【摘要】：在當(dāng)今電子技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代背景下,市場(chǎng)對(duì)于智能化設(shè)備的要求越來(lái)越高,MEMS產(chǎn)品也日益豐富。在汽車電子工業(yè)領(lǐng)域中,為了使人們的操控更加便捷,其中泊車輔助系統(tǒng)也隨之發(fā)展,而超聲波測(cè)距系統(tǒng)作為一種非接觸測(cè)距的方式,廣泛的應(yīng)用在該領(lǐng)域中。在市場(chǎng)上,超聲波測(cè)距的解決方案主要還是以微處理器與外圍分立元件組成的測(cè)距系統(tǒng)為主,傳統(tǒng)方案的功耗和體積不能滿足現(xiàn)在發(fā)展的需要,因此市場(chǎng)對(duì)于體積、功耗以及方案的便利性提出了一定的要求。為了滿足這些要求,本文設(shè)計(jì)了一款可用于泊車輔助系統(tǒng)的超聲波傳感器芯片,它將同時(shí)具備超聲波的收發(fā)測(cè)距功能。本文首先簡(jiǎn)要的介紹了超聲波傳感器芯片的背景和現(xiàn)狀,然后講述了超聲波特性和測(cè)距的基本原理。其次,根據(jù)設(shè)計(jì)功能的要求和性能指標(biāo),介紹了系統(tǒng)的主要功能并且給出了芯片系統(tǒng)的整體架構(gòu)。然后詳細(xì)講述了核心模塊電路的設(shè)計(jì)過(guò)程,模塊電路的工作機(jī)制和原理,并且對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行了仿真分析。后來(lái)又對(duì)該芯片系統(tǒng)的整體電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證,并調(diào)整電路參數(shù)使設(shè)計(jì)符合性能指標(biāo)。最后,為通過(guò)仿真驗(yàn)證的整體電路進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)規(guī)劃。該傳感器芯片是一款用于驅(qū)動(dòng)外圍換能器發(fā)送超聲波,同時(shí)也具備接收和處理超聲波回波信號(hào),并且通過(guò)計(jì)算得到測(cè)距結(jié)果的芯片系統(tǒng),主要應(yīng)用于汽車電子工業(yè)泊車輔助系統(tǒng)等其他設(shè)備中。該芯片系統(tǒng)由于采用了驅(qū)動(dòng)電流可控的發(fā)送電路,從而可以設(shè)置不同的發(fā)射功率。在接收模塊中,由于電路采用了增益可控放大器,從而實(shí)現(xiàn)了接收回波信號(hào)的增益可變,用于滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合。并且該芯片系統(tǒng)中加入了內(nèi)部電源,為芯片內(nèi)部供電提供了可靠保障,并加入了欠壓鎖存電路使芯片系統(tǒng)的穩(wěn)定性提升。同時(shí)該芯片系統(tǒng)具有I/O口電路,因此方便與其他設(shè)備和系統(tǒng)交互,增加了其易用性。本文所講述的系統(tǒng)電路采用了0.18μm BCD 18V工藝模型,并且使用Cadence套件中的Spectre仿真工具,完成了對(duì)該芯片系統(tǒng)各模塊電路仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,該超聲波芯片系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)的要求。
【圖文】：

第四章 超聲波傳感器的子模塊電路的原理與設(shè)計(jì)33圖4.6 前置運(yùn)放電路的頻率特性曲線可以看出在中心頻率 105Hz 附近具有接近 20dB 的增益，滿足設(shè)計(jì)需要，并具備很高的穩(wěn)定性。4.1.3 第二級(jí)增益可控運(yùn)放電路反向比例放大運(yùn)放如圖 4.7 所示。RiRpRf-+VoVi圖4.7 反向比例運(yùn)放電路由圖 4.7 可以看到其構(gòu)成簡(jiǎn)單比例運(yùn)算放大器，由基本電路知識(shí)可以得到其輸入輸出關(guān)系為：foVi iVRAV R (4-8)由于電路采用了深電壓負(fù)反饋回路，所以輸出電阻小而輸入電阻將取決于 Ri，我們可以看到只要調(diào)節(jié) Rf，Ri的阻值大小就可以得到不同的電路增益，，第?

利用了 Spectre 仿真工具，對(duì)第二級(jí)增益可控運(yùn)放電路的交流特性進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖 4.11 所示：圖4.11 第二級(jí)增益可控運(yùn)放電路的頻率特性曲線圖 4.11 中上方為第二級(jí)增益可控運(yùn)放電路的幅頻特性曲線，下方為第二級(jí)增益可控運(yùn)放電路的相頻特性曲線。由圖可知第二級(jí)運(yùn)放電路具有為 59.24dB 的增益，且相位具有超過(guò) 45 度的相位裕度而穩(wěn)定工作，且能滿足主流超聲波換能器中心頻率的40kHz~58kHz 的需求。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN492;TP212

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