發(fā)布時間：2020-06-10 21:10

【摘要】：在當今電子技術高速發(fā)展的時代背景下,市場對于智能化設備的要求越來越高,MEMS產品也日益豐富。在汽車電子工業(yè)領域中,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,而超聲波測距系統(tǒng)作為一種非接觸測距的方式,廣泛的應用在該領域中。在市場上,超聲波測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,因此市場對于體積、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,本文設計了一款可用于泊車輔助系統(tǒng)的超聲波傳感器芯片,它將同時具備超聲波的收發(fā)測距功能。本文首先簡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距的基本原理。其次,根據設計功能的要求和性能指標,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。然后詳細講述了核心模塊電路的設計過程,模塊電路的工作機制和原理,并且對每個模塊進行了仿真分析。后來又對該芯片系統(tǒng)的整體電路進行仿真驗證,并調整電路參數使設計符合性能指標。最后,為通過仿真驗證的整體電路進行了版圖設計規(guī)劃。該傳感器芯片是一款用于驅動外圍換能器發(fā)送超聲波,同時也具備接收和處理超聲波回波信號,并且通過計算得到測距結果的芯片系統(tǒng),主要應用于汽車電子工業(yè)泊車輔助系統(tǒng)等其他設備中。該芯片系統(tǒng)由于采用了驅動電流可控的發(fā)送電路,從而可以設置不同的發(fā)射功率。在接收模塊中,由于電路采用了增益可控放大器,從而實現(xiàn)了接收回波信號的增益可變,用于滿足不同應用場合。并且該芯片系統(tǒng)中加入了內部電源,為芯片內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。同時該芯片系統(tǒng)具有I/O口電路,因此方便與其他設備和系統(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,完成了對該芯片系統(tǒng)各模塊電路仿真驗證。仿真結果表明,該超聲波芯片系統(tǒng)的各項指標參數均滿足設計的要求。
【圖文】：

第四章 超聲波傳感器的子模塊電路的原理與設計33圖4.6 前置運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，滿足設計需要，并具備很高的穩(wěn)定性。4.1.3 第二級增益可控運放電路反向比例放大運放如圖 4.7 所示。RiRpRf-+VoVi圖4.7 反向比例運放電路由圖 4.7 可以看到其構成簡單比例運算放大器，由基本電路知識可以得到其輸入輸出關系為：foVi iVRAV R (4-8)由于電路采用了深電壓負反饋回路，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，對第二級增益可控運放電路的交流特性進行了仿真，仿真結果如圖 4.11 所示：圖4.11 第二級增益可控運放電路的頻率特性曲線圖 4.11 中上方為第二級增益可控運放電路的幅頻特性曲線，下方為第二級增益可控運放電路的相頻特性曲線。由圖可知第二級運放電路具有為 59.24dB 的增益，且相位具有超過 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。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN492;TP212

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