光電位置傳感器工作原理

設(shè)p型層的電阻是均勻的，兩電極間的距離為2l,流過兩電極的電流分別為i1和i2,則流過n型層上電極的電流i0為i1和i2之和。i0= i1 i2 　當(dāng)光束入射到psd器件光敏層上距中心點的距離為xa時，在入射位置上產(chǎn)生與入射輻射成正比的信號電荷，此電荷形成的光電流通過電阻p型層分別由電極1與2輸出。

應(yīng)用于定位系統(tǒng)中，模擬psd對準(zhǔn)物體的過程，確定psd與物體之間的相對位置；對準(zhǔn)物體1的中心裝有一高亮度的發(fā)光二級管2，psd傳感器4安裝于微動。工作平臺上；二極管發(fā)出的光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)3聚焦后，將光點成像于放置在透鏡焦平面上的psd 的接收光敏面上，這個光點信號經(jīng)過前置放大電路5轉(zhuǎn)換為電信號。然后，通過a/d采樣6，送入到計算機(jī)7進(jìn)行處理。從而確定psd對準(zhǔn)物體平面上某一點的位置。當(dāng)對準(zhǔn)位置在測量范圍內(nèi)移動時，光斑與psd兩電極間的距離發(fā)生變化，使兩電極輸出電流隨其光斑位置的變化而變化，因此通過測定傳感器兩電極輸出電流的大小，便可知道psd與對準(zhǔn)物體平面上的某一點位置相對應(yīng)。

工藝流程為： 清洗氧化→lto→增密→光刻磷電極區(qū)→刻蝕→注入磷→去膠→推進(jìn)氧化→光刻硼電極區(qū)→刻蝕→去膠→生長薄二氧化硅→第二次光刻硼電極區(qū)→注入硼→去膠→推進(jìn)氧化→刻蝕→去膠→光敏區(qū)氧化→第二次光刻光敏區(qū)→注入bf2 →去膠→退火→生長sn →光刻引線孔→刻蝕sn →刻蝕二氧化硅→去膠→反刻鋁→濕法刻蝕鋁→去膠→合金。 　其中關(guān)鍵工藝點包括：低溫氧化工藝、二次光刻光敏區(qū)工藝、光敏區(qū)內(nèi)外電阻率比控工藝。 　（1） 低溫工藝。低溫?fù)铰妊趸磘ca氧化工藝，其氧化層生長速率慢，厚度均勻，氯與硅不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。生成的氧化層缺陷密度低，它克服了高溫工藝氯的腐蝕問題，可以制得高質(zhì)量且厚度比較薄的氧化層。這對于半導(dǎo)體光電位置傳感器的制作非常重要，在避免高溫工藝的同時在低溫工藝中有更大的選擇余地。

（2） 二次光刻光敏區(qū)工藝。采用此技術(shù)，在第一次光刻后去掉膠層，進(jìn)行氧化層的生長，約為500 a左右；然后進(jìn)行第二次光刻，透過二氧化硅層進(jìn)行光敏區(qū)bf2 的離子注入。這有兩個方面好處，一是可有效地保護(hù)光敏區(qū)的表面，保護(hù)二氧化硅和硅的界面；二是利用其屏蔽作用制得滿足器件要求的結(jié)深。 ?。?） 光敏區(qū)內(nèi)外電阻率比控工藝。影響高分辯率的因素有結(jié)深、邊界條件及有效光敏區(qū)內(nèi)外電阻率之比等。對于同一種器件結(jié)構(gòu)，光敏區(qū)在一個最佳結(jié)深條件下（0.32μm） 有最大的分辯率。此時光電流大，分辯率高。最佳注入條件為：磷注入， 能量為60kev , 劑量為4e15;硼注入， 能量60kev , 劑量為1e13;光敏注入，能量為40kev ,劑量為4e13。當(dāng)有效光敏區(qū)內(nèi)外電阻率之比為25時，在整個光敏區(qū)域75%的范圍內(nèi)可得到均勻一致的位移分辨能力，這時的非線性起伏小于0.1%, pin結(jié)構(gòu)可得到0.5mv/5μm 的分辨能力。

凸輪軸位置傳感器結(jié)構(gòu)特點

日產(chǎn)公司生產(chǎn)的光電式曲軸與凸輪軸位置傳感器是由分電器改進(jìn)而成的，主要由信號盤(即信號轉(zhuǎn)子)、信號發(fā)生器、配電器、傳感器殼體和線束插頭等組成。

信號盤是傳感器的信號轉(zhuǎn)子，壓裝在傳感器軸上。在靠近信號盤的邊緣位置制作有均勻間隔弧度的內(nèi)、外兩圈透光孔。其中，外圈制作有360個透光孔(縫隙)，間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，用于產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速信號；內(nèi)圈制作有6個透光孔(長方形孑L)，間隔弧度為60。，用于產(chǎn)生各個氣缸的上止點信號，其中有一個長方形的寬邊稍長，用于產(chǎn)生氣缸1的上止點信號。

信號發(fā)生器固定在傳感器殼體上，它由Ne信號(轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號)發(fā)生器、G信號(上止點信號)發(fā)生器以及信號處理電路組成。Ne信號與G信號發(fā)生器均由一個發(fā)光二極管(LED)和一個光敏晶體管(或光敏二極管)組成，兩個LED分別正對著兩個光敏晶體管。

凸輪軸位置傳感器工作原理

信號盤安裝在發(fā)光二極管(LED)與光敏晶體管(或光敏二極管)之間。當(dāng)信號盤上的透光孔旋轉(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時，LED發(fā)出的光線就會照射到光敏晶體管上，此時光敏晶體管導(dǎo)通，其集電極輸出低電平(0．1～O．3V)；當(dāng)信號盤上的遮光部分旋轉(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時，LED發(fā)出的光線就不能照射到光敏晶體管上，此時光敏晶體管截止，其集電極輸出高電平(4．8～5．2V)。

如果信號盤連續(xù)旋轉(zhuǎn)，透光孔和遮光部分就會交替地轉(zhuǎn)過LED而透光或遮光，光敏晶體管集電極就會交替地輸出高電平和低電平。當(dāng)傳感器軸隨曲軸和配氣凸輪軸轉(zhuǎn)動時，信號盤上的透光孔和遮光部分便從LED與光敏晶體管之間轉(zhuǎn)過，LED發(fā)出的光線受信號盤透光和遮光作用就會交替照射到信號發(fā)生器的光敏晶體管上，信號傳感器中就會產(chǎn)生與曲軸位置和凸輪軸位置對應(yīng)的脈沖信號。

由于曲軸旋轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，傳感器軸帶動信號盤旋轉(zhuǎn)一圈，因此，G信號傳感器將產(chǎn)生6個脈沖信號。Ne信號傳感器將產(chǎn)生360個脈沖信號。因為G信號透光孔間隔弧度為60。，曲軸每旋轉(zhuǎn)120。就產(chǎn)生一個脈沖信號，所以通常G信號稱為120。信號。設(shè)計安裝保證120。信號在上止點前70。(BTDC70。)時產(chǎn)生，且長方形寬邊稍長的透光孔產(chǎn)生的信號對應(yīng)于發(fā)動機(jī)氣缸1上止點前70。，以便ECU控制噴油提前角與點火提前角。因為Ne信號透光孔間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，所以在每一個脈沖周期中，高、低電平各占1。曲軸轉(zhuǎn)角，360個信號表示曲軸旋轉(zhuǎn)720。。曲軸每旋轉(zhuǎn)120。，G信號傳感器產(chǎn)生一個信號，Ne信號傳感器產(chǎn)生60個信號。