一款可用于泊车辅助系统的超声波芯片

发布时间：2020-06-10 21:10

【摘要】：在当今电子技术高速发展的时代背景下,市场对于智能化设备的要求越来越高,MEMS产品也日益丰富。在汽车电子工业领域中,为了使人们的操控更加便捷,其中泊车辅助系统也随之发展,而超声波测距系统作为一种非接触测距的方式,广泛的应用在该领域中。在市场上,超声波测距的解决方案主要还是以微处理器与外围分立元件组成的测距系统为主,传统方案的功耗和体积不能满足现在发展的需要,因此市场对于体积、功耗以及方案的便利性提出了一定的要求。为了满足这些要求,本文设计了一款可用于泊车辅助系统的超声波传感器芯片,它将同时具备超声波的收发测距功能。本文首先简要的介绍了超声波传感器芯片的背景和现状,然后讲述了超声波特性和测距的基本原理。其次,根据设计功能的要求和性能指标,介绍了系统的主要功能并且给出了芯片系统的整体架构。然后详细讲述了核心模块电路的设计过程,模块电路的工作机制和原理,并且对每个模块进行了仿真分析。后来又对该芯片系统的整体电路进行仿真验证,并调整电路参数使设计符合性能指标。最后,为通过仿真验证的整体电路进行了版图设计规划。该传感器芯片是一款用于驱动外围换能器发送超声波,同时也具备接收和处理超声波回波信号,并且通过计算得到测距结果的芯片系统,主要应用于汽车电子工业泊车辅助系统等其他设备中。该芯片系统由于采用了驱动电流可控的发送电路,从而可以设置不同的发射功率。在接收模块中,由于电路采用了增益可控放大器,从而实现了接收回波信号的增益可变,用于满足不同应用场合。并且该芯片系统中加入了内部电源,为芯片内部供电提供了可靠保障,并加入了欠压锁存电路使芯片系统的稳定性提升。同时该芯片系统具有I/O口电路,因此方便与其他设备和系统交互,增加了其易用性。本文所讲述的系统电路采用了0.18μm BCD 18V工艺模型,并且使用Cadence套件中的Spectre仿真工具,完成了对该芯片系统各模块电路仿真验证。仿真结果表明,该超声波芯片系统的各项指标参数均满足设计的要求。
【图文】：

第四章 超声波传感器的子模块电路的原理与设计33图4.6 前置运放电路的频率特性曲线可以看出在中心频率 105Hz 附近具有接近 20dB 的增益，满足设计需要，并具备很高的稳定性。4.1.3 第二级增益可控运放电路反向比例放大运放如图 4.7 所示。RiRpRf-+VoVi图4.7 反向比例运放电路由图 4.7 可以看到其构成简单比例运算放大器，由基本电路知识可以得到其输入输出关系为：foVi iVRAV R (4-8)由于电路采用了深电压负反馈回路，所以输出电阻小而输入电阻将取决于 Ri，我们可以看到只要调节 Rf，Ri的阻值大小就可以得到不同的电路增益，，第?

利用了 Spectre 仿真工具，对第二级增益可控运放电路的交流特性进行了仿真，仿真结果如图 4.11 所示：图4.11 第二级增益可控运放电路的频率特性曲线图 4.11 中上方为第二级增益可控运放电路的幅频特性曲线，下方为第二级增益可控运放电路的相频特性曲线。由图可知第二级运放电路具有为 59.24dB 的增益，且相位具有超过 45 度的相位裕度而稳定工作，且能满足主流超声波换能器中心频率的40kHz~58kHz 的需求。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN492;TP212

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本文编号：2706863