基于紅外傳感器的心跳探測(cè)芯片的設(shè)計(jì).pdf

1、本論文完成了一個(gè)基于反射型紅外線(xiàn)傳感器的CMOS模擬專(zhuān)用集成電路的設(shè)計(jì)，它構(gòu)成的紅外系統(tǒng)具有探測(cè)心跳頻率的功能。設(shè)計(jì)根據(jù)人體組織的半透明度會(huì)隨心臟跳動(dòng)而變化的特點(diǎn)，由傳感器探測(cè)到這一變化，通過(guò)專(zhuān)用集成電路將信號(hào)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(jì)算即時(shí)心率或統(tǒng)計(jì)心跳總數(shù)。論文設(shè)計(jì)了系統(tǒng)中的模擬專(zhuān)用集成電路——信號(hào)提取到轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路。 本文首先闡述了心跳探測(cè)系統(tǒng)和CMOS工藝的發(fā)展和現(xiàn)狀。說(shuō)明了課題的來(lái)源和

2、研究意義。提出研究方法及主要設(shè)計(jì)路線(xiàn)，介紹了論文開(kāi)展的工作。在了解紅外輻射理論的基礎(chǔ)上，闡釋了紅外線(xiàn)傳感器原理，對(duì)傳感器的基本參數(shù)進(jìn)行分析，同時(shí)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(jì)，首先根據(jù)電路功能設(shè)計(jì)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(shí)的外圍電路，對(duì)設(shè)計(jì)需要達(dá)到的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)做了簡(jiǎn)要介紹。設(shè)計(jì)中選擇了RC振蕩電路，并加分頻器實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)振蕩頻率1KHz的輸出。在穩(wěn)壓源電路設(shè)計(jì)中，采用了運(yùn)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(shí)保持穩(wěn)定，隔離了電源噪聲。信號(hào)通路中包括信號(hào)發(fā)生放大電路、濾波電路、整形電路和輸出電路。通過(guò)信號(hào)通路，傳感器生成的調(diào)幅波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c脈搏頻率相同的方波。先由運(yùn)算放大器接共集電極電路完成信號(hào)放大，通過(guò)濾波得到脈搏信號(hào)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(diǎn)設(shè)計(jì)在1Hz和7Hz。最后運(yùn)用自適應(yīng)遲滯比較器作為整形器，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波。論文對(duì)電路進(jìn)行了詳細(xì)的分

4、析和仿真。芯片版圖的設(shè)計(jì)中采用了綠華半導(dǎo)體公司的0.6μm，5VCMOS工藝庫(kù)，工藝基本特征為多晶硅柵，單層金屬布線(xiàn)。利用Cadence完成版圖設(shè)計(jì)。論文最后基于芯片測(cè)試?yán)碚摚槍?duì)芯片流片后的部分測(cè)試結(jié)果，對(duì)振蕩出現(xiàn)的噪聲問(wèn)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(jī)理。 該設(shè)計(jì)在前端仿真中滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)第一次流片后的簡(jiǎn)單封裝，外接輔助電路后，部分芯片實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能?；旧线_(dá)到第一步設(shè)計(jì)的要求。為進(jìn)一步完善芯片