低功耗小尺寸片上温度传感器设计

为了精确测量芯片内的温度分布,提出了一个低功耗、小尺寸的温度传感器。该传感器使用一个输出电流与绝对温度成比例(PTAT)的电流发生器检测环境温度,然后使用一个源耦合流控振荡器将PTAT电流转换成频率输出。所提出的电路采用22 nm SOI CMOS工艺设计并制造,其有源区域占用的片上面积为0.01 mm~2,电源电压为0.8 V。测量结果表明,所提出的架构能够在-40～+85℃的温度范围内工作。工作于+85℃时,温度传感器的功耗达到最大值,为500 nW。使用单点校准后,该温度传感器的最大温度误差小于1℃。     

基于MEMS传感器的无线传感网络节点的硬件设计

为了解决对建筑物的结构健康安全监测进行在线监测的问题,采用微机电系统(MEMS)技术和无线传感器网络技术相结合的方法,提出了一种基于磁驱动增大检测电流的新型电容式加速度传感器结构,介绍了其工作原理,并设计了该传感器的电容检测电路,在ANSYS仿真软件上对传感器性能进行了评价,在Multisim上对检测电路进行了模拟仿真;仿真结果表明,该传感器可以检测三维加速度信号,静态灵敏度可达0.558μm/g,动态测量范围为10 g,电路实际输出与仿真结果相符,符合要求;在节点整体方案设计中以低功耗的MSP430F1611作为控制MCU,以CC2430芯片实现无线收发,配合周围接口电路实现了位移信号的监测功能;采用片内温度传感器对节点进行了测试。测试结果表明,该节点能够完成监测,满足设计要求。     

用于航空发动机的光纤F-P温度传感器及其信号解调系统研究

光纤F-P温度传感器具有结构稳定、精度高、体积小、抗电磁干扰、质量轻和成本低等优点,在航空发动机高温测量领域具有重要的潜在应用。针对航空发动机的高温工况,利用多光束干涉原理设计了光纤F-P传感器,并通过端面检测、显微测量等手段完成了光纤F-P温度传感器的制备。针对传统光谱仪解调系统昂贵,解调速度慢的不足,以F-P滤波器和DSP为核心设计了传感器的信号解调系统,克服了传统光谱仪解调的局限性;进行了解调系统的硬件设计,完成了光电转换放大电路的原理设计、仿真分析和电路制作,实现了解调系统的初步搭建。在高控温精度的高温炉中采用标准热电偶对制备完成的传感器进行标定,结果表明:在30～1 000℃温度范围内,传感器的温度响应灵敏度为0.012 nm/℃,线性度为0.996。     

基于△-∑智能温度传感芯片的设计

本文研究设计高精度的Δ-Σ智能温度传感芯片,从温度传感元件选型,到二阶调制器的设计,利用Matlab simulink建立了二阶Δ-Σ调制器系统模型,对调制器电路进行仿真和参数优化。改进使用轨对轨折叠式共源共栅运算放大器作为调制器的积分器,增大了调制器的动态输入范围。设计实现了一款适用于14bit温度转换芯片的二阶△-Σ调制器,温度传感芯片在-50℃～150℃的温度范围内具有较好的线性度,温度分辨率达到0.1℃。     

一种无线无源低温传感器的设计与测试

设计并制作一种可应用于低温环境的无线无源温度传感器。传感器的基板材料为玻纤增强环氧树脂(FR4),中心频率为2.4 GHz。利用微波传输原理,通过监测传感器的谐振频率变化实现温度的测量。经过理论计算和高频结构仿真软件(HFSS)确定了传感器的物理参数,通过搭建低温测试系统实现了传感器在低温环境下的测试。实验结果表明在0~-40℃的温度范围,传感器的谐振频率与温度成线性变化关系,谐振频率由2.366 GHz增大为2.382 GHz。对传感器进行3次重复测试,证明了传感器具有好的重复性。传感器绝对灵敏度为401.67 k Hz/℃。实验结果证明了传感器设计的合理性和测温的可行性。     

基于SOPC的温度控制系统研究

本文介绍了一种基于SOPC的温度控制系统。利用温度传感器DS18B20采集数字信号,采用FPGA芯片进行数据处理,QUARTUSⅡ和NIOSⅡ软件进行SOPC的开发,实现整个系统的设计。最后,利用MODELSIM软件进行仿真试验,在0℃～55℃范围内,测量误差为±1℃,从而实现硬件电路的温度控制。     

基于曲率补偿的低温度系数带隙基准源设计

为了减小基准源输出信号随温度变化的波动,设计了一种基于温度曲率补偿的带隙基准电压源电路结构,采用负反馈箝位技术,简化了电路结构,减小了噪声和失调误差;同时应用β倍增器电流源作为温度曲率补偿电路,有效降低了温度系数。仿真结果表明,在-20~105℃范围内,所设计的带隙基准电压源的温度系数仅为0.904 ppm/℃,低频时电源电压抑制比为46 dB。该电路结构可以有效地提高带隙基准电压源的温度性能。     

无源RFID的集成电容式传感器接口电路设计

针对射频识别技术(RFID)迅猛发展的需求,采用0.18μm CMOS工艺设计并制造了一种电容式传感器接口电路。该接口电路为全数字结构,能将传感器电容值转换到频域进行处理。它采用了一种新型的内部限幅的环形振荡器结构,比传统反相器结构振荡器降低了约30%功耗。后期测试结果显示,所设计的集成接口电路获得了良好的线性度和稳定性能,占用0.21 mm~2芯片面积,1 V电源电压下仅消耗0.92μW功率,尤其适合于无源RFID传感器标签设计中。     

智能CMOS集成温度传感器设计

基于标准0．18μm CMOS工艺和低功耗设计方法设计了集成温度传感器所需的3个重要电流产生电路，即与温度成正比的电流，与温度成反比的电流和稳定的、不随温度及电源电压变化的电流产生电路。采用低功耗设计方法解决了自然效应对温度传感器的影响。采用TSMC所提供的BSIM3V3模型进行仿真，电路在-40～120℃具有高线性度、高稳定度。同时电路具有低压、低功耗的优点，并且有良好的移植性，可使用于更多更广泛的吻合。     

基于集成芯片的细胞生理参数自动分析仪的硬件设计

基于集成芯片的多功能细胞生理自动分析仪需要对微电极阵列传感器(Microelectrode Array Sensor, MEAS),光寻址电位传感器(Light-Addressable Potentiometric Sensor,LAPS)和细胞电阻抗传感器(Electric Cell Substrate Impedance Sensor, ECIS)3类传感器的输出信号进行检测.文中介绍了针对MEAS设计的专用前置放大电路;针对LAPS和ECIS,以AD5933集成阻抗转换芯片为核心,设计了电压衰减(增益)电路、电压偏置电路、频率扫描电路和偏压扫描电路,信号的放大采用了微弱电流采样技术.利用MSP430单片机编程实现了对整个系统的控制及与PC机的通讯.最后完成了对硬件系统的测试,结果表明文中的设计基本达到了系统检测的要求.     

新型CMOS温度传感器的设计

文中设计的温度传感器芯片采用UMC 0.18μm 1P6M工艺,基于PTAT电流源的两个双极性晶体管的基极与发射结之间电压的温度特性,利用输出端处理电路进一步提高精度。针对增益不足采用偏置电路,针对相位失调采用米勒补偿结构,针对人体温度范围所需精度要求采用输出端缓冲再放大结构。芯片工作电压为1.8 V,电源抑制比为-82 dB,直流功耗72μW,可测范围-40～125℃,体温范围以内精度更高,输出电压步长2.65 mV/℃,输出精度为0.01℃。流片之后进行了系统测试,测试结果表明,输出电压与温度具有非常高的线性度,并且在体温范围内具有极高的精度。     

高精度铂电阻测温转换电路的实践与分析

一、概述在各类测量温度的传感器中，铂电阻温度传感器与其它类型的测温传感器相比，它具有稳定性高，测量范围宽，线性度较好，易互换等优点。因此，它在各种温度测量中得到了广泛的应用。如何使钻电阻温度传感器在应用中得到较高的精度和稳定性，其关键问题在于如何使铂电阻温度传感器的良好特性获得扩展，同时又能不断克服和完善其自身存在的不足之处，这就为铂电阻测温转换电路提出了一个新课题。下面介绍的这种钥电阻测温转换电路就是为解决这一问题而精心设计的，该电路的转换范围可达上70℃，转换精度优于上0．03℃，年稳定度在100P…     

低成本传感器与A/D转换器的互连

介绍了比例输出传感器与A／D转换器之间的配合使用情况。设计了传感器测量电路，包括比例输出传感器、电流驱动电桥和惠斯通电桥。将ADC的基准电压输入和传感器输出结合在一起，节省了电压基准或电流源。该设计降低了电路整体成本，提高了温度稳定性和测量精度，降低了温漂，减少了线路板面积，消除了不理想的基准源引入的误差。     

一种铂电阻温度传感器的优化设计

基于航天工业中温度信号的测量,研制了一种高测量精度的铂电阻温度传感器。设计采用恒流源微电流驱动三线制铂电阻经不平衡电桥获得理想电压,实现了去除自身线阻和减小自热效应;提高了测量精度。通过差分放大电路、反馈电路和压控电压源二阶低通滤波电路有效地改善了铂电阻的线性度,减小外界干扰信号对测量系统的影响。测量结果表明,在-40~60℃的变温环境中测量-20~450℃温度误差小于0.5℃。     

基于DSP的电能质量监测系统

针对三相电压及电流信号的采集与处理,设计了以TMS320F2812为核心的电能质量监测系统。其前向采集电路由霍尔传感器和A/D转换芯片组成;数据处理电路由数字信号处理器(DSP)组成;同步采样电路由锁相环倍频电路实现。并以快速傅里叶变换为主要处理算法。实验表明:系统具有响应速度快、精度高、实时性好的优点。     

集成生物微环境测量CMOS传感芯片研究

基于标准0.6 μm CMOS工艺设计实现了单片集成可用于细胞外微环境溶液pH值和温度同时检测的混合信号生物传感芯片.利用多层浮栅结构场效应管作为pH值传感单元,在恒流恒压电路控制下得到与pH值成反比的电压输出.pH敏感器件与参比器件的差模输出方式有效减小了电路和溶液的噪声.pH值在1～13范围内,传感器平均灵敏度为35.5 mV/pH,线性度优于3.2%.芯片上还集成了与绝对温度成正比的温度传感器,可实时检测生物微环境溶液的温度变化,在25～100℃范围内,输出线性度优于1.7%,平均灵敏度为8.8 mV/℃.此外,构建了传感芯片的原型应用电路,对传感器的输出电压进行软件修正后以温度和pH值形式进行显示,以实现两个参数的实时监测.在25~70 ℃温度范围内,温度测量偏差在-0.6～+1.1 ℃以内,pH值的测量偏差≤±0.3 pH.该芯片具有一定的可重用性,既可用来研究温度变化对细胞微环境溶液pH值的影响,又可作为IP核兼容集成于相同工艺的其他传感器电路中.     

基于涡流传感器的柴油机主轴承磨损检测装置设计

为了能够实时监测柴油机主轴承磨损的情况,提出了通过涡流传感器eddy NCDT300在一定范围内测量活塞上下运动距离是否有波动和温度传感器PT100测量轴瓦温度相结合的方案。设计的柴油机主轴承磨损监测装置以STM32单片机为核心芯片。涡流传感器实时监测活塞运动位置,并通过信号的处理电路和A/D转化芯片AD7606将数据传输到处理器。与此同时,温度传感器PT100检测柴油机轴瓦温度。测试和记录了柴油机在运行时活塞实时位置和不同负载下轴瓦实时温度。测试结果表明,设计的装置能够稳定、准确检测柴油机主轴承磨损的情况,性价比高。     

基于ARM的直线式时栅位移传感器A/D转换电路设计

利用时空转换思想,以时间基准测量空间位移量,设计了基于ARM的直线式时栅传感器A/D转换电路。采用STM32F407VGT6型ARM处理器与AD7298BCPZ型12位A/D转换芯片相结合,利用嵌入式Linux实时操作系统的移植,使得系统具有更好的可靠性与实时性。实验表明:设计的A/D转换电路,最小分辨时间为2.44 ns.能够更好的实现传感器的高速、高分辨率采样,实现了直线式时栅传感器的实时误差修正与补偿,为高精度直线式时栅传感器的研制提供了技术支持。     

基于单片机仿真功能的温度显示报警电路设计

介绍一种应用Proteus单片机仿真软件结合Kile代码编译软件实现的温度显示报警电路模型设计。该设计以8051单片机为控制核心,通过铂电阻PT100温度传感器检测被测环境温度,输出电信号经过调理放大及AD转换,进入单片机,实现最终数码显示及指示灯超限报警。     

强制通风温度传感器计算流体动力学设计与分析

自然通风防辐射罩内部的温度传感器受到太阳辐射的影响会导致其温度测量值高于大气真实温度,辐射误差可达0.8℃甚至更高。为提高气温观测精度,文中提出一种强制通风温度传感器设计。利用计算流体动力学方法(CFD)分析计算该传感器在不同环境条件下的辐射误差,采用麦夸特法对仿真数据进行拟合,获得辐射误差修正方程。结果表明,强制通风温度传感器具有较高的气温观测精度,可达0.05℃量级。CFD仿真结果和辐射误差修正方程结果之差小于0.005℃,两者具有较高的一致性。