基于MEMS地震检波器的低功耗两阶Sigma-Delta调制器的设计与实现
发布时间：2021-07-04 13:38
地震检波器在地震勘探中起到检测接收地震波数据的作用,其工作效率、采集的数据量直接影响着后续的数据分析处理。不同于传统地震检波器内部采用的动圈式传感器,MEMS地震检波器内部采用了电容式传感器,其动态范围更大。并且MEMS地震检波器内部集成了模数转换模块可以直接输出数字信号,避免了模拟信号在传输中的损耗。新型的MEMS地震检波器可以很好地满足未来数字化的地震勘探需求,但其内部的模数转换模块需要上电工作,而且地震勘探需要长时间的稳定工作来获取足够多的信息样本以供后续的分析处理,因此低功耗的MEMS地震检波器是一个研究的热点。本论文针对MEMS地震检波器的模数转换器中的Sigma-Delta调制器展开研究。包括对Sigma-Delta调制器内部的各个子电路模块进行研究设计调试,并进行电路级的仿真;电路级调试仿真通过之后进行版图的布局布线绘制,绘制完成进行版图级的后仿真;通过代工厂进行Sigma-Delta调制器的芯片流片,最后在芯片返回后进行芯片级的测试。对Sigma-Delta调制器各个子电路模块进行设计,包括对带隙电压基准、时钟产生电路、放大器、积分器以及一位量化器的电路进行设计调试。针...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MEMS地震检波器的信号流程图
方便后续在计算机上对数据进行分析处理。图 2-1 MEMS 地震检波器的信号流程图2.2 地震检波器专用传感器地震检波器中的传感器可以将振动信号的速度、加速度等模拟量转换为电信号。在地震检波器中使用的传感器可分为速度型传感器、加速度型传感器和压电型传感器三大类。在三大类传感器中，压电型传感器主要用于水域海洋地震勘探，速度型和加速度型传感器用于陆地地震勘探。而 MEMS 地震传感器正是基于加速度传感器的电容式传感器。除此之外，一些新型传感器，例如光纤传感器也在研发之中，但受工艺限制尚未投入使用。2.2.1 速度型传感器速度型传感器主要是动圈式传感器。动圈式传感器主要由上下两个线圈、线圈架、磁铁、弹簧组成。动圈式传感器感应的是电磁感应的变化，磁铁和检波器保护外壳固定在一起，当地震波信号传来时，检波器保护外壳和内部磁铁发生振动，检波器内的两个线圈相对于内部磁铁产生相对运动，感应电动势发生变化，线圈位移速度与感应电动势成正比。检波器的输出电压体现了地震波的信息。8
1a ，2a 分别是积分器 1 和积分器 2 的系数，qk 是量化器的增益为：Y( z) zX( z) ( z) E( z)2211 = + 器的两个系数需要满足以下关系式：112kaa=q22ka=qE1 z1 z3g
【参考文献】：
期刊论文
[1]模拟与数字检波器记录精度对比及其对信噪比的影响[J]. 魏继东. 地球物理学进展. 2018(04)
[2]低功耗Sigma-Delta调制器的建模与设计[J]. 孔梦华,卜刚,吴振淇. 电子科技. 2016(09)
[3]低噪声低功耗斩波运放的分析与设计[J]. 李威,张兆浩,吴次南. 电子科技. 2016(05)
[4]高精度低功耗Sigma-Delta调制器的设计[J]. 魏榕山,陈林城. 电子科技. 2015(10)
[5]一种面向智能传感器的低功耗高精度sigma-delta调制器设计[J]. 周文彬,贾绍磊,梅年松,张钊锋. 电子设计工程. 2015(02)
[6]2.2MHz,8.3mW多位量化连续时间Sigma-Delta调制器设计[J]. 王江涛,李海启,宋焱,范世全,耿莉. 微电子学与计算机. 2014(08)
[7]深部资源探测核心技术研发与应用[J]. 底青云,杨长春,朱日祥. 中国科学院院刊. 2012(03)
[8]MASH21 Sigma-Delta调制器的自顶向下设计[J]. 葛彬杰,王新安,张兴,冯晓星,汪清勤. 北京大学学报(自然科学版). 2011(04)
[9]16-Bit三阶级联结构Sigma-Delta调制器的设计[J]. 李威,李开航,王亮. 现代电子技术. 2010(04)
博士论文
[1]MEMS数字检波器采集系统技术研究[D]. 王春田.中国地质大学（北京） 2011
[2]高性能、低功耗∑△模数转换器的研究与实现[D]. 马绍宇.浙江大学 2008
[3]高性能∑△模数转换器设计[D]. 易婷.复旦大学 2002
硕士论文
[1]地震及电法联合采集站中高精度Sigma-Delta调制器的研究与设计[D]. 张新月.中国地质大学(北京) 2018
[2]基于MEMS传感器的无线网络地震传感器的设计[D]. 赵红伟.西安石油大学 2016
[3]数字陀螺Sigma-Delta调制器的设计[D]. 闫冬.哈尔滨工业大学 2016
[4]可变动态范围二阶Sigma-Delta调制器的低功耗设计[D]. 孔梦华.南京航空航天大学 2016
[5]基于MEMS的数字地震检波器的研究[D]. 余欢.重庆大学 2015
[6]低压低功耗Sigma-Delta调制器的研究与设计[D]. 乔志亮.电子科技大学 2014
[7]地震勘探仪器中Sigma Delta AD转换器的设计[D]. 田佳.山东大学 2012
[8]低功耗16位精度Sigma-Delta调制器设计[D]. 李媛红.哈尔滨工业大学 2011
[9]数字地震检波器设计[D]. 祁见忠.山东大学 2011
[10]90dB Sigma-Delta调制器的设计[D]. 苏秀敏.复旦大学 2011
本文编号：3264886
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MEMS地震检波器的信号流程图
方便后续在计算机上对数据进行分析处理。图 2-1 MEMS 地震检波器的信号流程图2.2 地震检波器专用传感器地震检波器中的传感器可以将振动信号的速度、加速度等模拟量转换为电信号。在地震检波器中使用的传感器可分为速度型传感器、加速度型传感器和压电型传感器三大类。在三大类传感器中，压电型传感器主要用于水域海洋地震勘探，速度型和加速度型传感器用于陆地地震勘探。而 MEMS 地震传感器正是基于加速度传感器的电容式传感器。除此之外，一些新型传感器，例如光纤传感器也在研发之中，但受工艺限制尚未投入使用。2.2.1 速度型传感器速度型传感器主要是动圈式传感器。动圈式传感器主要由上下两个线圈、线圈架、磁铁、弹簧组成。动圈式传感器感应的是电磁感应的变化，磁铁和检波器保护外壳固定在一起，当地震波信号传来时，检波器保护外壳和内部磁铁发生振动，检波器内的两个线圈相对于内部磁铁产生相对运动，感应电动势发生变化，线圈位移速度与感应电动势成正比。检波器的输出电压体现了地震波的信息。8
1a ，2a 分别是积分器 1 和积分器 2 的系数，qk 是量化器的增益为：Y( z) zX( z) ( z) E( z)2211 = + 器的两个系数需要满足以下关系式：112kaa=q22ka=qE1 z1 z3g
【参考文献】：
期刊论文
[1]模拟与数字检波器记录精度对比及其对信噪比的影响[J]. 魏继东. 地球物理学进展. 2018(04)
[2]低功耗Sigma-Delta调制器的建模与设计[J]. 孔梦华,卜刚,吴振淇. 电子科技. 2016(09)
[3]低噪声低功耗斩波运放的分析与设计[J]. 李威,张兆浩,吴次南. 电子科技. 2016(05)
[4]高精度低功耗Sigma-Delta调制器的设计[J]. 魏榕山,陈林城. 电子科技. 2015(10)
[5]一种面向智能传感器的低功耗高精度sigma-delta调制器设计[J]. 周文彬,贾绍磊,梅年松,张钊锋. 电子设计工程. 2015(02)
[6]2.2MHz,8.3mW多位量化连续时间Sigma-Delta调制器设计[J]. 王江涛,李海启,宋焱,范世全,耿莉. 微电子学与计算机. 2014(08)
[7]深部资源探测核心技术研发与应用[J]. 底青云,杨长春,朱日祥. 中国科学院院刊. 2012(03)
[8]MASH21 Sigma-Delta调制器的自顶向下设计[J]. 葛彬杰,王新安,张兴,冯晓星,汪清勤. 北京大学学报(自然科学版). 2011(04)
[9]16-Bit三阶级联结构Sigma-Delta调制器的设计[J]. 李威,李开航,王亮. 现代电子技术. 2010(04)
博士论文
[1]MEMS数字检波器采集系统技术研究[D]. 王春田.中国地质大学（北京） 2011
[2]高性能、低功耗∑△模数转换器的研究与实现[D]. 马绍宇.浙江大学 2008
[3]高性能∑△模数转换器设计[D]. 易婷.复旦大学 2002
硕士论文
[1]地震及电法联合采集站中高精度Sigma-Delta调制器的研究与设计[D]. 张新月.中国地质大学(北京) 2018
[2]基于MEMS传感器的无线网络地震传感器的设计[D]. 赵红伟.西安石油大学 2016
[3]数字陀螺Sigma-Delta调制器的设计[D]. 闫冬.哈尔滨工业大学 2016
[4]可变动态范围二阶Sigma-Delta调制器的低功耗设计[D]. 孔梦华.南京航空航天大学 2016
[5]基于MEMS的数字地震检波器的研究[D]. 余欢.重庆大学 2015
[6]低压低功耗Sigma-Delta调制器的研究与设计[D]. 乔志亮.电子科技大学 2014
[7]地震勘探仪器中Sigma Delta AD转换器的设计[D]. 田佳.山东大学 2012
[8]低功耗16位精度Sigma-Delta调制器设计[D]. 李媛红.哈尔滨工业大学 2011
[9]数字地震检波器设计[D]. 祁见忠.山东大学 2011
[10]90dB Sigma-Delta调制器的设计[D]. 苏秀敏.复旦大学 2011
本文编号：3264886
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