基于红外传感器的CO2浓度检测读出电路设计

发布时间：2017-09-14 20:40

  本文关键词：基于红外传感器的CO2浓度检测读出电路设计

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【摘要】：随着二氧化碳浓度检测系统的广泛应用,高精度、小体积、稳定性强的检测系统成为了重要的发展方向。检测二氧化碳浓度的方法有很多,本论文设计的读出电路基于双通道二氧化碳红外传感器,对传感器输出的两路信号进行滤波放大,同时为整个检测系统提供电源。本文采用全定制模拟集成电路设计方法,将有源滤波器与电源模块集成,以达到减小体积的目的,同时采用性能稳定的电路结构加上电路保护模块,以增强电路的稳定性。本论文首先描述了二氧化碳浓度检测系统的组成,介绍了二氧化碳红外传感器的基本原理,对读出电路进行了模块的划分。其次详细介绍了各模块的基本原理,并对设计指标进行了分析。然后分模块完成电路原理图设计并给出前仿真结果,再介绍版图设计中的基本规则,并依此完成各模块的版图设计及后仿真。最后设计测试电路,完成测试并对结果进行比较和分析。读出电路主要由双通道带通滤波放大器、带隙电压基准以及两路线性低压差稳压器组成。设计要求第一路带通滤波器中心频率为10Hz、中频增益达到66dB。第二路带通滤波器中心频率为10Hz、中频增益达到77dB。带隙电压基准输出电压为1.25±0.12V、电源抑制达到-70dB、温漂系数10ppm/℃。第一路线性低压差稳压器输出为3±0.3V、最大输出电流为90±9mA。第二路线性低压差稳压器输出为2.5±0.2V、最大输出电流为27±3mA。整体电路的静态电流小于2mA。本文利用Cadence EDA工具进行原理图和版图的设计,利用Spectre对电路进行仿真验证,对16个芯片进行测试与分析。经过测试,本设计满足各项指标要求,且电路性能稳定。
【关键词】：浓度检测 有源滤波器 电源管理
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH83;TP212
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-14
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究现状10-11
• 1.3 论文主要工作内容及结构11-14
• 2 CO2浓度检测读出电路基本原理14-28
• 2.1 CO2红外传感器14-17
• 2.1.1 红外传感器基本原理14-16
• 2.1.2 CO2红外传感器参数16-17
• 2.2 滤波放大电路模块17-22
• 2.2.1 滤波器基本概念及参数17-19
• 2.2.2 带通滤波放大电路原理19-22
• 2.3 电源模块22-27
• 2.3.1 带隙电压基准源22-25
• 2.3.2 线性低压差稳压器25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 原理图设计及前仿真28-48
• 3.1 滤波放大模块28-33
• 3.1.1 电路原理图设计28-29
• 3.1.2 电路前仿真29-33
• 3.2 带隙电压基准33-36
• 3.2.1 电路原理图设计33-34
• 3.2.2 电路前仿真34-36
• 3.3 线性低压差稳压器36-44
• 3.3.1 电路原理图设计37-39
• 3.3.2 电路前仿真39-44
• 3.4 顶层电路功能仿真44-47
• 3.5 本章小结47-48
• 4 版图设计及后仿真48-62
• 4.1 版图设计技术48-50
• 4.1.1 基本设计规则48-49
• 4.1.2 设计要点49-50
• 4.2 滤波放大模块50-52
• 4.2.1 版图设计50-51
• 4.2.2 电路后仿真51-52
• 4.3 带隙电压基准模块52-54
• 4.3.1 版图设计52-53
• 4.3.2 电路后仿真53-54
• 4.4 线性低压差稳压器54-57
• 4.4.1 版图设计54-55
• 4.4.2 电路后仿真55-57
• 4.5 顶层电路57-61
• 4.5.1 版图设计57-58
• 4.5.2 电路后仿真58-61
• 4.6 本章小结61-62
• 5 测试电路设计及测试结果62-78
• 5.1 测试电路设计62-64
• 5.2 测试环境与测试结果64-76
• 5.2.1 测试环境64-65
• 5.2.2 滤波放大模块测试结果65-70
• 5.2.3 带隙电压基准测试结果70-71
• 5.2.4 线性低压差稳压器测试结果71-76
• 5.3 仿真结果与测试结果对比分析76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 6 总结78-80
• 参考文献80-84
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果84-88
• 学位论文数据集88

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本文编号：852233