用于MEMS气体传感器的控制接口电路的设计与实现

发布时间：2024-01-31 03:01

　　随着科技的发展,人们对环境问题日益关注,气体传感器已经应用到日常生活中的诸多方面。MEMS气体传感器通过表面敏感材料电阻的变化来反映空气中目标气体的浓度,需要设计专门的后端检测电路将该变化值实时显示在电脑上。完整的后端检测电路需要包括参数测量、信号转换以及实时传输的功能。同时为了拓宽气体传感器的应用范围,该电路必须要有控制功能,支持多种工作模式。但是目前后端电路多关注于测量电路,控制接口电路并未详细设计,需依赖于各种仪器设备方可正常工作。因此本文将基于两种常用的测量电路,从芯片功能的完整性出发,设计两款控制接口电路芯片,能够实现后端检测电路所需的所有功能,以保证系统的便携性与灵活性。首先本文基于传统的电阻分压法设计了一款控制接口电路芯片。该芯片为数模混合芯片,模拟部分利用电阻分压电路以及ADC电路将电阻信号转变为lObit的数字信号,数字部分主时钟频率为8MHz,利用对特定寄存器进行配置实现了对系统的灵活控制,提供了多种工作模式,利用I2C接口完成了与外界的数据交换,满足了后端检测电路的所有需求。本芯片在SMIC180nm CMOS工艺下完成流片,数字部分尺寸为0.32mm×0.16m...

【文章页数】：124 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２后端电路系统模块框图??

?第１章绪论???时包括参数测量、信号转换以及实时传输的功能。系统的整体模块如图１．２所示，??测量电路将气体传感器的电阻信号转换为模拟电压信号，信号转换电路将模拟电??压信号转换为便于传输的数字信号，控制接口模块将信号存储在相应模块并通过??通信接口传输至主机。对于高级气体检测....

图１．３基于电阻分压法的后端电路：⑷Ｋｈａｋｐｏｕｒ等人的设计叫（ｂ）Ａｆｒｉｄｉ等人的设计剛??（ｃ）Ｐｉｅｒｏ?Ｍａ丨ｃｏｖａｔｉ等人的设计間（ｄ）Ｄ．?Ｂａｒｒｅｔｔｉｎｏ等人的设计丨３０１??

对数据进行直接处理，依然要依赖于ＡＤＣ电路，因此还??有进一步可提高的空间。国内大连理工的唐祯安教授在２０１３年设计了一款电路??与传感器单片集成的芯片０１，此款芯片包含了驱动加热电压电路以及采集电路，??但是同样不能与外部通信，实际工作时需要借助很多实验仪器。以上控制接口电??....

图２．１基于电阻分压法的气体传感器后端电路芯片功能模块框图??

??］＾?￣?１〇ｂｉｔ??１?￣Ｔ￣??１￣??＾低通滤波器?转换器??Ｉ?卜?Ｍ?＾?￣￣ｖ＾Ｊ?＼?二??！?ｉ?—｝?—?—ｔｔ?Ｉ—￣＾?ｗ??！?Ｊ???丨丨?ＩＩ??数钟制模块?５??］ＲＨ?｜?办，；?Ｌ?电源管理镆块?■－……?＾?＿．ＳＤＡ？??ｉ?Ｔ?Ｉ?ｊ....

图２．２固定电阻分压电路??传统固定电阻分压电路的结构如图２．２所示，Ｒｈ为加热电阻，ＶＨ为加热??

?第２章基于电阻分压法的接口控制电路设计???２．?２芯片模拟部分??芯片模拟部分主要包含测量电路、信号转换电路、以及电源管理模块，其中??前两部分电路为信号通路的前端电路，电源管理模块为整体的电源模块，本节将??从这几个部分展开介绍。??２．２．?１测置电路??芯片的测量电路包....

本文编号：3890840