二維CMOS風(fēng)速計的控制和測量電路的研究.pdf

1、風(fēng)速計在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、動植物生長以及人們的日常生活中都有非常重要的作用。隨著基于硅技術(shù)的集成電路(IC)工藝的發(fā)展，人們正在努力嘗試采用集成電路工藝來制作風(fēng)速計，實現(xiàn)小體積，低功耗，高靈敏度且低成本的硅風(fēng)速計。二維CMOS風(fēng)速計就是利用成熟的CMOS工藝而實現(xiàn)了傳感器的低成本，同時能夠通過片上控制電路和信號測量電路與傳感器結(jié)構(gòu)的集成而可能實現(xiàn)智能化的傳感器。本文針對傳感器的工作原理，詳細(xì)分析并設(shè)計了傳感器的控制電路和傳感器的信號檢測電路。

2、 本文采用的傳感器是本實驗室設(shè)計的用溫差型測量原理，采用某種控制，將傳感器表面加熱，使之高于環(huán)境一定溫度，加熱電阻上的電壓能反應(yīng)風(fēng)速，而通過測量八個方向上由于風(fēng)速的影響而產(chǎn)生的電壓的變化可得到風(fēng)向的信息。在控制電路設(shè)計中，針對傳感器的結(jié)構(gòu)和性能要求進(jìn)行了恒溫差控制電路的設(shè)計，在風(fēng)速的測量范圍內(nèi)，通過閉環(huán)控制保持芯片溫度高于環(huán)境溫度15℃～20℃。通過仿真該電路能夠控制芯片溫度高于環(huán)境溫度大約20℃，實現(xiàn)了設(shè)計的功能。 鑒

3、于本傳感器的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了信號測量電路的設(shè)計。測量電路是由一個兩級CMOS運(yùn)放，由八個NMOS開關(guān)控制的一個3—8譯碼器以及源跟隨器和相應(yīng)的偏置電路構(gòu)成的，并具體對電路的各個部分進(jìn)行了設(shè)計。整個電路用pspice進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果顯示運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)為1μV，開環(huán)增益為8000，共模輸入范圍為0.5V～4.6V，等效輸入噪聲為2.084E-08V1平方根Hz，滿足設(shè)計的指標(biāo)要求。對電路進(jìn)行了版圖的設(shè)計和驗證，設(shè)計的電路經(jīng)過2μmP阱標(biāo)