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南京邮电大学毕业设计论文开题报告题 目低失调的磁感应传感器放大电路设计学生姓名钱彩华班级学号B05040105专业微电子学在近年IC工艺技术发展中,一个重要趋势就是在相同工艺下实现智能传感器的集成在标准CMOS工艺下将微传感器和其它电路相结合,不仅可以减少电路的复杂程度,还能降低封装__,实现低成本的大批量生产,具有更好的市场竞争能力同时集成的__处理(包括A/D转换、芯上校准等)和错误诊断等电路也能进一步增强微传感器系统的功能另外,集成微系统在功耗、__、可靠性上也比分散式系统更具优越性然而在标准的CMOS集成工艺下实现的传感器比特殊工艺实现的传感器在灵敏度和精确度方面要更差,于是性能上的损失必须通过一些__处理技术来进行补偿目前常用的传感器是磁敏开关式传感器其中使用最广泛的是霍尔传感器因此研究具有高精度、高可靠性的霍尔传感器成为迫切的要求集成传感器中霍尔片产生的霍尔__非常微弱一般在几mV到几十mV左右设计一个能够精确放大该霍尔__的放大器是传感器__处理电路的关键在CMOS集成电路中,运算放大器的电路性能往往受失调电压和低频噪声的影响对于微弱的霍尔__来说这些非理想因素甚至可以和Hall片产生的有用__相匹敌掩盖了需要检测的__因此必须采取措施减少电路的噪声和失调用于消除放大器低频噪声(主要是1/f噪声)和失调电压的技术主要有三种自动调零(AZ)、相关双采样技术(CDS)和斩波技术(CHS)其中,自动调零技术是先采样和保持失调电压,再从__中减去失调电压部分;相关双采样技术是自动调零技术的一个特殊例子,它能实质性地减少低频1/f噪声,却会增加放大器的热噪声,且还会残余下由于开关管的时钟馈通效应所引入的失调电压;斩波技术则是通过把输入__和开关型方波__耦合,再经同步解调和低通滤波后得到非线性小的__与其他两种技术相比,斩波技术不仅可以消除放大器因失调电压造成的非线性,且能有效地抑制器件噪声
一、斩波技术概述
(一)斩波技术原理斩波稳定技术是一种调制技术CMOS放大器的噪声主要是1/f噪声存在于低频如果能将输入的直流__或缓慢变化的__调制到没有1/f噪声的高频然后经过具有低频噪声的放大器放大再将放大后的__解调回原__频率解调的过程同时也把放大器的低频噪声调制到高频上这样就实现有用__和放大器的噪声、失调的分离可以较好地解决抑制温漂和放大微弱直流__的矛盾这就是斩波技术的基本指导思想原理见图1(转下页)指导教师批阅意见该生在阅读了大量的____后,首先阐述了斩波技术原理,分析传统斩波放大器存在的缺陷和解决传统斩波放大器缺陷的方法重点分析磁感应传感器(斩波)放大电路消除失调的方法,以及电路结构和原理拟定了设计的初步方案,制定了确实可行的工作计划该生对所选课题理解深入、正确,文献资料查找详细,同意开题指导教师签名年月日(接上页)图1斩波技术原理 图1中:Vin和Vout分别是输入和输出__电压;A是放大器的增益;m1t和m2t分别是周期为T=1/fchop的调制和解调__;fchop是斩波__的频率;Vos和Vn为运放的低频输入失调电压和噪声
(二)传统斩波放大器存在的缺陷传统斩波稳定技术最大的不足是输出仍会存在一定的残余失调它主要是由调制器的非理想性主要是时钟馈通和电荷注入造成的另一个缺陷是如果要将放大器的失调电压以及噪声消除需要将输出__进行低通滤波处理滤除调制到高频的失调电压和噪声而该低通滤波器要占据很大的芯片__针对传统斩波技术的这些缺陷提出了改进的方法对解调器进行了改进利用开关电容技术设计了一种T/H解调器具有该解调器的斩波放大器能够有效的消除失调电压和噪声而不需要额外的低通滤波器并且能有效的减少由调制器引入的残余失调
(三)解决传统斩波放大器缺陷的方法
(1)采用CMOS开关进行调制解调为了避免单沟道MOS开关的非线性效应通常电路中使用的开关都用CMOS开关它们的控制时钟都是在一个片内的振荡器产生的时钟__基础上进行分频得到的基本原理是让相反的电荷量由两个沟道相互注入但是PMOS器件和__OS器件的沟道电荷很难完全匹配该方法不能只减少放大器的残余失调不能完全消除
(2)采用跟踪-保持解调器能有效减少调制器开关引起的残余失调而不需要额外的滤波器的方法是在传统解调器中增加了一个__保持功能如图5所示,由于解调器输出时开关CK
1、CK2将电容跟前面的调制器断开因此由调制器开关引起的时钟馈通和电荷注入对电路的输出不造成影响该解调器在不加任何滤波器的情况下跟传统的斩波放大器相比不仅能够有效地消除放大器的输入失调和噪声还能改善由调制器引起的残余失调
二、磁感应传感器(斩波)放大电路的低失调控制本课题所设计的斩波放大器用于消除磁感应集成传感器中的失调电压,并对微弱的霍尔__进行放大总体电路框图如图2所示图2总体电路框图
(一)开关霍尔片工作原理最简单的动态失调消除技术是使用旋转电流法,即在一片含有四个触点的方形霍尔片上,通过对处于对角线上的一对触点施加周期性置换方向的电压,在另一对触点上产生接入下一级__发生电路(相加电路)的输入,如图3所示由互补时钟CK1和CK1-bar产生0度和90度两种状态Vh、Vop分别为霍尔电压和霍尔片产生的失调电压图3(a)旋转电流法原理;(b)时钟、霍尔电压和失调电压波形如图4所示,电路中用到了三个时钟,CK1,CK2,CK3,前两个时钟CK
1、CK2用于定义两个积分态,即0度和90度态,而CK3用于实现加__能电流旋转过程中,由于供给电压和霍尔片上的触点对沿用一个方向旋转,故霍尔电压Vh保持极性不变而失调电压Vop虽峰值不变,但极性反转
(二)__发生电路原理图5为一简单完整的开关霍尔传感器电路,其中SWP块为前面所介绍的开关霍尔片此__发生电路作为准斩波放大器,对从前级SWP块所得的霍尔电压进行采样和保持,即CK1周期内,采样__保持在电容C1上,CK2周期内,采样__保持在电容C2上,最后在开关CK3周期内通过电容C3实现__相加功能__发生电路中的相加电路在消除霍尔失调电压和噪声的同时也会引入自身的失调和噪声,通常使用的两输入反向求和运放,包含一个由四个采样保持电路组成的全差分结构采样保持电路和求和运放,将会对__发生电路引入很大的不可忽视的失调因此,本设计中使用电容CK3对采样__进行相加,使电容数量由四个缩减为三个,且线路简单,既简化了设计,又大大缩减了芯片__图5霍尔传感器的__发生电路
三、主要参数设计低失调的磁感应传感器放大电路主要考虑的参数指标
1、电源电压
2.5~4V;
2、最小输入电压1mV;
3、失调电压≤100uV;
4、单位增益带宽BW≥100kHz;
5、工作温度-10度~80度
6、标准数字__输出在设计中使用上华公司
0.5umCMOS工艺
四、具体进度计划第
一、二周收集有关资料,撰写开题报告;第
三、四周参考有关文献研究、对比各种动态失调消除技术,仔细研究斩波技术基本原理及低失调、低噪声斩波放大器的电路结构;第五周设计一个满足技术要求的低失调、低噪声斩波放大器,并进行相关的理论计算;第六周熟悉HSpi__软件第七周熟悉Caden__相关的仿真工具和版图设计工具,进行中期检查;第八周进行电路静态工作点的模拟;第九周使用HSpi__完成斩波放大器各项仿真工作第
十、十一周将设计转入Caden__完成斩波放大器各项仿真工作,并达到设计要求第
十二、十三周撰写毕业设计(论文)报告;第十四周答辩前准备工作,进行毕业设计(论文)答辩
五、参考资料
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