【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(zhuǎn)換成電流信號后進行遠距離傳輸。當(dāng)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(yīng)用廣范。本文主要針對GMR傳感器的工業(yè)應(yīng)用,設(shè)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(zhuǎn)換,以進行遠距離傳送;在接收端,設(shè)計電流電壓轉(zhuǎn)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(shè)計進行電路設(shè)計與仿真。其中檢測端芯片,包括調(diào)理電路與V/I轉(zhuǎn)換電路兩部分,調(diào)理電路由儀表放大器構(gòu)成,單位增益時其共模抑制比為80.645 dB;V/I轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計指標(biāo)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(shè)計指標(biāo)后,分別對檢測端和接收端電路進行版圖設(shè)計。本系統(tǒng)中只對V/I轉(zhuǎn)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(jié)果與仿真結(jié)果有些偏差,但是滿足設(shè)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(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN402;TP212

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 金愛華,張翠萍;高速運算放大器在視頻線路中的應(yīng)用[J];電大理工;2000年03期

2 朱路揚,劉正生;零器模型在含有運算放大器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J];贛南師范學(xué)院學(xué)報;2001年03期

3 杜衛(wèi)華;工程中幾種實用的運算放大器調(diào)零方法[J];承德民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2002年02期

4 姜立中;高速運算放大器特性參數(shù)表[J];電子世界;2002年09期

5 ;德州儀器推出可驅(qū)動16位系統(tǒng)的新型低噪聲高速運算放大器[J];電子工程師;2003年07期

6 陳永真 ,寧武;千伏級甚高壓運算放大器[J];電子設(shè)計應(yīng)用;2003年08期

7 詹姆士·文森;什么原因毀掉了運算放大器?[J];電子設(shè)計應(yīng)用;2003年Z1期

8 ;良好的設(shè)計可以減少運算放大器的加電問題[J];電子設(shè)計應(yīng)用;2004年01期

9 TADIJA JANJIC,BRUCE TRUMP;運算放大器的選擇[J];今日電子;2004年08期

10 阮偉華;含有運算放大器網(wǎng)絡(luò)的分析方法[J];南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2004年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 任迪遠;陸嫵;余學(xué)鋒;郭旗;艾爾肯;;雙極運算放大器在不同劑量率下的輻射損傷效應(yīng)[A];第十一屆全國可靠性物理學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2005年

2 孫旭;李哲英;鈕文良;;一種改進的運算放大器小信號建模方法及驗證[A];第十屆全國敏感元件與傳感器學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

3 陳盤訓(xùn);周開明;;運算放大器X和γ射線輻射損傷的比較[A];中國工程物理研究院科技年報（1999）[C];1999年

4 唐俊;;如何設(shè)計和測試滿足指標(biāo)要求的運算放大器[A];四川省電子學(xué)會半導(dǎo)體與集成技術(shù)專委會2006年度學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

5 修麗梅;李哲英;;低電壓低功耗運算放大器的研究[A];全國第一屆信號處理學(xué)術(shù)會議暨中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會信號處理分會籌備工作委員會第三次工作會議�？痆C];2007年

6 孫旭;李哲英;;一種建立運算放大器宏模型的新方法[A];2007系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

7 劉正山;鄧長明;張志勇;宿小輝;程昶;李梅;;用于化合物半導(dǎo)體探測器的小型電荷靈敏前置放大器[A];第8屆全國核電子學(xué)與核探測技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（一）[C];1996年

8 陳盤訓(xùn);謝澤元;;γ總劑量輻射對運算放大器性能的影響[A];中國工程物理研究院科技年報（2002）[C];2002年

9 姚雷波;駱麗;;CMOS兩級運算放大器調(diào)零電路性能分析[A];中國通信集成電路技術(shù)與應(yīng)用研討會文集[C];2006年

10 陸嫵;任迪遠;郭旗;余學(xué)峰;;雙極運算放大器ELDRS效應(yīng)的變劑量率實驗室加速模擬方法初探[A];2007'第十二屆全國可靠性物理學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2007年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者 趙艷秋;運算放大器：新架構(gòu)使老器件煥發(fā)青春[N];中國電子報;2009年

2 成都 溫成宜 編譯;輸出大電流的運算放大器[N];電子報;2014年

3 成都 溫成宜 編譯;運算放大器的輸入保護電路[N];電子報;2014年

4 河南 郭長永 郭建國;自制運算放大器測試儀[N];電子報;2007年

5 四川 張達 編譯;用運算放大器構(gòu)成的6dB視頻信號放大器[N];電子報;2004年

6 廣東 劉麗鑫;集成運算放大器應(yīng)用中的電氣過應(yīng)力(下)[N];電子報;2011年

7 山西 江鵬遠 編譯;相位檢波器的開關(guān)增益運算放大器[N];電子報;2012年

8 任愛青;美國國家半導(dǎo)體推出全新高速運算放大器[N];中國電子報;2001年

9 廣州 張世旺;運算放大器應(yīng)用實驗[N];電子報;2004年

10 成都 史為;有讀者來信問：什么是儀用放大器？[N];電子報;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 屈熹;低功耗快速響應(yīng)的片上集成LDO研究[D];電子科技大學(xué);2014年

2 廖鵬飛;容性負載運算放大器的頻率補償技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

3 石立春;高精度∑-Δ調(diào)制器的研究與設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王洪穎;低功耗16位精度Delta Sigma ADC的設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 任永春;基于雙極型工藝的低噪聲運算放大器的設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2015年

3 陳新樂;高性能CMOS MDAC設(shè)計研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

4 吳迪;基于GMR傳感器的4～20mA兩線制收發(fā)系統(tǒng)集成電路設(shè)計[D];杭州電子科技大學(xué);2015年

5 劉輝;低壓低功耗CMOS運算放大器的設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2002年

6 辛國松;一款軌到軌輸入/輸出運算放大器的設(shè)計與研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年

7 樊吉濤;低失調(diào)低溫漂運算放大器設(shè)計[D];哈爾濱理工大學(xué);2013年

8 張維琛;適用于高精度流水線ADC的運算放大器的研究與設(shè)計[D];廈門大學(xué);2014年

9 李學(xué)會;一種高壓運算放大器的設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2009年

10 廖旺;應(yīng)用于流水線ADC中的全差分運算放大器[D];電子科技大學(xué);2010年

，

本文編號：2334009