激光气体传感器中动态范围可调量化电路的研究
发布时间：2021-01-01 23:36
空气质量是衡量城市环境质量的一项重要指标,气体检测在工业及日常领域有着非常广泛的应用,其中基于可调谐激光光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）的激光气体传感器由于其灵敏度较高,并且可对多种气体进行实时在线监测而越来越受到研究人员的重视。本文在对TDLAS激光传感器的原理进行研究的基础上,设计完成了一款应用于激光气体传感器的动态范围可调的量化电路。该量化电路采用基于逐次逼近型模数转换器（Successive Approximation Register Analog to Digital Converter,SAR ADC）的快闪-逐次逼近型两步式混合结构,根据传感器输入信号进行工作状态的切换,以减小由于不同种类气体其信号有效区间不同而导致量化电路精度冗余现象。其中SARADC通过采取Vem-Based开关控制时序和分段式电容结构可以将整个量化电路的功耗降低并且减小芯片面积。同时比较器采用了四级预放大加Latch动态锁存比较器的结构以满足系统精度和速度的要求。快闪型ADC采用温度计码-格雷码-二进制码的编码方式以消除...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 发展现状及趋势
1.3 论文的内容和主要结构
2 激光气体传感器量化电路概述
2.1 激光气体传感器的工作原理
2.2 量化电路的主要类型与性能指标
2.2.1 快闪型模数转换器
2.2.2 流水线型模数转换器
2.2.3 逐次逼近型模数转换器
2.2.4 ∑-?型模数转换器
2.2.5 混合型模数转换器
2.2.6 静态特性参数
2.2.7 动态特性参数
2.3 本章小结
3 激光气体传感器量化电路的分析与设计
3.1 量化电路的工作原理与设计目标
3.2 量化电路的电路实现
3.2.1 逐次逼近型模数转换器
3.2.2 开关电路
3.2.3 其他电路
3.3 量化电路仿真结果及分析
3.4 本章小结
4 版图设计与后仿真测试
4.1 整体版图设计
4.1.1 比较器及偏置电路版图设计
4.1.2 采样电容阵列版图设计
4.1.3 其他电路版图设计
4.2 后仿真结果验证
4.3 芯片测试
4.3.1 比较器电路测试
4.3.2 FLASHADC电路测试
4.4 本章小结
5 总结与展望
5.1 研究工作总结
5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]10bit 100MS/s混合型模数转换器[J]. 张章,余文成,解光军. 西安电子科技大学学报. 2018(03)
[2]基于TDLAS的痕量CO浓度检测系统及温压补偿[J]. 杜京义,殷聪,王伟峰,蔡驰,王立春. 光学技术. 2018(01)
[3]基于TDLAS的激光甲烷检测系统的研究[J]. 段尚汝,谈曾巧,王琦,高敏杰,卜雄洙. 电子测量技术. 2018(01)
[4]基于45 nm SOI CMOS工艺的10 bit、125 MS/s过零检测Pipeline-SAR ADC设计[J]. 张凯娜,严鹏程,宋焱,谢毅,郭卓奇,耿莉. 微电子学与计算机. 2017(11)
[5]基于TDLAS技术的N2O气体检测系统设计[J]. 孙凤龙,李淼,高会议,胡泽林. 仪表技术. 2017(07)
[6]应用于CMOS图像传感器的Pipelined SAR模数转换器设计[J]. 李臻,李冬梅. 微电子学与计算机. 2016(11)
[7]基于TDLAS技术的全量程激光甲烷传感器[J]. 庞涛,王煜,夏滑,张志荣,汤玉泉,董凤忠. 光子学报. 2016(09)
[8]用于激光TDLAS检测系统的模块化驱动单元电路设计[J]. 房思超,刘昱峰,王彪. 激光杂志. 2016(05)
[9]一种采用时间交织结构的低功耗Pipelined SAR模数转换器设计[J]. 周浩,沈骁樱,陈迟晓,叶凡,任俊彦. 复旦学报(自然科学版). 2015(02)
[10]基于可调谐半导体激光吸收光谱的CO检测仪设计[J]. 张淋江,崔先雨. 激光杂志. 2014(11)
博士论文
[1]基于TDLAS的痕量乙烯气体检测技术研究[D]. 潘卫东.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]TDLAS气体检测系统及其集成化研究[D]. 董礼.电子科技大学 2017
[2]基于TDLAS气体检测系统中非标定波长调制技术的研究[D]. 徐敏.电子科技大学 2016
[3]基于两步式结构的12bit高速低功耗逐次逼近型ADC研究[D]. 蒋佳君.电子科技大学 2016
[4]基于过零检测器的逐次逼近—流水线混合型ADC研究[D]. 李金博.西安电子科技大学 2016
本文编号：2952205
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 发展现状及趋势
1.3 论文的内容和主要结构
2 激光气体传感器量化电路概述
2.1 激光气体传感器的工作原理
2.2 量化电路的主要类型与性能指标
2.2.1 快闪型模数转换器
2.2.2 流水线型模数转换器
2.2.3 逐次逼近型模数转换器
2.2.4 ∑-?型模数转换器
2.2.5 混合型模数转换器
2.2.6 静态特性参数
2.2.7 动态特性参数
2.3 本章小结
3 激光气体传感器量化电路的分析与设计
3.1 量化电路的工作原理与设计目标
3.2 量化电路的电路实现
3.2.1 逐次逼近型模数转换器
3.2.2 开关电路
3.2.3 其他电路
3.3 量化电路仿真结果及分析
3.4 本章小结
4 版图设计与后仿真测试
4.1 整体版图设计
4.1.1 比较器及偏置电路版图设计
4.1.2 采样电容阵列版图设计
4.1.3 其他电路版图设计
4.2 后仿真结果验证
4.3 芯片测试
4.3.1 比较器电路测试
4.3.2 FLASHADC电路测试
4.4 本章小结
5 总结与展望
5.1 研究工作总结
5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]10bit 100MS/s混合型模数转换器[J]. 张章,余文成,解光军. 西安电子科技大学学报. 2018(03)
[2]基于TDLAS的痕量CO浓度检测系统及温压补偿[J]. 杜京义,殷聪,王伟峰,蔡驰,王立春. 光学技术. 2018(01)
[3]基于TDLAS的激光甲烷检测系统的研究[J]. 段尚汝,谈曾巧,王琦,高敏杰,卜雄洙. 电子测量技术. 2018(01)
[4]基于45 nm SOI CMOS工艺的10 bit、125 MS/s过零检测Pipeline-SAR ADC设计[J]. 张凯娜,严鹏程,宋焱,谢毅,郭卓奇,耿莉. 微电子学与计算机. 2017(11)
[5]基于TDLAS技术的N2O气体检测系统设计[J]. 孙凤龙,李淼,高会议,胡泽林. 仪表技术. 2017(07)
[6]应用于CMOS图像传感器的Pipelined SAR模数转换器设计[J]. 李臻,李冬梅. 微电子学与计算机. 2016(11)
[7]基于TDLAS技术的全量程激光甲烷传感器[J]. 庞涛,王煜,夏滑,张志荣,汤玉泉,董凤忠. 光子学报. 2016(09)
[8]用于激光TDLAS检测系统的模块化驱动单元电路设计[J]. 房思超,刘昱峰,王彪. 激光杂志. 2016(05)
[9]一种采用时间交织结构的低功耗Pipelined SAR模数转换器设计[J]. 周浩,沈骁樱,陈迟晓,叶凡,任俊彦. 复旦学报(自然科学版). 2015(02)
[10]基于可调谐半导体激光吸收光谱的CO检测仪设计[J]. 张淋江,崔先雨. 激光杂志. 2014(11)
博士论文
[1]基于TDLAS的痕量乙烯气体检测技术研究[D]. 潘卫东.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]TDLAS气体检测系统及其集成化研究[D]. 董礼.电子科技大学 2017
[2]基于TDLAS气体检测系统中非标定波长调制技术的研究[D]. 徐敏.电子科技大学 2016
[3]基于两步式结构的12bit高速低功耗逐次逼近型ADC研究[D]. 蒋佳君.电子科技大学 2016
[4]基于过零检测器的逐次逼近—流水线混合型ADC研究[D]. 李金博.西安电子科技大学 2016
本文编号：2952205
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