本公開涉及電子器件領(lǐng)域，并且更具體地，涉及壓力傳感器設(shè)備。

背景技術(shù)：

在固態(tài)結(jié)構(gòu)中，尤其在例如橋梁、建筑物、隧道、鐵路、隔離墻、水壩、提防、管道和大都市運輸線的地下結(jié)構(gòu)等的承重結(jié)構(gòu)中，在許多點處監(jiān)控重要參數(shù)等(例如壓力、溫度和機械應(yīng)力)是十分重要的。周期性或連續(xù)性地執(zhí)行這種監(jiān)控，并且這種監(jiān)控在結(jié)構(gòu)的初始階段和壽命持續(xù)期間非常有用。

出于這種目的，該領(lǐng)域中的方法包括基于電子傳感器的電子監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用，其能夠以低成本來提供良好的性能。通常，這種設(shè)備被應(yīng)用于將被監(jiān)控的結(jié)構(gòu)的表面上，或者應(yīng)用于結(jié)構(gòu)中已經(jīng)存在并且可以從外部接入的凹槽內(nèi)。

這種設(shè)備不能夠窮盡地檢測將被監(jiān)控的結(jié)構(gòu)內(nèi)的參數(shù)，而知道這些參數(shù)對評估結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、安全性、老化、對可變大氣條件的反應(yīng)等是非常有用的。此外，這種設(shè)備通常只能在結(jié)構(gòu)被建造好之后應(yīng)用而不能在建造結(jié)構(gòu)時應(yīng)用。因此，它們不能評估可能的初始或內(nèi)部缺陷。

在Yamashita等人的美國專利第6,950,767號中公開了針對這些要求的方法，提供了一種整體包含(即，“埋入”)在制造被監(jiān)控結(jié)構(gòu)的材料(例如，鋼筋混凝土)中的電子監(jiān)控設(shè)備。更具體地，埋入結(jié)構(gòu)的設(shè)備是被密封在單個封裝件中的完整系統(tǒng)，其由組裝在襯底上、通過利用金屬連接制成的電連接而連接在一起的多個芯片中制造的不同部分(諸如集成電路、傳感器、天線、電容器、電池、存儲器、控制單元等)組成。

Yamashita等人的美國專利第6,950,767號的系統(tǒng)還包括子系統(tǒng)，其具有與電源相關(guān)的功能，例如通過電磁波從外部接收能量的情況下的整流器或者用于內(nèi)部生成電能的自身電池?？梢杂^察到，監(jiān)控系統(tǒng)用于初始“埋入”建筑材料(例如，液態(tài)混凝土，隨后將被固化)中，然后保持“埋入”固態(tài)結(jié)構(gòu)中，其經(jīng)受臨界條件，例如極其高的壓力，甚至可以為幾百大氣壓。還例如由于水滲透而隨時間而存在多種其他磨損原因，這會損傷系統(tǒng)。

諸如Yamashita等人的美國專利第6,950,767號中公開的系統(tǒng)的潛在缺陷源于它們是復合系統(tǒng)的事實，即使它們被封裝在封裝件中，因此會在面對它們工作的操作條件時產(chǎn)生損傷。具體地，封裝件的各個部件之間的電互連是易受損傷的。通常，嚴酷環(huán)境(諸如鋼筋混凝土)內(nèi)的電互連是不可靠的并且例如由于機械應(yīng)力和腐蝕而具有較短的壽命。

此外，在封裝件中設(shè)置“窗口”以允許傳感器檢測相關(guān)參數(shù)，這會是濕氣可能滲透的弱點。此外，涂覆材料中的破裂或瑕疵會使得水和化學物質(zhì)滲透到封裝件的內(nèi)部并引起短路。除水之外，諸如潛在的腐蝕性酸的其他物質(zhì)也會滲入。通常，盡管設(shè)計用于所提到的用法，但Yamashita等人的美國專利第6,950,767號由于這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜性(盡管被小型化)而具有限制?？赡艿姆椒ㄊ莿?chuàng)建完全埋入集成電路的電子系統(tǒng)而不具有電互連，但這會需要有效方式來通過電磁波為IC提供電能，由于半導體材料導電性而減少電能損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本公開提供了一種壓力傳感器設(shè)備，位于測量機械參數(shù)的材料內(nèi)，其特征在于，所述壓力傳感器設(shè)備包括：集成電路IC，包括：環(huán)形振蕩器，包括至少一個反相器級，所述至少一個反相器級包括第一摻雜壓敏電阻器對和第二摻雜壓敏電阻器對，每個壓敏電阻器對均包括彼此正交布置且具有相同電阻值的兩個壓敏電阻器，每個壓敏電阻器對均具有響應(yīng)于壓力的第一電阻值和第二電阻值，以及輸出接口，耦合至所述環(huán)形振蕩器，并且被配置為生成基于所述第一電阻值和所述第二電阻值并且表示垂直于所述集成電路IC的壓力的壓力輸出信號。

此外，還提供了一種壓力傳感器設(shè)備，位于測量機械參數(shù)的材料內(nèi)，其特征在于，所述壓力傳感器設(shè)備包括：集成電路IC，包括：環(huán)形振蕩器，包括至少一個反相器級，所述至少一個反相器級包括第一摻雜壓敏電阻器對和第二摻雜壓敏電阻器對，電容器，耦合至所述第一摻雜壓敏電阻器對和所述第二摻雜壓敏電阻器對，每個壓敏電阻器對均包括彼此正交布置且具有相同電阻值的兩個壓敏電阻器，每個壓敏電阻器對均具有響應(yīng)于壓力的第一電阻值和第二電阻值，以及無線輸出接口，耦合至所述環(huán)形振蕩器，并且被配置為生成基于所述第一電阻值和所述第二電阻值并且表示垂直于所述集成電路IC的壓力的壓力輸出信號。

此外，還提供了一種位于材料內(nèi)的壓力傳感器設(shè)備，其特征在于，所述壓力傳感器設(shè)備包括：集成電路IC，包括：環(huán)形振蕩器，包括耦合到一起的多個反相器級，所述多個反相器級中的至少一個包括耦合到一起、被布置為相互垂直且具有響應(yīng)于壓力的第一電阻值和第二電阻值的第一壓敏電阻器和第二壓敏電阻器；以及輸出接口，耦合至所述環(huán)形振蕩器，并且被配置為生成基于所述第一電阻值和所述第二電阻值并且表示垂直于所述集成電路IC的壓力的壓力輸出信號。

此外，還提供了一種定位在材料內(nèi)的壓力傳感器設(shè)備，其特征在于，所述壓力傳感器設(shè)備包括：集成電路IC，包括：環(huán)形振蕩器，包括耦合到一起的多個反相器級，所述多個反相器級中的至少一個包括第一壓敏電阻器，所述多個反相器級中的至少一個其他反相器級包括被布置為垂直于所述第一壓敏電阻器的第二壓敏電阻器，所述第一壓敏電阻器和所述第二壓敏電阻器具有響應(yīng)于壓力的第一電阻值和第二電阻值；以及輸出接口，耦合至所述環(huán)形振蕩器，并且被配置為生成基于所述第一電阻值和所述第二電阻值并且表示垂直于所述集成電路IC的壓力的壓力輸出信號。

此外，還提供了一種壓力傳感器設(shè)備，位于測量機械參數(shù)的材料內(nèi)，其特征在于，所述壓力傳感器設(shè)備包括：集成電路IC，包括：第一環(huán)形振蕩器，包括具有第一摻雜壓敏電阻器對的反相器級，包括被布置為相互垂直且具有相同的響應(yīng)于壓力的第一電阻值的兩個壓敏電阻器；第二環(huán)形振蕩器，包括具有第二摻雜壓敏電阻器對的反相器級，包括被布置為相互垂直且具有相同的響應(yīng)于壓力的第二電阻值的兩個壓敏電阻器；以及輸出接口，耦合至所述第一環(huán)形振蕩器和所述第二環(huán)形振蕩器，并且被配置為生成基于所述第一電阻值和所述第二電阻值并且表示垂直于所述集成電路IC的壓力的壓力輸出信號。

一般來說，壓力傳感器設(shè)備位于測量機械參數(shù)的材料內(nèi)。壓力傳感器設(shè)備可以包括集成電路(IC)，集成電路包括：環(huán)形振蕩器，包括具有第一摻雜和第二摻雜壓敏電阻器對的反相器級。每個壓敏電阻器對均可以包括彼此正交布置且具有相同電阻值的兩個壓敏電阻器。每個壓敏電阻器對均可以具有響應(yīng)于壓力的第一和第二電阻值。IC可以包括輸出接口，耦合至環(huán)形振蕩器，并且被配置為生成基于第一和第二電阻值并且表示垂直于IC的壓力的壓力輸出信號。

壓力傳感器設(shè)備被定位在材料內(nèi)。壓力傳感器設(shè)備可包括IC，其包括具有耦合在一起的多個反相器級的環(huán)形振蕩器。多個反相器級中的至少一個可以包括耦合到一起、彼此正交布置且具有響應(yīng)于壓力的第一和第二電阻值的第一和第二壓敏電阻器。IC可包括輸出接口，其耦合至環(huán)形振蕩器，并且被配置為生成基于第一和第二電阻值并且表示垂直于IC的壓力的壓力輸出信號。

在一些實施例中，至少一個反相器級可包括第一和第二反相器級。第一反相器級可具有第一和第二壓敏電阻器，包括具有第一導電類型的半導體材料。第二反相器級可具有第二和第二壓敏電阻器，包括具有第二導電類型的半導體材料。

在另一實施例中，第一和第二壓敏電阻器包括具有第一導電類型的半導體材料，并且至少一個反相器級還可以包括耦合到一起并包括具有第二導電類型的半導體材料的第三和第四壓敏電阻器。此外，第三和第四壓敏電阻器可以被布置為相互垂直，并具有響應(yīng)于壓力的第三和第四電阻值。

備選地，輸出接口可以包括無線發(fā)射器。輸出接口可以包括調(diào)制器，其耦合在無線發(fā)射器的上游并被配置為通過調(diào)制環(huán)形振蕩器電路的輸出來生成壓力輸出信號。調(diào)制器可被配置為基于幅移鍵控調(diào)制進行操作。至少一個反相器級可以包括耦合至第一和第二壓敏電阻器的電容器。

另一方面涉及一種位于材料內(nèi)的壓力傳感器設(shè)備。該壓力傳感器設(shè)備可以包括IC，其包括環(huán)形振蕩器，環(huán)形振蕩器包括多個耦合到一起的反相器級。多個反相器級中的至少一個可以包括第一壓敏電阻器，并且多個反相器級中的至少一個其他反相器級可包括被布置為垂直于第一壓敏電阻器的第二壓敏電阻器。第一和第二壓敏電阻器可以具有響應(yīng)于壓力的第一和第二電阻值。IC可包括輸出接口，其耦合至環(huán)形振蕩器并被配置為生成基于第一和第二電阻以及表示IC的法向壓力的壓力輸出信號。

又一方面涉及一種使得壓力傳感器設(shè)備位于材料內(nèi)的方法。該方法可包括形成IC，IC包括環(huán)形振蕩器，環(huán)形振蕩器包括耦合到一起的多個反相器級。多個反相器級中的至少一個可包括耦合到一起的第一和第二壓敏電阻器，它們彼此正交布置且具有響應(yīng)于壓力的第一和第二電阻值。IC可包括輸出接口，其耦合至環(huán)形振蕩器并被配置為生成第一和第二電阻以及表示垂直于IC的壓力的壓力輸出信號。

另一方面涉及一種使壓力傳感器設(shè)備位于材料內(nèi)的方法。該方法可以包括形成IC，IC包括環(huán)形振蕩器，環(huán)形振蕩器包括耦合到一起的多個反相器級。多個反相器級中的至少一個可包括第一壓敏電阻器，并且多個反相器級中的至少一個其他反相器級可包括被布置為垂直于第一壓敏電阻器的第二壓敏電阻器。第一和第二壓敏電阻器可具有響應(yīng)于壓力的第一和第二電阻值。IC可包括輸出接口，其耦合至環(huán)形振蕩器并被配置為生成基于第一和第二電阻以及表示垂直于IC的壓力的壓力輸出信號。

附圖說明

圖1A和圖1B是根據(jù)本公開的壓力傳感器設(shè)備和讀取器設(shè)備的實施例的示意圖。

圖2A和圖2B是根據(jù)本公開的壓力傳感器設(shè)備的示意圖。

圖3是圖1A和圖1B中的壓力傳感器設(shè)備的環(huán)形振蕩器的示意圖。

圖4A和圖4B是圖1A和圖1B的壓力傳感器設(shè)備中的反相器級的示意圖。

圖5是根據(jù)本公開的反相器級的另一實施例的示意圖。

圖6A和圖6B分別是根據(jù)本公開的第一和第二反相器級的另一實施例的示意圖。

圖7是根據(jù)本公開的反相器級的另一實施例的示意圖。

圖8A至圖8D是根據(jù)本公開的具有四個反相器級的另一實施例的示意圖。

圖9是圖6A和圖6B的反相器級的示意圖。

圖10是示出圖6A和圖6B的反相器級的RC時間常數(shù)的示圖。

圖11A和圖11B是示出圖5的反相器級的操作的示圖。

圖12A和圖12B是示出圖5的反相器級的操作的示圖，比圖11A和圖11B具有更多數(shù)量的收聽周期。

圖13是示出與測量收聽周期的數(shù)量N相關(guān)的測量壓力誤差值的示圖。

圖14是根據(jù)本公開的讀取器設(shè)備的另一實施例的示意圖。

圖15是示出圖14的讀取器設(shè)備的操作的示圖。

圖16是根據(jù)本公開的讀取器設(shè)備的另一實施例的示意圖。

圖17是示出圖16的讀取器設(shè)備的操作的示圖。

具體實施方式

以下將參照示出本實用新型多個實施例的附圖更詳細地描述本公開。然而，本公開可以以許多不同的形式來具體化而不應(yīng)限于本文闡述的實施例。此外，提供這些實施例以使本公開更加完整并使本領(lǐng)域技術(shù)人員完整理解本實用新型的范圍。類似的參考標號表示類似的元件，并且基礎(chǔ)100參考標號用于在可選實施例中表示類似的元件。

初始參照圖1至圖4B，現(xiàn)在描述根據(jù)本公開的差分壓力傳感器設(shè)備30。差分壓力傳感器設(shè)備30位于材料(例如，氣體、液體或固體)內(nèi)。材料的示例可以是建筑物材料(例如，混凝土)。根據(jù)應(yīng)用，差分壓力傳感器30可以測量不同時間(在兩個不同時刻)或不同位置(在空間中的兩個不同位置)的壓力變化。如果測量值是隨時間的壓力變化(圖2A)，則差分壓力傳感器設(shè)備30示意性地包括襯底45和被襯底45承載的IC 44。如果壓力測量值是位置的變化(圖2B)，則差分壓力傳感器設(shè)備30示意性地包括以固定/已知距離定位的可以被襯底45承載的兩個IC 44、44’。此外，在未示出的實施例中，如果發(fā)生壓力變化的空間是毫米或微米的級別，則可以僅使用一個IC 44，其中兩個傳感器定位在IC 44的不同區(qū)域中。

IC 44示意性地包括至少一個環(huán)形振蕩器32(包括耦合在一起的多個反相器級46a-46c)以及耦合至輸出接口31(在圖1A中為無線輸出接口，并且在圖1B中示為有線輸出接口631)的天線35。反相器級46a-46c的數(shù)量在圖3中示意性示為3個，但是可以使用任何奇數(shù)個配置。此后，描述壓力傳感器的多個實施例，具體地描述限定環(huán)形振蕩器的反相器級。

在圖4A至圖4B中，壓力傳感器的第一實施例包括兩個獨立的環(huán)形振蕩器級，因為這兩級是兩個獨立的環(huán)形振蕩器的部分。第一環(huán)形振蕩器具有至少一個反相器級(包括反相器級46a)。反相器級46a示意性地包括第一和第二壓膜電阻器49a、50a，它們被布置為相互垂直(L定向)(即，定位為旋轉(zhuǎn)大約90度，例如80-100度的范圍)，包括具有第一導電類型的半導體材料(例如，N型或P型摻雜半導體)。第二環(huán)形振蕩器具有至少一個反相器級46b，其具有第一和第二壓膜電阻器49b、50b，它們被布置為相互垂直(L定向)(即，定位為旋轉(zhuǎn)大約90度，例如80-100度的范圍)，包括具有不同于第一導電類型的第二導電類型的半導體材料(例如，N型或P型摻雜半導體)。每個環(huán)形振動器的輸出信號由于外部壓力變化而被阻抗變化所影響。第一和第二反相器級46a和46b均包括串聯(lián)耦合并位于第一(例如，電源)和第二(例如，地)參考電壓之間的第一和第二晶體管47a-48b以及耦合在第二壓膜電阻器50a-50b與第二參考電壓之間的電容器51a-51b。

IC 44示意性地包括耦合至環(huán)形振蕩器32并被配置為生成基于第一和/或第二電阻并且表示垂直于IC 44的壓力的壓力輸出信號的輸出接口31。此外，如圖1A或圖1B所示，輸出接口31被配置為通過調(diào)制至少一個環(huán)形振蕩器電路32的輸出來生成壓力輸出信號。輸出接口31內(nèi)的調(diào)制器可以被配置為基于幅移鍵控(ASK)調(diào)制或不同的已知調(diào)制方案來進行操作。

由于差分壓力傳感器設(shè)備30可以被埋入材料(如建筑物材料)內(nèi)，所以壓力傳感器設(shè)備可以如圖1所示通過諸如讀取器設(shè)備40的外部系統(tǒng)來無線讀取，然后差分壓力傳感器設(shè)備30(具體為輸出接口31)耦合至天線35。讀取器設(shè)備40還包括天線41和耦合至天線的讀取器模塊43。如所理解的，天線35可以被埋入差分壓力傳感器設(shè)備30中。否則，如圖1B所示，可以利用RF線纜或使用電力線通信來讀取壓力傳感器設(shè)備。

根據(jù)兩個環(huán)形振動器的輸出，通過如下去除x-y軸壓力分量來確定垂直于IC的壓力。考慮圖4A和圖4B的實施例，擴散P型電阻器Rp(49a，50a)和擴散N型電阻器Rn(49b，50b)具有L定向。它們的電阻變化通過以下等式來與環(huán)形振蕩器的參數(shù)聯(lián)系起來：

其中，τp和τn是兩個環(huán)形振蕩器的振蕩時間。因此，測量振蕩時間，可以測量電阻變化。外部壓力被施加給兩個電阻器Rp和Rn，這里為隨時間的壓力變化。在溫度T(在集成熱傳感器的情況下測量)和兩個不同時間(即，t1和t2，t2>t1)處，可以測量先前兩個電阻器的電阻變化。

其中，σ1(t1)是時間t1處的x分量應(yīng)力，σ2(t1)是時間t1處的y分量應(yīng)力，σ3(t1)是時間t1處的z分量應(yīng)力(法向分量)，σ1(t2)是時間t2處的x分量應(yīng)力，σ2(t2)是時間t2處的y分量應(yīng)力，σ3(t2)是時間t2處的z分量應(yīng)力(法向分量)，σ1(t1)不同于σ1(t2)，σ2(t1)不同于σ2(t2)，以及σ3(t1)不同于σ3(t2)。

假設(shè)具有非常不同的動態(tài)處理時間，即測量時間(MHz-GHz)<<應(yīng)力變化時間(kHz)<<熱變化時間(Hz)(例如，建筑物結(jié)構(gòu)具有大體積，因此溫度變化隨時間流逝較低)，則根據(jù)先前的四個測量值，可以導出以下關(guān)系并提供法向壓力變化

操作a(*)取消x-y平面壓力分配，同時減法項

去除了明確的熱變化項?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的校準程序來得到值，應(yīng)用已知的法向壓力Δσ₃。根據(jù)壓電電阻理論，該參數(shù)等于：

通常，該參數(shù)取決于溫度。

例如，如果所施加的壓力為

σ₃＝σ₀sin(ω₀t)；

則(根據(jù)先前所述測量右側(cè))，參見

根據(jù)這些測量值，可以得到：

ω₀＝ω_measured

如果具有更多振蕩模式，則可以使用傅里葉分析。將描述的所有其他實施例使用相同的先前程序來提取法向壓力。如果測量值是空間中的壓力變化，則可以應(yīng)用相同的概念。用x1替換t1且用x2替換t2，可以提取空間中的法向壓力差。需要位置x1和位置x2處的溫度相同。

法向壓力變化可以在差分壓力傳感器設(shè)備30中計算，例如通過埋入的微控制器或微處理器或數(shù)字信號處理器(DSP)計算，或者通過讀取器40在差分壓力傳感器設(shè)備30外計算。

又一方面在于一種使差分壓力傳感器設(shè)備30位于建筑物材料內(nèi)的方法。該方法可以包括形成IC 44，其包括至少一個環(huán)形振蕩器32，至少一個環(huán)形振蕩器32包括耦合在一起的多個反相器級46a-46c。在第一環(huán)形振蕩器中，多個反相器級46a-46c中的至少一個可以包括被布置為相互垂直并具有響應(yīng)于壓力的第一電阻值的第一壓敏電阻器49a-50a。在第二環(huán)形振蕩器中，多個反相器級46a-46c中的至少一個可以包括被布置為相互垂直并具有響應(yīng)于壓力的第二電阻值的第一壓敏電阻器49b-50b。IC 44可以包括耦合至至少一個環(huán)形振蕩器32并被配置為生成基于第一和第二電阻和表示垂直于IC的壓力的壓力輸出信號的輸出接口31。

現(xiàn)在還參照圖5，壓力傳感器的第二實施例包括單個環(huán)形振蕩器132。在環(huán)形振蕩器132的該實施例中，上面已經(jīng)參照圖1至圖4描述的元件的參考標號增加100并且很大程度上這里不再需要進一步的討論。該實施例與先前實施例的不同之處在于，只具有一個包括反相器級146的環(huán)形振蕩器132。這里，反相器級146示意性地包括耦合到一起的第三和第四壓敏電阻器154-155。此外，第一和第二壓敏電阻器149-150包括具有第一導電類型的半導體材料，并且第三和第四壓敏電阻器154-155包括具有不同于第一導電類型的第二導電類型的半導體材料。此外，第三和第四壓敏電阻器154-155被布置為相互垂直(處于L定向)，并且具有響應(yīng)于壓力的第三和第四電阻值。

此外，反相器級146示意性地包括與第一和第二晶體管147-148并聯(lián)耦合的第三和第四晶體管152-153。第一和第二壓敏電阻器149-150耦合至第三晶體管152，并且第三和第四壓敏電阻器154-155耦合至第四晶體管153。在該實施例中，這電源電壓中具有較小的壓降和處理變化，從而提供了壓力的更精確的測量。此外，壓敏電阻器149-150和154-155是同一電路的部分且實際上相互閉合，從而它們被疊加至相同壓力/應(yīng)力。

現(xiàn)在參照圖6A和圖6B，壓力傳感器的第三實施例包括兩個獨立的環(huán)形振蕩器232a-232b。在環(huán)形振蕩器232a-232b的該實施例中，上面參照圖1至圖4討論的那些元件的參考標號增加了200并且很大程度上不需要進一步的討論。該實施例與先前實施例的區(qū)別在于，每個環(huán)形振蕩器232a-232b還包括耦合至第二晶體管248a-248b的第三和第四壓敏電阻器254a-255b。第一和第二壓敏電阻器249a-250b耦合至第一晶體管247a-247b。

現(xiàn)在參照圖7，壓力傳感器的第四實施例包括單個環(huán)形振蕩器332。在環(huán)形振蕩器332的該實施例中，上面參照圖5討論的那些元件的參考標號增加了300并且很大程度上不需要進一步的討論。該實施例與先前實施例的區(qū)別在于，該環(huán)形振蕩器332示意性地包括第一和第二二極管358-359用于替換第三和第四晶體管152-153(圖5)。這里，可以從占空比中得到壓力變化的信息。

現(xiàn)在參照圖8A至圖8D，現(xiàn)在描述包括四個獨立的環(huán)形振蕩器432的壓力傳感器的第五實施例。在環(huán)形振蕩器432的該實施例中，上面參照圖4討論的那些元件的參考標號增加了400并且很大程度上不需要進一步的討論。該實施例與先前實施例的區(qū)別在于，第一和第二壓敏電阻器49a-50b被單個壓敏電阻器449a-449d代替。壓敏電阻器449a-449b(相互垂直)包括具有第一導電類型的半導體材料，并且壓敏電阻器449c-449d(相互垂直)包括具有不同于第一導電類型的第二導電類型的半導體材料。

現(xiàn)在附加地參照圖9，描述包括單個環(huán)形振蕩器432的壓力傳感器的第六實施例。該實施例與先前實施例的區(qū)別在于，只存在一個具有反相器級232的環(huán)形振蕩器。第一和第二壓敏電阻器250和244耦合至具有第一導電類型(例如，N型或P型摻雜半導體)的第一晶體管247。第三和第四壓敏電阻器254-255耦合至具有不同于第一導電類型的第二導電類型(例如，P型或N型摻雜半導體)的第二晶體管248。這里，如圖10所示，可以從占空比中得到壓力變化的信息。在示例56中，曲線57示出了用于環(huán)形振蕩器232的RC時間常數(shù)。

現(xiàn)在參照圖11A至圖13，將用于差分壓力傳感器設(shè)備30的一些示圖作為示例。在使用ASK調(diào)制的實施例中，示例60、65、70、80示出了輸出接口31的輸出信號62、67、72、82。還示出了輸出接口31之前(或讀取器40中的調(diào)制之后)的信號61、66、71、81。示例83包括曲線84，其示出了收聽周期的數(shù)量函數(shù)中的壓力的測量法向分量的誤差。

在示例60中，收聽時間的一個周期

T_listen1＝n₁·T_carrier＝1μs

其中，

f₁＝1MHz；以及

在示例65中，

以及

在示例70中，收聽時間的N個周期

T_listen1＝n₁·T_carrier＝N·1μs

以及

在示例80中，

以及

示例83通過改變由讀取器設(shè)備固定的輸出信號收聽時間(例如，收聽周期的數(shù)量)來表明壓力傳感器的分辨率(假設(shè)溫度恒定)。該示例83示出了根據(jù)分辨率或根據(jù)可接受的最大誤差實現(xiàn)良好測量所需的收聽周期的最小數(shù)量。一個周期不夠但是周期的數(shù)量應(yīng)該在分辨率規(guī)格和獲取的數(shù)據(jù)/秒的數(shù)量之間取得最佳折中。在以下示例中，每個ΔR/R測量的長度大約為64μs以實現(xiàn)5atm的最大誤差。

現(xiàn)在參照圖14和圖15，通過使用分立部件的讀取器設(shè)備40的可能實施方式的一部分示意性地包括Rx 85、耦合至Rx 85的鎖相環(huán)(PLL)86、耦合至PLL的采樣保持(S/H)塊87、耦合至S/H塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換器89以及也耦合至S/H塊的壓控振蕩器(VCO)88。示例90是用于讀取器設(shè)備40的部分中的信號的定時圖。曲線92a示出了斜坡信號；曲線92b示出了感應(yīng)信號；曲線92c示出了輸出頻率信號；曲線92d輸出了采樣信號；曲線92e示出了V_f信號；曲線92f示出了SOC(轉(zhuǎn)換開始)信號；以及曲線92g示出了EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)信號。ADC的數(shù)字輸出是所施加法向壓力的變化的估計。

現(xiàn)在參照圖16和圖17，集成讀取器設(shè)備540的部分的可能實施方式示意性地包括Tx/Rx 585以及耦合至Tx/Rx的數(shù)字加工(elaboration)單元(例如，微控制器或數(shù)字信號處理單元)589。該方法可以通過在同一IC中包括Tx/Rx單元和DSP來總體集成。示例95是用于讀取器設(shè)備543的部分中的信號的定時圖。曲線91a 示出了時鐘信號；曲線91b示出了SOC信號；曲線91c示出了周期計數(shù)信號；曲線91d示出了EOC信號；曲線91e示出了參考時鐘信號；以及曲線91f示出了時間計數(shù)信號。時間計數(shù)器的最終值是所施加壓力的變化的數(shù)字估計。通過校準算法，該值可用于獲取壓力。

一種位于材料內(nèi)的壓力傳感器設(shè)備，該壓力傳感器設(shè)備包括集成電路(IC)，集成電路包括：環(huán)形振蕩器，包括耦合到一起的多個反相器級，所述多個反相器級中的至少一個包括耦合到一起、被布置為相互垂直并具有響應(yīng)于壓力的第一和第二電阻值的第一和第二壓敏電阻器；以及輸出接口，耦合至所述環(huán)形振蕩器并被配置為生成基于第一和第二電阻以及表示垂直于IC的壓力的壓力輸出信號。其中所述至少一個反相器級包括第一和第二反相器級，所述第一反相器級包括具有第一導電類型的半導體材料的第一和第二壓敏電阻器，以及所述第二反相器級包括具有第二導電類型的半導體材料的第一和第二壓敏電阻器。其中所述第一和第二壓敏電阻器包括具有第一導電類型的半導體材料；并且其中所述至少一個反相器級還包括第三和第四壓敏電阻器，它們耦合到一起并且包括具有第二導電類型的半導體材料。

其中所述第三和第四壓敏電阻器被布置為相互垂直并具有響應(yīng)于壓力的第三和第四電阻值。其中所述輸出接口包括無線發(fā)射器。其中所述輸出接口包括耦合所述無線發(fā)射器的上游并被配置為通過調(diào)制所述環(huán)形振蕩器的輸出生成壓力輸出信號的調(diào)制器。

其中所述調(diào)制器被配置為基于幅移鍵控調(diào)制進行操作。其中所述至少一個反相器級包括耦合至所述第一和第二壓敏電阻器的電容器。一種使得壓力傳感器設(shè)備定位在材料內(nèi)的方法，該方法包括形成集成電路(IC)，集成電路包括：環(huán)形振蕩器，包括耦合到一起的多個反相器級，多個反相器級中的至少一個包括耦合到一起、布置為相互垂直且具有響應(yīng)于壓力的第一和第二電阻值的第一和第二壓敏電阻器；以及輸出接口，耦合至環(huán)形振蕩器并被配置為生成基于第一和第二電阻以及表示垂直于IC的壓力的壓力輸出信號。

其中至少一個反相器級包括第一和第二反相器級，第一反相器級具有包括第一導電類型的半導體材料的第一和第二壓敏電阻器，并且所述第二反相器級具有包括第二導電類型的半導體材料的第一和第二壓敏電阻器。其中第一和第二壓敏電阻器包括具有第一導電類型的半導體材料；并且其中至少一個反相器級還包括耦合到一起且包括具有第二導電類型的半導體材料的第三和第四壓敏電阻器。其中第三和第四壓敏電阻器被布置為相互垂直且具有響應(yīng)于壓力的第三和第三電阻值。

其中輸出接口包括無線發(fā)射器。其中輸出接口包括調(diào)制器，其耦合至無線發(fā)射器的上游并被配置為通過調(diào)制環(huán)形振蕩器電路的輸出生成壓力輸出輸出信號。

一種定位在材料內(nèi)的壓力傳感器設(shè)備，該壓力傳感器設(shè)備包括集成電路(IC)，集成電路包括：環(huán)形振蕩器，包括耦合到一起的多個反相器級，所述多個反相器級中的至少一個包括第一壓敏電阻器，所述多個反相器級中的至少一個其他反相器級包括被布置為垂直于第一壓敏電阻器的第二壓敏電阻器，所述第一和第二壓敏電阻器具有響應(yīng)于壓力的第一和第二電阻值；以及輸出接口，耦合至所述環(huán)形振蕩器并被配置為生成基于第一和第二電阻以及表示垂直于所述IC的壓力的壓力輸出信號。

其中所述第一和第二壓敏電阻器包括具有第一導電類型的半導體材料。其中所述輸出接口包括無線發(fā)射器。其中所述輸出接口包括調(diào)制器，其耦合至無線發(fā)射器的上游并被配置為通過調(diào)制所述環(huán)形振蕩器電路的輸出生成壓力輸出信號。其中所述調(diào)制器被配置為基于幅移鍵控調(diào)制進行操作。

一種使得壓力傳感器設(shè)備位于材料內(nèi)的方法，該方法包括形成集成電路(IC)，集成電路包括：環(huán)形振蕩器，包括耦合到一起的多個反相器級，多個反相器級中的至少一個包括第一壓敏電阻器，多個反相器級中的至少一個其他反相器級包括被布置為垂直于第一壓敏電阻器的第二壓敏電阻器，第一和第二壓敏電阻器具有響應(yīng)于壓力的第一和第二電阻值；以及輸出接口，耦合至環(huán)形振蕩器并被配置為生成基于第一和第二電阻以及表示垂直于IC的壓力的壓力輸出信號。

其中第一和第二壓敏電阻器包括具有第一導電類型的半導體材料。其中所述輸出接口包括無線發(fā)射器。其中所述輸出接口包括調(diào)制器，其耦合至無線發(fā)射器的上游并被配置為通過調(diào)制環(huán)形振蕩器的輸出生成壓力輸出信號。其中所述調(diào)制器被配置為基于幅移鍵控調(diào)制進行操作。

一種位于測量機械參數(shù)的材料內(nèi)的壓力傳感器設(shè)備，該壓力傳感器設(shè)備包括集成電路(IC)，集成電路包括：第一環(huán)形振蕩器，包括具有第一摻雜壓敏電阻器對的反相器級，包括被布置為相互垂直且具有相同的響應(yīng)于壓力的第一電阻值的兩個壓敏電阻器；第二環(huán)形振蕩器，包括具有第二摻雜壓敏電阻器對的反相器級，包括被布置為相互垂直且具有相同的響應(yīng)于壓力的第二電阻值的兩個壓敏電阻器；以及輸出接口，耦合至所述第一和第二環(huán)形振蕩器并被配置為生成基于第一和第二電阻值以及表示垂直于IC的壓力的壓力輸出值。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在前面的說明書和相關(guān)附圖的基礎(chǔ)上可以對本公開進行許多修改并實現(xiàn)其他實施例；因此，應(yīng)該理解，本公開不限于所公開的具體實施例，并且這些修改和實施例均包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。