【摘要】：在工業(yè)控制中,對磁場、溫度、壓力等信號進行實時測量時,通常有兩種方式:一種是通過現(xiàn)場總線的方式,將信號傳送至遠程PC機;另一種方法是將檢測到的信號轉換成電流信號后進行遠距離傳輸。當信號進行長距離傳輸時,傳輸線會受到噪聲的干擾,其次傳輸線的分布電阻會產(chǎn)生電壓降,使得信號傳輸不完整。為了避免上述問題,目前工業(yè)上廣泛使用的是4~20 mA電流來傳輸信號。巨磁電阻(GMR)傳感器具有靈敏度高、線性度好、磁滯小等優(yōu)異的性能,在工業(yè)控制等方面應用廣范。本文主要針對GMR傳感器的工業(yè)應用,設計了一個基于GMR傳感器的4~20mA兩線制收發(fā)系統(tǒng)。在檢測端,對GMR傳感器的輸出電壓信號進行電壓電流轉換,以進行遠距離傳送;在接收端,設計電流電壓轉換電路以使得信號基本無失真還原。本文基于CSMC1μm40V HVCMOS工藝,在Tanner軟件環(huán)境下對本設計進行電路設計與仿真。其中檢測端芯片,包括調(diào)理電路與V/I轉換電路兩部分,調(diào)理電路由儀表放大器構成,單位增益時其共模抑制比為80.645 dB;V/I轉換電路的幅度失調(diào)為0.0113%,非線性度為0.0106%,擺率為38mA/μs。在接收端的I/V轉換電路,其幅度失調(diào)為0.01%,非線性度為0.005%。以上電路均滿足設計指標要求,整個系統(tǒng)基本無失真的傳送了GMR傳感器檢測到的信號。各個模塊電路以及整個系統(tǒng)經(jīng)過仿真滿足設計指標后,分別對檢測端和接收端電路進行版圖設計。本系統(tǒng)中只對V/I轉換的低壓核心部分進行了MPW流片,電源管理電路采用外接方式實現(xiàn),樣片采用COB封裝并進行測試。經(jīng)過測試,此塊電路的上擺率為2.67 mA/μs,下擺率為0.534 mA/μs,電流增益約為103。測試結果與仿真結果有些偏差,但是滿足設計要求。
[Abstract]:In industrial control, there are usually two ways to measure the magnetic field, temperature, pressure and other signals in real time. One is to transmit the signal to the remote PC machine by the way of fieldbus. Another method is to convert the detected signals into current signals and transmit them over long distances. When the signal is transmitted over a long distance, the transmission line will be disturbed by noise, and the distributed resistance of the transmission line will produce voltage drop, which makes the signal transmission incomplete. In order to avoid these problems, it is widely used in industry to transmit signals at 20 mA current. Giant Magnetoresistance (GMR) (GMR) sensor has high sensitivity, good linearity and low hysteresis, so it is widely used in industrial control. Aiming at the industrial application of GMR sensor, this paper designs a 4~20mA two-wire transceiver system based on GMR sensor. At the detection end, the output voltage signal of the GMR sensor is converted to voltage and current for long-distance transmission. At the receiving end, a current-voltage conversion circuit is designed so that the signal can be reduced without distortion. Based on the CSMC1 渭 m 40V HVCMOS process, the circuit design and simulation are carried out in the Tanner software environment. The detector chip consists of two parts: conditioning circuit and V / I conversion circuit. The conditioning circuit is composed of instrument amplifier, and the common-mode rejection ratio is 80.645 dB; when unit gain. The amplitude misalignment of the V / I converter is 0.0113, the degree of nonlinearity is 0.0106, and the pendulum rate is 38mA/ 渭 s. At the receiving end, the I / V converter has an amplitude offset of 0.01 and a nonlinearity of 0.005. All the above circuits meet the design requirements, and the whole system basically transmits the signal detected by GMR sensor without distortion. After each module circuit and the whole system are simulated to meet the design specifications, the layout of the detecting and receiving circuits is designed respectively. In this system, only the low voltage core of the V / I conversion is implemented by MPW chip, the power management circuit is implemented by external connection, and the sample is encapsulated by COB and tested. The test results show that the upswing rate is 2.67 mA/ 渭 s, the downswing rate is 0.534 mA/ 渭 s, and the current gain is about 103 mA/ 渭 s. The test results deviate from the simulation results, but meet the design requirements.
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN402;TP212

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本文編號：2334009