芯片的实际输出之间的差异。 在绝对没有偏移的情况下，在零压力下，输出将为 0 mV/V。 但是，如果偏移量为 ±10 mV/V，则 5 伏激发电压的差异可能为 ±50 mV。 请参阅下面的传递函数图像。

灵敏度（或跨度）： 通常，灵敏度和跨度是同义词。 这两个术语用于表示 MEMS 芯片对施加的压力和电源电压的电输出或响应。 它通常由图表上一条线的斜率表示，输出在一个轴上，压力（对于给定的电源电压）在另一个轴上。 请参阅下面的传递函数图像。 灵敏度通常以每 psi 微伏每伏 (µV/V/psi) 表示。

非线性（或线性）：这显示了输出的线性/非线性程度。 理想的输出是完美的线性。 例如，在恒定的 5 伏电源下，压力每增加一磅每平方英寸，以毫伏为单位的输出将线性增加，如上图传递函数的图像所示。 压力非线性的计算方法是在压力范围的中点测量两个差值之一：一个是实际输出与最佳拟合直线 (BFSL) 之间的一个，另一个是实际输出与最佳拟合直线 (BFSL) 之间的一个。连接实际输出的两个端点的不可见线。 这条线称为终点线或终点线。 请参考下图。 此图像中显示的实际输出已被夸大以供说明。 无论压力非线性是基于 BFSL 还是终点线，它都表示为满量程输出 (FSO) 的百分比。

压力滞后：这显示了在零压力下输出的增量或差异，然后达到满量程压力并返回到零压力。 没有压力滞后是理想的，这意味着每次压力返回零时输出都将完全相同。 该规范将为您提供模具可重复性的一个指标。 压力滞后表示为满量程输出 (FSO) 的百分比。

接下来的三个规格表明 零件在指定温度范围内的行为方式. 在 Merit Sensor，所有 MEMS 芯片都在 -40 至 150 °C 的温度范围内进行测试。 这三个规格是一阶效应。

偏移温度系数 (TCO)：这也称为零压力温度系数 (TCZ)。 这表明零压力下的偏移量随温度变化而变化。

电阻温度系数 (TCR): 这说明 电阻如何变化 在零压力下随温度变化。 电桥电阻确实会随温度发生显着变化。

灵敏度温度系数 (TCS)：这也称为跨度温度系数。 它表示随着温度变化的满量程输出偏差。 随着温度升高，灵敏度降低。 因此，在室温下，您可能会获得 100 mV 的输出，但在 150 °C 时，输出将降至 75 mV 左右。

好消息是上面列出的所有错误都是可重复且一致的，这意味着它们对补偿反应良好。 除了制造 MEMS 芯片，Merit Sensor 还制造 压力传感器包 并在各种温度范围内进行校准。

但是，以下两个规范涉及 无法补偿的误差：热滞后和长期漂移. 因此，如果您要决定购买哪种 MEMS 芯片，您将需要找到一家生产在这两个领域具有良好规格的零件的供应商。 我们 Merit Sensor 知道，我们的客户不希望他们的包含我们 MEMS 芯片的部件在客户的应用中出现故障； 因此，我们以生产具有出色热滞值和长期稳定性的 MEMS 芯片而自豪。

热滞回：这通常是在零压力下进行的，它显示了当温度在室温下然后升高到 150 °C 然后回到室温，然后降低到 -40 °C 然后再次回到室温时的输出差异等等。 该测试表征了芯片在多次热循环中的可重复性。 每次温度恢复到给定值时都获得相同的输出是理想的。

长期稳定性（或长期漂移）：该规格表明芯片输出将保持多稳定，或者换句话说，偏移量随时间和持续温度漂移的程度有多小。 例如，我们已经在 150 °C 下对零件进行了 300 小时的测试。

需要注意的一件事是宣传 MEMS 芯片的数据表，其精度为 ±0.25 %。 关键在于：准确度是指 仅由 室温下非线性； 它没有考虑已经讨论过的其他错误。 希望本文能帮助您更好地了解 MEMS 硅芯片的不同性能特征以及用于量化芯片性能的规范。

审核编辑：郭婷