高性能传感芯片

中国科学院微电子研究所   硅器件与集成研发中心

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项目简介

该项目团队掌握主要的核心技术有高精度分布式温度传感技术、温度传感器与无线RFID结合的技术、高精度水分在线检测技术、单芯片压力传感技术、传感器批量校正技术。这些技术具有国内领先的水平。高精度分布式温度传感技术采用的是片内PN结测温的原理,该原理的温度传感器精度受限于双极型晶体管的温度特性,而单个双极型晶体管的VBE是取决于多个温度系数复杂且随工艺变化的物理量,并且实现电路中有很多非理想效应,包括饱和电流效应、电流有限增益效应等等;这些非理想因素会导致温度输出的非线性,很难实现高精度。我们采用了斩波技术、动态匹配技术、激光修调、算法修调、二次曲率补偿等技术来克服非理想效应从而实现高精度,最高达到±0.1℃的水平。 温度传感器和RFID的结合的无线温度传感器是采用无源无线的方式实现温度检测,该技术对低功耗设计提出了前所未有的挑战,团队从流程、体系、架构等各方面来考虑功耗,将温度检测距离提高到10米。 高精度水分在线检测技术更是具有业内唯一性的技术,采用准确的建模技术和微小电容检测技术来进行粮食、土壤的含水量在线检测,达到了±0.5%以内。应用该技术和高精度温度检测技术设计的高精度温度水分一体传感器芯片解决了困扰国家和粮食行业不能实时监测粮食水分和温度的痛点和难题,填补了国外内空白,提升了行业标准;温度水分一体传感器芯片还得到了中科院STS双创引导项目的支持,获得了与会专家的一致认可和好评。 单芯片压力传感器技术是采用MEMS+CMOS结合工艺单芯片实现压力传感器,这需要对MEMS技术和CMOS技术的深入理解,并且解决融合问题。使用CMOS工艺实现ASIC信号检测与处理电路,使用MEMS工艺实现压力传感器头,技术难度大、壁垒高。 传感校正技术是一项基础核心技术,是各种传感器校正的根基,这方面的落后也是我国中高端传感器落后的原因之一。我们对该校正方法已有多年的研究,并形成自己独特的技术特点。我们自主研发了一套算法,其工作原理为数据采集部分采集传感器的输出量,然后进行数据分析,通过对数据的分析得到较好的补偿算法,给出补偿数据对传感器进行补偿。该套算法就有高效、高精度的特点,并且通过千万级传感器出货的检验。 项目核心成员8人,博士2人,硕士4人,本科2人。

应用领域

本项目是针对目前国内欠缺的中高端传感器芯片进行研发并产业化,主要研究高精度温度传感器、温度湿度一体传感器、温度水分一体传感器、温湿水三位一体复合传感器、无线温度传感器、压力传感器等高端传感器类芯片。目前项目已经实现了高精度温度传感器的量产出货,温度水分传感器也处于小批量生产状态,其余传感器基本处于样品阶段。本项目的顺利实施将满足我国工业、物联网、汽车电子、农业等领域的产业需求,推动产业发展,促进国民经济发展。

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