【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体领域，特别是涉及一种湿度检测元件、芯片、温湿度传感器及温湿度校准方法。
技术介绍
1、温湿度传感器是生产生活中最为常见的一种传感器，其广泛应用于食品生产、农业种植、电子元器件制造等各个领域。基于mems工艺的温湿度传感器通常由一个单电容结构的mems湿度传感芯片与一个asic专用芯片组成。mems电容式薄膜湿度传感芯片因其响应速度快，输出线性度高，功耗低等优势得以广泛应用。
2、由于mems电容式湿度传感芯片存在输出信号幅度小(一般在pf量级)、温度变化易造成容值漂移等缺陷，因此需要对传感器的输出信号进行校准。根据湿度传感器的输出特性，传统校准方法通常在不同温度区间采用不同的校准算法，即中间温度段采用最小二乘法直线拟合算法，低温与高温温度段采用rbp神经网络补偿算法；rbp神经网络补偿算法因校准所需的温湿度数据点较多，模型构建较为复杂，导致校准成本高昂，难以在低端单片机上处理和实现。
3、因此，如何减少温度对湿度信号的影响、减小湿度测量误差、降低校准成本，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本专利技术的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种湿度检测元件、芯片、温湿度传感器及温
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种湿度检测元件，所述湿度检测元件至少包括：
3、基底、设置于所述基底上的第一绝缘材料层、嵌设于所述第一绝缘材料层中的感温薄膜、设置于所述第一绝缘材料层上的金属电极层、设置于所述金属电极层上的第二绝缘材料层以及嵌设于所述第二绝缘材料层中的感湿薄膜，所述感湿薄膜暴露于空气中；
4、其中，所述金属电极层包括参考电容电极对及感湿电容电极对，所述参考电容电极对位于所述感温薄膜上方，所述感湿电容电极对位于所述感湿薄膜下方，所述参考电容电极对及所述感湿电容电极对的正负极分别引出到所述第二绝缘材料层表面与引出电极连接；所述第一绝缘材料层、所述金属电极层及所述第二绝缘材料层上设置有隔离槽，所述隔离槽位于所述参考电容电极对与所述感湿电容电极对之间，用于隔离参考电容与感湿电容的电场。
5、可选地，所述参考电容电极对及所述感湿电容电极对均为叉指结构。
6、可选地，所述感温薄膜及所述感湿薄膜的材料均为聚酰亚胺。
7、可选地，所述基底的材料为硅；所述第一绝缘材料层及所述第二绝缘材料层的材料均为二氧化硅；所述第一绝缘材料层与所述第二绝缘材料层厚度相同。
8、可选地，所述参考电容电极对及所述感湿电容电极对共用负极。
9、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种芯片，所述芯片至少包括上述湿度检测元件。
10、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种温湿度传感器，所述温湿度传感器至少包括：湿度检测电路、处理单元、温敏电阻、上述湿度检测元件或芯片；
11、所述湿度检测电路连接所述参考电容的正极、所述感湿电容的正极及所述处理单元，基于所述处理单元中设定的基准振荡次数控制所述湿度检测元件中感湿电容的振荡；还基于所述感湿电容的振荡时间控制所述湿度检测元件中参考电容的振荡，并获取相应的输出振荡次数；
12、所述温敏电阻用于提供温度检测信号；
13、所述处理单元连接所述湿度检测电路及所述温敏电阻，基于所述湿度检测电路的输出信号实现湿度校准，并基于所述温敏电阻上的温度检测信号实现温度校准。
14、可选地，所述湿度检测电路包括充电电阻、第一充电开关、第二充电开关、第一放电开关、第二放电开关、第一施密特触发器、第二施密特触发器、与逻辑单元及选择电路；
15、所述充电电阻的两端分别连接所述参考电容及所述感湿电容的正极；
16、所述第一充电开关的一端连接预设电压，另一端连接所述参考电容的正极；所述第二充电开关的一端连接所述预设电压，另一端连接所述感湿电容的正极；所述第一充电开关及所述第二充电开关用于提供充电通路；
17、所述第一放电开关并联在所述参考电容的两端，所述第二放电开关并联在所述感湿电容的两端，用于提供放电通路；
18、所述第一施密特触发器的输入端连接所述参考电容的正极，所述第二施密特触发器的输入端连接所述感湿电容的正极，所述与逻辑单元对所述第一施密特触发器及所述第二施密特触发器的输出信号做与运算并输出；
19、所述选择电路的输入端连接于所述第二施密特触发器的输出端，输出端连接所述第一放电开关及所述第二放电开关的控制端，选择相应的电容进行振荡。
20、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种温湿度校准方法，基于上述温湿度传感器实现，所述温湿度校准方法至少包括：
21、在同一温度下，选取n个湿度校准点，在各湿度校准点对应的湿度下，获取感湿电容振荡基准振荡次数所需时间对应的参考电容的输出振荡次数，基于湿度输出特性曲线建立湿度值与输出振荡次数的数学模型，基于各输出振荡次数拟合计算所述湿度值与输出振荡次数的数学模型中的系数，进而得到湿度校准公式；
22、根据温敏电阻的输出特性，选取m个温度校准点，获取各温度校准点对应的温敏电阻输出信号，基于温度输出特性曲线建立温度值与温敏电阻输出信号的数学模型，基于温敏电阻各输出信号拟合计算所述温度值与温敏电阻输出信号的数学模型中的系数，进而得到温度校准公式；
23、其中，n为大于等于2的自然数，m为大于等于2的自然数。
24、可选地，获取所述输出振荡次数的方法包括：
25、对所述感湿电容进行基准振荡次数的充放电操作，并记录振荡时间；在所述振荡时间内对所述参考电容重复进行充放电操作，并记录输出振荡次数；
26、其中，电容两端电压上升至翻转电平则判定充电完成，电容两端电压下降为预设电平判定放电完成，一次充放电操作记为一次振荡。
27、可选地，所述基准振荡次数与所述输出振荡次数满足如下关系式：
28、ti总＝ti感湿·x感湿＝ti参考·x参考；
29、其中，ti总为振荡时间，ti感湿为感湿电容的振荡周期，x感湿为基准振荡次数，ti参考为参考电容的振荡周期，x参考为输出振荡次数。
30、可选地，所述湿度值与输出振荡次数的数学模型为二阶数学模型，满足：
31、h＝ax2+bx+c；
32、其中，h为湿度值，x为输出振荡次数，a、b、c为所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种湿度检测元件，其特征在于，所述湿度检测元件至少包括：
2.根据权利要求1所述的湿度检测元件，其特征在于：所述参考电容电极对及所述感湿电容电极对均为叉指结构。
3.根据权利要求1所述的湿度检测元件，其特征在于：所述感温薄膜及所述感湿薄膜的材料均为聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的湿度检测元件，其特征在于：所述基底的材料为硅；所述第一绝缘材料层及所述第二绝缘材料层的材料均为二氧化硅；所述第一绝缘材料层与所述第二绝缘材料层厚度相同。
5.根据权利要求1所述的湿度检测元件，其特征在于：所述参考电容电极对及所述感湿电容电极对共用负极。
6.一种芯片，其特征在于，所述芯片至少包括如权利要求1-5任意一项所述的湿度检测元件。
7.一种温湿度传感器，其特征在于，所述温湿度传感器至少包括：湿度检测电路、处理单元、温敏电阻、如权利要求1-5任意一项所述的湿度检测元件或如权利要求6所述的芯片；
8.根据权利要求7所述的温湿度传感器，其特征在于：所述湿度检测电路包括充电电阻、第一充电开关、第二充电开关、第一放电
9.一种温湿度校准方法，基于如权利要求7-8任意一项所述的温湿度传感器实现，其特征在于，所述温湿度校准方法至少包括：
10.根据权利要求9所述的温湿度校准方法，其特征在于：获取所述输出振荡次数的方法包括：
11.根据权利要求9所述的温湿度校准方法，其特征在于：所述基准振荡次数与所述输出振荡次数满足如下关系式：
12.根据权利要求9所述的温湿度校准方法，其特征在于：所述湿度值与输出振荡次数的数学模型为二阶数学模型，满足：
13.根据权利要求9所述的温湿度校准方法，其特征在于：所述温度值与温敏电阻输出信号的数学模型为二阶数学模型，满足：
...【技术特征摘要】
1.一种湿度检测元件，其特征在于，所述湿度检测元件至少包括：
2.根据权利要求1所述的湿度检测元件，其特征在于：所述参考电容电极对及所述感湿电容电极对均为叉指结构。
3.根据权利要求1所述的湿度检测元件，其特征在于：所述感温薄膜及所述感湿薄膜的材料均为聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的湿度检测元件，其特征在于：所述基底的材料为硅；所述第一绝缘材料层及所述第二绝缘材料层的材料均为二氧化硅；所述第一绝缘材料层与所述第二绝缘材料层厚度相同。
5.根据权利要求1所述的湿度检测元件，其特征在于：所述参考电容电极对及所述感湿电容电极对共用负极。
6.一种芯片，其特征在于，所述芯片至少包括如权利要求1-5任意一项所述的湿度检测元件。
7.一种温湿度传感器，其特征在于，所述温湿度传感器至少包括：湿度检测电路、处理单元、温敏电阻、如权利要求1-5任意一项所述的湿度检测元...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙宇霆，张安铎，周德博，
申请(专利权)人：华润微集成电路无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：
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