基于紅外傳感器的心跳探測芯片的設(shè)計.pdf

1、本論文完成了一個基于反射型紅外線傳感器的CMOS模擬專用集成電路的設(shè)計，它構(gòu)成的紅外系統(tǒng)具有探測心跳頻率的功能。設(shè)計根據(jù)人體組織的半透明度會隨心臟跳動而變化的特點，由傳感器探測到這一變化，通過專用集成電路將信號放大并利用，獲得心跳頻率。本模擬芯片結(jié)合數(shù)字電路可計算即時心率或統(tǒng)計心跳總數(shù)。論文設(shè)計了系統(tǒng)中的模擬專用集成電路——信號提取到轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路。 本文首先闡述了心跳探測系統(tǒng)和CMOS工藝的發(fā)展和現(xiàn)狀。說明了課題的來源和

2、研究意義。提出研究方法及主要設(shè)計路線，介紹了論文開展的工作。在了解紅外輻射理論的基礎(chǔ)上，闡釋了紅外線傳感器原理，對傳感器的基本參數(shù)進行分析，同時介紹了反射型紅外傳感器基本結(jié)構(gòu)與原理。文章的核心是芯片電路的設(shè)計，首先根據(jù)電路功能設(shè)計了芯片大體的結(jié)構(gòu)和引腳，詳細(xì)列出芯片在應(yīng)用時的外圍電路，對設(shè)計需要達到的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)做了簡要介紹。設(shè)計中選擇了RC振蕩電路，并加分頻器實現(xiàn)了設(shè)計振蕩頻率1KHz的輸出。在穩(wěn)壓源電路設(shè)計中，采用了運算放大器負(fù)反饋的形

3、式，使參考電壓源為2.2V,并在電源大于2.3V時保持穩(wěn)定，隔離了電源噪聲。信號通路中包括信號發(fā)生放大電路、濾波電路、整形電路和輸出電路。通過信號通路，傳感器生成的調(diào)幅波信號轉(zhuǎn)變?yōu)榕c脈搏頻率相同的方波。先由運算放大器接共集電極電路完成信號放大，通過濾波得到脈搏信號的頻率，從而用濾波器電路完成了解調(diào)功能。帶通濾波電路增益為44dB，3dB點設(shè)計在1Hz和7Hz。最后運用自適應(yīng)遲滯比較器作為整形器，將信號轉(zhuǎn)化為方波。論文對電路進行了詳細(xì)的分

4、析和仿真。芯片版圖的設(shè)計中采用了綠華半導(dǎo)體公司的0.6μm，5VCMOS工藝庫，工藝基本特征為多晶硅柵，單層金屬布線。利用Cadence完成版圖設(shè)計。論文最后基于芯片測試?yán)碚摚槍π酒髌蟮牟糠譁y試結(jié)果，對振蕩出現(xiàn)的噪聲問題給出了初步分析，并結(jié)合投片工藝探討了工藝原因與產(chǎn)生機理。 該設(shè)計在前端仿真中滿足了設(shè)計要求。經(jīng)過第一次流片后的簡單封裝，外接輔助電路后，部分芯片實現(xiàn)了預(yù)期的功能?；旧线_到第一步設(shè)計的要求。為進一步完善芯片