專(zhuān)利名稱(chēng)：一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體集成電路，具體的說(shuō)是一種能夠?qū)⒉煌锢韰⒘康目刂破餍畔⑼ㄟ^(guò)一個(gè)系統(tǒng)集成芯片同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，處理并以不同形式進(jìn)行傳輸?shù)囊环N井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片。
背景技術(shù)：
目前，在很多行業(yè)中都需利用傳感器對(duì)壓力和重量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的傳感系統(tǒng)芯片。尤其是在智能井的井下技術(shù)中更加需要。智能井技術(shù)始于20世紀(jì)90年代，在當(dāng)時(shí)全球石油工業(yè)提高油藏產(chǎn)能的大趨勢(shì)下，智能井技術(shù)得以發(fā)展并商業(yè)化。這一技術(shù)的研發(fā)使許多原來(lái)不能開(kāi)采的邊際油田得到開(kāi)發(fā)，為深水、海上、邊遠(yuǎn)地區(qū)及老油田的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了希望。所謂智能井就是在井中安裝了可獲得井下油氣生產(chǎn)信息的傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和控制設(shè)備，并可在地面進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和決策分析的井。通過(guò)智能井可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)能的目的。應(yīng)用智能井技術(shù)可以通過(guò)一口井對(duì)多個(gè)油藏流體的流入和流出進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，避免不同的油藏壓力帶來(lái)的交叉流動(dòng)。對(duì)于多油層合采，智能完井的應(yīng)用允許交替開(kāi)采上部和下部產(chǎn)層，加快了整個(gè)井的生產(chǎn)速度，也提高了油井的凈現(xiàn)值。油藏的遠(yuǎn)程管理使得作業(yè)人員無(wú)需對(duì)井進(jìn)行物理干預(yù)，減少了潛在的修井作業(yè)的成本。在鉆機(jī)時(shí)間(尤其是在深水或海底)成本昂貴的條件下，修井成本的降低會(huì)帶來(lái)顯著的效益，同時(shí)也彌補(bǔ)了由于修井而損失的產(chǎn)量。另外，應(yīng)用智能完井的注入井可以更好地進(jìn)行注水控制，提高油井的最終采收率。同時(shí)，應(yīng)用智能井系統(tǒng)也可以減少地面基建設(shè)施成本。智能井技術(shù)的目的是提高油井開(kāi)采率，提高油田自動(dòng)化控制水平，降低油田操作成本與設(shè)備成本，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。智能井技術(shù)中的核心部件是永久式油井傳感器，它負(fù)責(zé)向地面提供壓力溫度數(shù)據(jù)。隨著油田的不斷開(kāi)采，油氣井的深度不斷增加，傳感器的工作環(huán)境溫度也越來(lái)越高。傳統(tǒng)電子傳感器已經(jīng)難以滿足需要。根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，井下溫度每升高18° C，電子傳感器的故障率就提高I倍。殼牌石油在1987-1998年間對(duì)952個(gè)電子永久性油井傳感器的分析表明，在低于100° C的連續(xù)工作環(huán)境下，12%的傳感器在I年內(nèi)失效，31%在5年內(nèi)失效。美國(guó)Quartzdyne公司對(duì)其超過(guò)450個(gè)高溫電子傳感器在180° C環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，3個(gè)月內(nèi)超過(guò)60%的傳感器失效，在6個(gè)月內(nèi)，全部傳感器失效。因此，電子傳感器一般用于低于100° C的油井中。一些深海油井的溫度已經(jīng)達(dá)到200 — 250° C，而稠油注氣井的溫度高達(dá)300° C。在這些應(yīng)用環(huán)境中，電子傳感器完全無(wú)法滿足要求。與電子傳感器相比，光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫、抗腐蝕、抗電磁干擾、使用安全不打火、體積小。這些優(yōu)點(diǎn)使得它在20世紀(jì)90年代末逐漸在油田中展開(kāi)應(yīng)用。2002年8月，Norsk Hydro ASA公司完成了業(yè)內(nèi)第一口多光纖傳感器智能井。光纖測(cè)量系統(tǒng)安裝在北海挪威海域Oseberg東部的E-1lC井，包括在井內(nèi)安裝多個(gè)光纖壓力和溫度傳感器及地面操縱智能完井流量控制裝置。所有光纖傳感器都由Weatherford公司生產(chǎn)。目前國(guó)外進(jìn)行智能井光纖壓力溫度傳感器傳感器開(kāi)發(fā)的公司有還有美國(guó)Sabeus公司，美國(guó)Baker-Hughs公司，加拿大FISO公司，巴西Gavea公司等等。這些公司目前的產(chǎn)品都是面向智能井單點(diǎn)測(cè)溫測(cè)壓應(yīng)用的。而與傳感器相連的傳感系統(tǒng)芯片普遍存在抗壓力、抗腐蝕性較差，只能對(duì)一個(gè)傳感器進(jìn)行單一物理量信息的監(jiān)測(cè)。很多傳感器受到自身工藝的限制不能在惡劣環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的傳輸工作。這樣的傳感系統(tǒng)芯片就不能滿足井下作業(yè)的需求。對(duì)于高精度適用于井下作業(yè)的傳感系統(tǒng)芯片都處于研發(fā)階段由于研發(fā)過(guò)程中采用多個(gè)芯片系統(tǒng)集成度較低，穩(wěn)定性較差，傳輸數(shù)據(jù)誤差較大。目前，還沒(méi)有一種可以同時(shí)測(cè)量不同傳感器的物理量進(jìn)行運(yùn)算后并且根據(jù)不同的客戶(hù)需求將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸；同時(shí)具有集成度高，穩(wěn)定性高，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，價(jià)格低廉，同時(shí)可以有效的節(jié)省了空間，降低成本，可對(duì)設(shè)備儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控；能夠滿足對(duì)大部分傳感器通用性和井下作業(yè)的需求的傳感系統(tǒng)芯片。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，該結(jié)構(gòu)可以同時(shí)測(cè)量不同傳感器的物理量進(jìn)行運(yùn)算后并且根據(jù)不同的客戶(hù)需求將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸；同時(shí)具有集成度高，穩(wěn)定性高，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，價(jià)格低廉，同時(shí)可以有效的節(jié)省了空間，降低成本，在傳感系統(tǒng)芯片內(nèi)部設(shè)有數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和性的存儲(chǔ)器能夠滿足對(duì)大部分傳感器通用性和井下作業(yè)的需求。根據(jù)本實(shí)用新型第一方面，提供了一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，是由基板構(gòu)成，芯片焊接在基板上，在芯片上設(shè)有多個(gè)管腳，其特征在于所述芯片的管腳通過(guò)基板管腳分別與I個(gè)以上的壓力傳感器和I個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接；在芯片上設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、可調(diào)增益模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)串行化模塊、總線取電模塊、電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、可調(diào)時(shí)鐘模塊和電流環(huán)數(shù)字化總線，各個(gè)功能模塊之間通過(guò)電連接方式進(jìn)行連接。一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述芯片上還可以設(shè)有通道切換模塊。一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述芯片內(nèi)部的各個(gè)功能模塊的連接關(guān)系為通道切換模塊通過(guò)芯片管腳與I個(gè)以上的壓力傳感器和I個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接并逐次采集多個(gè)壓力物理量信息和I個(gè)溫度物理量信息，將采集到的多個(gè)壓力物理量信息和I個(gè)溫度物理量信息傳輸至可調(diào)增益模塊中進(jìn)行不同倍數(shù)的放大后形成較為統(tǒng)一的物理量信息后傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊中進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)串行化處理后再傳輸至電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換形成電流信號(hào)后經(jīng)數(shù)字化電流環(huán)總線輸出；其中所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)芯片管腳與壓力傳感器進(jìn)行連接；所述電源模塊為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊提供電源；所述總線取電模塊為電源模塊提供備用電源；所述數(shù)據(jù)處理模塊同時(shí)還與可調(diào)增益模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接；所述可調(diào)時(shí)鐘模塊與數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行連接，為數(shù)據(jù)處理模塊提供了數(shù)據(jù)處理模塊的工作速率。一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述I個(gè)溫度傳感器與一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器進(jìn)行連接，用于為一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器的溫度補(bǔ)償。一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述數(shù)據(jù)處理模塊包括3個(gè)子系統(tǒng)，分別是存儲(chǔ)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和處理系統(tǒng)；其中，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)用于存儲(chǔ)壓力傳感器所需的運(yùn)行程序，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的工藝可以為OTP ROM、EEP ROM、FLASH工藝中的一種；所述控制系統(tǒng)用于控制所述可調(diào)增益模塊的放大范圍，其范圍為1-32倍；用于控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的多個(gè)物理量信息轉(zhuǎn)換的速率，其轉(zhuǎn)換的速率在ΙΟΟΗζ-ΙΜΗζ ；用于控制所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)范圍，其調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)范圍在100 μA-2mA ；通道切換的切換時(shí)序和可編程放大模塊的放大倍數(shù)；其放大倍數(shù)在0-50倍；·所述處理系統(tǒng)用于處理轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)傳遞至出具串行化模塊中進(jìn)行串行。一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中芯片與所述壓力傳感器和溫度傳感器之間的連接方式可以為恒壓方法、恒流方法中的一種；其中在所述芯片的管腳上設(shè)置有電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊即可實(shí)現(xiàn)恒壓法連接。一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中該井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片的工作溫度范圍在_60°C至150°C之間。一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述總線取電模塊可同時(shí)為芯片提供備用電源和通訊。一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述電源模塊可以通過(guò)芯片上設(shè)置的管腳進(jìn)行供電也可通過(guò)總線取電模塊供電。一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述電流環(huán)數(shù)字化總線用于將采集到的物理量信息傳輸至輸出設(shè)備中，同時(shí)調(diào)整該數(shù)字化電流環(huán)總線上的電流環(huán)強(qiáng)度為總線取電模塊進(jìn)行供電保障；單一的數(shù)字化電流環(huán)總線可同時(shí)與多個(gè)井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片進(jìn)行有效的連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)可以同時(shí)測(cè)量不同傳感器的物理量進(jìn)行運(yùn)算后并且根據(jù)不同的客戶(hù)需求將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸；同時(shí)具有集成度高，穩(wěn)定性高，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，價(jià)格低廉，同時(shí)可以有效的節(jié)省了空間，降低成本，在傳感系統(tǒng)芯片內(nèi)部設(shè)有數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和性的存儲(chǔ)器能夠滿足對(duì)大部分傳感器通用性和井下惡劣環(huán)境作業(yè)的需求。

圖1是本實(shí)用新型一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片中可對(duì)多個(gè)壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼w模塊示意圖；圖2是本實(shí)用新型一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片中可對(duì)單個(gè)壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼w模塊示意圖；圖3是本實(shí)用新型一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片中數(shù)據(jù)處理模塊的模塊示意圖。
具體實(shí)施方式
[0032]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，以下所說(shuō)明的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。實(shí)施例1，圖1是本實(shí)用新型一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片中可對(duì)多個(gè)壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼w模塊示意圖；如圖1所示一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，是由基板構(gòu)成，芯片焊接在基板上，在芯片上設(shè)有28個(gè)管腳，其特征在于所述芯片的管腳通過(guò)基板管腳分別與4個(gè)壓力傳感器和I個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接；在芯片上設(shè)有通道切換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、可調(diào)增益模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)串行化模塊、總線取電模塊、電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、可調(diào)時(shí)鐘模塊和數(shù)字化電流環(huán)比總線，各個(gè)功能模塊之間通過(guò)電連接方式進(jìn)行連接。如圖1所示一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述芯片內(nèi)部的各個(gè)功能模塊的連接關(guān)系為通道切換模塊通過(guò)芯片管腳與4個(gè)壓力傳感器和I個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接并逐次采集4個(gè)壓力物理量信息和I個(gè)溫度物理量信息，將采集到5個(gè)物理量信息傳輸至可調(diào)增益模塊中進(jìn)行不同倍數(shù)的放大后形成較為統(tǒng)一的物理量信息后傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊中進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)串行化處理后再傳輸至電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換形成電流信號(hào)后經(jīng)數(shù)字化電流環(huán)總線輸出；其中所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)芯片管腳與壓力傳感器進(jìn)行連接；電源模塊為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊提供電源；總線取電模塊為電源模塊提供備用電源；數(shù)據(jù)處理模塊同時(shí)還與可調(diào)增益模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接；所述可調(diào)時(shí)鐘模塊與數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行連接，為數(shù)據(jù)處理模塊提供了數(shù)據(jù)處理模塊的工作速率。具體實(shí)施例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊為壓力傳感器和溫度傳感器提供驅(qū)動(dòng)。具體實(shí)施例中，壓力傳感器的物理量信息以電壓信號(hào)通過(guò)芯片的管腳傳輸?shù)娇烧{(diào)增益模塊的輸入端。具體實(shí)施例中，溫度傳感器的物理量信息以電壓信號(hào)通過(guò)芯片的管腳傳輸?shù)娇烧{(diào)增益模塊的輸入端。具體實(shí)施例中，I個(gè)溫度傳感器與4個(gè)壓力傳感器進(jìn)行連接，用于為4個(gè)壓力傳感器的溫度補(bǔ)償。具體實(shí)施例中，溫度傳感器中的溫度信息到數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊中用于補(bǔ)償壓力傳感器所在環(huán)境溫度對(duì)真實(shí)壓力造成的偏移。具體實(shí)施例中，可調(diào)增益模塊為4個(gè)壓力傳感器提供了不同的放大倍數(shù)，使4組壓力傳感器信息的數(shù)值大致相同。具體實(shí)施例中，壓力傳感器中含有惠更斯電路并通過(guò)該電路中的電阻與芯片的管腳進(jìn)行連接。具體實(shí)施例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和可調(diào)增益模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)絕大部分壓力傳感器的通用，本案例中所采用的壓力傳感器為光纖溫度與壓力二參量永久式油井傳感器。如圖3所示，一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述數(shù)據(jù)處理模塊包括3個(gè)子系統(tǒng)，分別是存儲(chǔ)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和處理系統(tǒng)；其中，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)用于存儲(chǔ)壓力傳感器所需的運(yùn)行程序，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的工藝為 OTP ROM ；所述控制系統(tǒng)用于控制所述可調(diào)增益模塊的放大范圍，在本實(shí)施例中可調(diào)增益模塊的放大倍數(shù)為6倍。用于控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的多個(gè)物理量信息轉(zhuǎn)換的速率，其轉(zhuǎn)換的速率為500Hz ；用于控制所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)范圍，其調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)為900 μ A ；通道切換的切換時(shí)序和可編程放大模塊的放大倍數(shù)；其放大倍數(shù)為12倍； 所述處理系統(tǒng)用于處理轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)傳遞至出具串行化模塊中進(jìn)行串行。具體實(shí)施例中，壓力傳感器和溫度傳感器之間的連接方式為恒壓方法，其中在所述芯片的管腳上設(shè)置有電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)恒壓法連接。具體實(shí)施例中，該井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片的工作溫度值為_(kāi)20°C。具體實(shí)施例中，總線取電模塊可同時(shí)為芯片提供備用電源和通訊。具體實(shí)施例中，電源模塊通過(guò)總線取電模塊供電。具體實(shí)施例中，數(shù)字化電流環(huán)總線用于將采集到的物理量信息傳輸至輸出設(shè)備中，同時(shí)調(diào)整該數(shù)字化電流環(huán)總線上的電流環(huán)強(qiáng)度為總線取電模塊進(jìn)行供電保障；單一的數(shù)字化電流環(huán)總線可同時(shí)與4個(gè)井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片進(jìn)行有效的連接。實(shí)施例2，圖2是本實(shí)用新型一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片中可對(duì)單個(gè)壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼w模塊示意圖；如圖2所示，一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，是由基板構(gòu)成，芯片焊接在基板上，在芯片上設(shè)有12個(gè)管腳，其特征在于所述芯片的管腳通過(guò)基板管腳分別與I個(gè)壓力傳感器和I個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接；在芯片上設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、可調(diào)增益模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)串行化模塊、總線取電模塊、電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、可調(diào)時(shí)鐘模塊和數(shù)字化電流環(huán)比總線，各個(gè)功能模塊之間通過(guò)電連接方式進(jìn)行連接。如圖2所示，一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述芯片內(nèi)部的各個(gè)功能模塊的連接關(guān)系為可調(diào)增益模塊通過(guò)芯片管腳與I個(gè)壓力傳感器和I個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接并逐次采集I個(gè)壓力物理量信息和I個(gè)溫度物理量信息，將采集到2個(gè)物理量信息進(jìn)行倍數(shù)的放大后形成較為統(tǒng)一的物理量信息后傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊中進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)串行化處理后再傳輸至電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換形成電流信號(hào)后經(jīng)數(shù)字化電流環(huán)總線輸出；其中所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)芯片管腳與壓力傳感器進(jìn)行連接；電源模塊為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊提供電源；總線取電模塊為電源模塊提供備用電源；數(shù)據(jù)處理模塊同時(shí)還與可調(diào)增益模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接；所述可調(diào)時(shí)鐘模塊與數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行連接，為數(shù)據(jù)處理模塊提供了數(shù)據(jù)處理模塊的工作速率。具體實(shí)施例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊為壓力傳感器和溫度傳感器提供驅(qū)動(dòng)。具體實(shí)施例中，壓力傳感器的物理量信息以電壓信號(hào)通過(guò)芯片的管腳傳輸?shù)娇烧{(diào)增益模塊的輸入端。具體實(shí)施例中，溫度傳感器的物理量信息以電壓信號(hào)通過(guò)芯片的管腳傳輸?shù)娇烧{(diào)增益模塊的輸入端。具體實(shí)施例中，I個(gè)溫度傳感器與I個(gè)壓力傳感器進(jìn)行連接，用于為壓力傳感器的溫度補(bǔ)償。具體實(shí)施例中，溫度傳感器中的溫度信息到數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊中用于補(bǔ)償壓力傳感器所在環(huán)境溫度對(duì)真實(shí)壓力造成的偏移。具體實(shí)施例中，可調(diào)增益模塊為I個(gè)壓力傳感器提供了放大倍數(shù)。具體實(shí)施例中，壓力傳感器中含有惠更斯電路并通過(guò)該電路中的電阻與芯片的管腳進(jìn)行連接。具體實(shí)施例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和可調(diào)增益模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)絕大部分壓力傳感器的通用，本案例中所采用的壓力傳感器為藍(lán)寶石壓力傳感器。如圖3所示，一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述數(shù)據(jù)處理模塊包括3個(gè)子系統(tǒng)，分別是存儲(chǔ)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和處理系統(tǒng)；其中，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)用于存儲(chǔ)壓力傳感器所需的運(yùn)行程序，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的工藝為 EEP ROM ；所述控制系統(tǒng)用于控制所述可調(diào)增益模塊的放大范圍，在本實(shí)施例中可調(diào)增益模塊的放大倍數(shù)為12倍。用于控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的多個(gè)物理量信息轉(zhuǎn)換的速率，其轉(zhuǎn)換的速率為800Hz ；用于控制所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)范圍，其調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)為300 μ A ；通道切換的切換時(shí)序和可編程放大模塊的放大倍數(shù)；其放大倍數(shù)為5倍；所述處理系統(tǒng)用于處理轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)傳遞至出具串行化模塊中進(jìn)行串行。具體實(shí)施例中，壓力傳感器和溫度傳感器之間的連接方式為恒流方法。具體實(shí)施例中，該井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片的工作溫度值為80°C。具體實(shí)施例中，總線取電模塊可同時(shí)為芯片提供備用電源和通訊。具體實(shí)施例中，電源模塊通過(guò)總線取電模塊供電。具體實(shí)施例中，數(shù)字化電流環(huán)總線用于將采集到的物理量信息傳輸至輸出設(shè)備中，同時(shí)調(diào)整該數(shù)字化電流環(huán)總線上的電流環(huán)強(qiáng)度為總線取電模塊進(jìn)行供電保障；單一的數(shù)字化電流環(huán)總線可與I個(gè)井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片進(jìn)行有效的連接。實(shí)施例3，圖1是本實(shí)用新型一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片中可對(duì)多個(gè)壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼w模塊示意圖；如圖1所示一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，是由基板構(gòu)成，芯片焊接在基板上，在芯片上設(shè)有16個(gè)管腳，其特征在于所述芯片的管腳通過(guò)基板管腳分別與3個(gè)壓力傳感器和I個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接；在芯片上設(shè)有通道切換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、可調(diào)增益模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)串行化模塊、總線取電模塊、電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、可調(diào)時(shí)鐘模塊和數(shù)字化電流環(huán)比總線，各個(gè)功能模塊之間通過(guò)電連接方式進(jìn)行連接。如圖1所示一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述芯片內(nèi)部的各個(gè)功能模塊的連接關(guān)系為通道切換模塊通過(guò)芯片管腳與3個(gè)壓力傳感器和I個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接并逐次采集3個(gè)壓力物理量信息和I個(gè)溫度物理量信息，將采集到4個(gè)物理量信息傳輸至可調(diào)增益模塊中進(jìn)行不同倍數(shù)的放大后形成較為統(tǒng)一的物理量信息后傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊中進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)串行化處理后再傳輸至電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換形成電流信號(hào)后經(jīng)數(shù)字化電流環(huán)總線輸出；其中所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)芯片管腳與壓力傳感器進(jìn)行連接；電源模塊為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊提供電源；總線取電模塊為電源模塊提供備用電源；數(shù)據(jù)處理模塊同時(shí)還與可調(diào)增益模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接；所述可調(diào)時(shí)鐘模塊與數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行連接，為數(shù)據(jù)處理模塊提供了數(shù)據(jù)處理模塊的工作速率。具體實(shí)施例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊為壓力傳感器和溫度傳感器提供驅(qū)動(dòng)。具體實(shí)施例中，壓力傳感器的物理量信息以電壓信號(hào)通過(guò)芯片的管腳傳輸?shù)娇烧{(diào)增益模塊的輸入端。具體實(shí)施例中，溫度傳感器的物理量信息以電壓信號(hào)通過(guò)芯片的管腳傳輸?shù)娇烧{(diào)增益模塊的輸入端。具體實(shí)施例中，I個(gè)溫度傳感器與3個(gè)壓力傳感器進(jìn)行連接，用于為3個(gè)壓力傳感器的溫度補(bǔ)償。具體實(shí)施例中，溫度傳感器中的溫度信息到數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊中用于補(bǔ)償壓力傳感器所在環(huán)境溫度對(duì)真實(shí)壓力造成的偏移。具體實(shí)施例中，可調(diào)增益模塊為3個(gè)壓力傳感器提供了不同的放大倍數(shù)，使3組壓力傳感器信息的數(shù)值大致相同。具體實(shí)施例中，壓力傳感器中含有惠更斯電路并通過(guò)該電路中的電阻與芯片的管腳進(jìn)行連接。具體實(shí)施例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和可調(diào)增益模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)絕大部分壓力傳感器的通用，本案例中所采用的壓力傳感器為擴(kuò)散硅壓力傳感器。如圖3所示，一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其中所述數(shù)據(jù)處理模塊包括3個(gè)子系統(tǒng)，分別是存儲(chǔ)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和處理系統(tǒng)；其中，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)用于存儲(chǔ)壓力傳感器所需的運(yùn)行程序，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的工藝為 FLASH ；所述控制系統(tǒng)用于控制所述可調(diào)增益模塊的放大范圍，在本實(shí)施例中可調(diào)增益模塊的放大倍數(shù)為32倍。用于控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的多個(gè)物理量信息轉(zhuǎn)換的速率，其轉(zhuǎn)換的速率為650Hz ；用于控制所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)范圍，其調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)為550 μ A ；通道切換的切換時(shí)序和可編程放大模塊的放大倍數(shù)；其放大倍數(shù)為8倍；所述處理系統(tǒng)用于處理轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)傳遞至出具串行化模塊中進(jìn)行串行。具體實(shí)施例中，壓力傳感器和溫度傳感器之間的連接方式為恒壓方法，其中在所述芯片的管腳上設(shè)置有電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)恒壓法連接。具體實(shí)施例中，該井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片的工作溫度值為120°C。具體實(shí)施例中，總線取電模塊可同時(shí)為芯片提供備用電源和通訊。具體實(shí)施例中，電源模塊通過(guò)總線取電模塊供電。具體實(shí)施例中，數(shù)字化電流環(huán)總線用于將采集到的物理量信息傳輸至輸出設(shè)備中，同時(shí)調(diào)整該數(shù)字化電流環(huán)總線上的電流環(huán)強(qiáng)度為總線取電模塊進(jìn)行供電保障；單一的數(shù)字化電流環(huán)總線可同時(shí)與4個(gè)井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片進(jìn)行有效的連接。綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)可以同時(shí)測(cè)量不同傳感器的物理量進(jìn)行運(yùn)算后并且根據(jù)不同的客戶(hù)需求將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸；同時(shí)具有集成度高，穩(wěn)定性高，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，價(jià)格低廉，同時(shí)可以有效的節(jié)省了空間，降低成本，在傳感系統(tǒng)芯片內(nèi)部設(shè)有數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和性的存儲(chǔ)器能夠滿足對(duì)大部分傳感器通用性和井下作業(yè)的需求。盡管上文對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本實(shí)用新型原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，是由基板構(gòu)成，芯片焊接在基板上，在芯片上設(shè)有多個(gè)管腳，其特征在于所述芯片的管腳通過(guò)基板管腳分別與I個(gè)以上的壓力傳感器和I 個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接；在芯片上設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、可調(diào)增益模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)串行化模塊、總線取電模塊、電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、可調(diào)時(shí)鐘模塊和電流環(huán)數(shù)字化總線，各個(gè)功能模塊之間通過(guò)電連接方式進(jìn)行連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其特征在于，所述芯片上還可以設(shè)有通道切換模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其特征在于，所述芯片內(nèi)部的各個(gè)功能模塊的連接關(guān)系為通道切換模塊通過(guò)芯片管腳與I個(gè)以上的壓力傳感器和I個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接并逐次采集多個(gè)壓力物理量信息和I個(gè)溫度物理量信息，將采集到的多個(gè)壓力物理量信息和I個(gè)溫度物理量信息傳輸至可調(diào)增益模塊中進(jìn)行不同倍數(shù)的放大后形成較為統(tǒng)一的物理量信息后傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊中進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)串行化處理后再傳輸至電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換形成電流信號(hào)后經(jīng)數(shù)字化電流環(huán)總線輸出；其中所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)芯片管腳與壓力傳感器進(jìn)行連接；所述電源模塊為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊提供電源；所述總線取電模塊為電源模塊提供備用電源；所述數(shù)據(jù)處理模塊同時(shí)還與可調(diào)增益模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接；所述可調(diào)時(shí)鐘模塊與數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行連接，為數(shù)據(jù)處理模塊提供了數(shù)據(jù)處理模塊的工作速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其特征在于所述 I個(gè)溫度傳感器與一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器進(jìn)行連接，用于為一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器的溫度補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊包括3個(gè)子系統(tǒng)，分別是存儲(chǔ)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和處理系統(tǒng)；其中，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)用于存儲(chǔ)壓力傳感器所需的運(yùn)行程序，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的工藝可以為 OTP ROM、EEP ROM、FLASH 工藝中的一種；所述控制系統(tǒng)用于控制所述可調(diào)增益模塊的放大范圍，其范圍為1-32倍；用于控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的多個(gè)物理量信息轉(zhuǎn)換的速率，其轉(zhuǎn)換的速率在 ΙΟΟΗζ-ΙΜΗζ ；用于控制所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)范圍，其調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)范圍在 100 μA-2mA ；通道切換的切換時(shí)序和可編程放大模塊的放大倍數(shù)；其放大倍數(shù)在0-50倍；所述處理系統(tǒng)用于處理轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)傳遞至出具串行化模塊中進(jìn)行串行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其特征在于芯片與所述壓力傳感器和溫度傳感器之間的連接方式可以為恒壓方法、恒流方法中的一種；其中在所述芯片的管腳上設(shè)置有電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊即可實(shí)現(xiàn)恒壓法連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3或5所述的一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其特征在于該井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片的工作溫度范圍在_60°C至150°C之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其特征在于所述總線取電模塊可同時(shí)為芯片提供備用電源和通訊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其特征在于所述電源模塊可以通過(guò)芯片上設(shè)置的管腳進(jìn)行供電也可通過(guò)總線取電模塊供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，其特征在于 所述電流環(huán)數(shù)字化總線用于將采集到的物理量信息傳輸至輸出設(shè)備中，同時(shí)調(diào)整該數(shù)字化電流環(huán)總線上的電流環(huán)強(qiáng)度為總線取電模塊進(jìn)行供電保障；單一的數(shù)字化電流環(huán)總線可同時(shí)與多個(gè)井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片進(jìn)行有效的連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種井下壓力、稱(chēng)重傳感系統(tǒng)芯片，涉及一種半導(dǎo)體集成電路，其特征在于所述芯片的管腳通過(guò)基板管腳分別與1個(gè)以上的壓力傳感器和1個(gè)溫度傳感器進(jìn)行連接；在芯片上設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、可調(diào)增益模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)串行化模塊、總線取電模塊、電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、可調(diào)時(shí)鐘模塊和電流環(huán)數(shù)字化總線，各個(gè)功能模塊之間通過(guò)電連接方式進(jìn)行連接。優(yōu)點(diǎn)，具有集成度高，穩(wěn)定性高，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，價(jià)格低廉，同時(shí)可以有效的節(jié)省了空間，降低成本，在傳感系統(tǒng)芯片內(nèi)部設(shè)有數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊和性的存儲(chǔ)器能夠滿足對(duì)大部分傳感器通用性和井下惡劣環(huán)境作業(yè)的需求。
文檔編號(hào)E21B47/06GK202832476SQ20122031914
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者黃正宇 申請(qǐng)人:黃正宇