AniTHA - Analoge, integrierte Temperaturkompensation für Hochtemperatur-Anwendungen


16.08.2021

Piezoresistive Drucksensoren sind üblicherweise für Einsatztemperaturen bis etwa 130°C ausgelegt. Das CiS Forschungsinstitut ist in der Lage, durch Anpassung von Chipdesign und Halbleitertechnologie piezoresistive Drucksensorchips für Einsatztemperaturen bis 300°C zu entwickeln und zu fertigen.
Die Rohsignale des Sensorelementes werden mittels eines ASICs verarbeitet. Hier sind auch die Kalibrierdaten für die Temperaturkompensation des Ausgangssignals hinterlegt. Für die Anwendung im erweiterten Einsatztemperaturbereich sind derzeit kaum kommerzielle ASICs verfügbar. Bisher wurde der ASIC vom Messort des Drucksensorchips räumlich abgesetzt. Dies führte zur Verringerung der Messgenauigkeit, Vergrößerung des Bauraumes und Erhöhung der Herstellungskosten.

Um dieses Problem zu lösen, wurde im Projekt AniTHA eine analoge, auf dem Sensorchip integrierte Temperaturkompensation für Einsatztemperaturen bis etwa 300°C konzipiert und umgesetzt, die folgende Vorteile bietet:

  • Es werden keine hochtemperaturtauglichen ASICs zur Temperaturkompensation benötigt.
  • Es werden systematische Temperaturfehler vermieden, die dadurch entstehen, dass der (konventionelle) ASIC vom Ort des Sensors räumlich abgesetzt wird und somit beide Orte unterschiedliche Temperaturen haben (Ort der Druckmessung und Ort der Temperaturmessung). Gleichzeitig wird die Dynamik des Systems bei Temperaturwechseln verbessert.
  • Der benötigte Bauraum des Messsystems sowie dessen Herstellungskosten können reduziert werden.

Die Lösung ist auch auf klassische piezoresistive Si-Drucksensoren im Temperaturbereich bis 130°C als analoge Vorkompensation anwendbar. Vorteilhaft ist hier, dass für die Kalibrierungen weniger Temperaturstützstellen erforderlich werden, oder in Abhängigkeit von der angestrebten Genauigkeit, die Kalibrierung sogar ganz entfallen kann.

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Projekt "Analoge, integrierte Temperaturkompensation für Hochtemperatur-Anwendungen" (AniTHA) wurden gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.
FKZ: 49MF180042