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传感器信号处理与接口
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你可能喜欢汽车ABS轮速传感器信号处理芯片设计--《沈阳工业大学》2009年硕士论文
汽车ABS轮速传感器信号处理芯片设计
【摘要】：
汽车ABS(防抱死制动系统)是现代汽车不可缺少的安全系统之一,该系统使汽车在整个制动过程中维持方向稳定性和缩短制动距离,有效提高行车安全性,随着汽车工业的迅猛发展,具有广阔的发展前景。作为系统中最重要的动态参数——轮速信号的测量和处理尤为重要。现在国内汽车应用的ABS系统主要依赖于进口,国内对轮速信号处理大多存在设计复杂、成本高、抗干扰能力差等问题。本文针对车轮传感器产生的信号特点,设计和实现了一种上海贝岭40V 2μm Bipolar工艺的汽车ABS轮速传感器信号处理芯片,与市场现有同类产品相比较,该电路结构简单新颖,其中包括振荡器、带隙基准电压源、多级放大滤波电路、整形比较电路以及电流源等主要功能模块,信号处理电路的功能是将传感器获取的不规则的正弦波电压信号转换为同频率的理想的方波电流信号,同时电流方波信号的占空比要适当(理想为50%),然后交由计数器进行后续处理。利用Cadence Spectre仿真工具对电路进行设计和仿真,用Virtuoso制图工具进行版图的布局与绘制,由于双极型工艺的不对称性,要求版图设计更加严谨和紧凑,除此之外,EMI和可能出现的高压情况成为设计的重点。仿真结果和芯片测试结果都表明,芯片可以在7～15V的电源电压下安全工作,运行的温度环境为-50℃～150℃,待处理信号的有效带宽为1Hz-3KHz,输出信号为占空比理想的7mA～14mA的方波电流。芯片设计避免了传统电路结构复杂和性能差的特点,特别解决了过去由于轮速过高或过低而不能准确处理信号的问题,并保证芯片在极大的温差、较宽的电源电压和多种干扰的情况下,仍能安全无误运行,性能稳定可靠,成本低。通过对芯片的参数和安全性测试,结果表明设计实现了预期的目标,达到国际车载电子的标准,有极高的实用价值。
【关键词】：
【学位授予单位】：沈阳工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2009【分类号】：TP212【目录】：
Abstract6-10
第一章 绪论10-12
1.1 引言10
1.2 汽车ABS系统的发展趋势10-12
第二章 汽车ABS系统的工作原理12-15
2.1 汽车ABS轮速传感器及其信号特点12-13
2.1.1 磁电式轮速传感器的工作原理12-13
2.1.2 磁电式轮速传感器的信号特征13
2.2 汽车ABS轮速传感器信号测量方法13-15
第三章 芯片电路设计15-50
3.1 芯片的功能要求和性能指标15-16
3.2 芯片电路结构16
3.3 振荡器电路设计16-20
3.4 基准电压源电路设计20-25
3.4.1 带隙基准电压源的原理20-21
3.4.2 带运放的带隙基准电压源21-22
3.4.3 带隙基准电压源电路的设计22-25
3.5 运算放大器电路设计25-41
3.5.1 电流源电路的设计25-30
3.5.3 放大器的增益设计和频率补偿30-41
3.6 整形比较电路设计41-44
3.7 其他模块的设计44-47
3.8 电路总体仿真结果47-50
第四章 版图设计50-59
4.1 芯片工艺的选择和设计规则的确定50-51
4.2 版图布局51-53
4.3 版图设计53-59
第五章 结论59-60
参考文献60-62
在学研究成果62-63
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京公网安备74号图像信号处理芯片AK8408的原理及应用_中国百科网
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图像信号处理芯片AK8408的原理及应用
AK8408是日本旭化成(株)研制的新一代专用于处理CCD、CIS等彩色/黑白图像传感器输出信号的专用芯片。它将图像传感器输出的模拟信号转换成数字信号输出给用户。同时，根据用户自己的设置，可以将图像传感器的明输出偏差值与暗输出偏差值进行先期处理。主要性能先容AK8408是CMOS单片结构，5V单一电源(5V±5%)，内置基准电压电路，100PIN LQFP的封装形式。主要性能包括：彩色传感器用寄生信号补偿LSI对应1CH、G/R/B3CH输出的传感器，产生传感器用的CLK、最大输进电平1.25VP-P。输进图像信号数据的速度：1CH时,10M像素/秒；3CH时，3.3M3像素/秒。可对应最大像素数是81923(可以8像素为1个单位设定)。内置图像信号转换用10位ADC和两个8位DAC设定暗/明基准电压内置检测全像素明电平补偿值的用ADC和补偿用模拟除法器。内置3CH的偏差检测/补偿用的ADC/DAC。3CH增益调整用PGA(8位、1倍～4倍)、内置增益调整功能。LED点灯时间调整功能，内置峰值检测/保持电路(8位)。串行接口。CLK：1.5MHZ～10MHZ。内部功能电路说明 1.基准电压天生电路： 将电源电压用电阻分压，天生基准钳位电压VCLP=2.1V。使用基准电压电路，天生明电平侧基准电压VREF=0.85V。2.传感器信号输进电路：输进信号是负逻辑(负向为输进信号的明电平方向)。3个通道分别内置钳位电路和采样保持电路，可以通过设定寄存器来选定1个通道工作(10MHZ)或3个通道工作(3.3MHZ)。由内置的模拟开关和外部的电容构成直流再生电路。3.暗补偿值检测ADC/补偿电路：将指定的像素或全像素的模拟输进信号与钳位电压的差值用8位AD转换器转换成数字信号，并作为补偿值。可以检测、补偿相对于钳位电压的正、负两个方向的暗偏差值。补偿就是用模拟输进信号减往补偿值。补偿范围可以由寄存器来规定，一般是 50mV～ 200mV，用 50mV为一个单位变换。为了消除LSI初期的放大器的偏差信号(最大为25mV)，用寄存器可以设定可检测的动态量程在25mV的狭窄范围内。暗补偿电路不能消除该电路以后的电路产生的偏差。为了消除它，可以适当调整被检测的偏差数据。调整用数据根据暗补偿值偏差调整用寄存器设定。4.PGA电路：增益调整电路的作用是使各通道的信号幅度保持同一水平。暗补偿后的信号以VCLP为基准调整增益。根据PGA增益寄存器的设定，可在1～4倍内适当调整增益。5.峰值检测/保持电路：由逐次比较型8位ADC(峰值检测电路)和8位DAC(峰值保持电路)以及它们之间的数字电路构成。峰值检测电路的输进信号，在峰值检测模式时成为暗补偿后的信号、在读取模式时成为暗/明补偿后的正规化信号。6.明补偿值检测/补偿电路：把用峰值检测模式检测的峰值电压(VPEAK)作为明电平侧基准、把VCLP的40%作为暗电平侧的基准。全像素范围内，把钳位电压与模拟输进信号的差值用9位ADC进行AD转换，并作为补偿值。补偿就是把检测到的补偿值作为放大数据再进行模拟计算。7.用于图像信号转换的10位ADC用的基准电压天生DAC(暗/明)：内置产生相对于VCLP与VPEAK的相对电压的两个8位DAC，作为图像信号转换的10位ADC用的暗、明基准电压。8.图像信号转换用的10位ADC：内置把暗/明补偿后的模拟输进信号进行最后AD转换的10位ADC。把基准电压天生DAC天生的基准电压(VWHT、VBLK)作为满量程进行10位AD转换。9.暗偏差调整电路：为了调整明电平检测/补偿电路前面的内部偏差值，要用暗补偿值对偏差进行计算。10.ADC偏差调整电路：为了调整明电平检测/补偿电路后面的内部偏差值，要在ADC输进端对偏差进行计算。各种传感器及输进电路控制MUX电路控制在3CH彩色传感器中，彩色/黑白处理的区别，或者，前期处理时输进通道的设定等，根据通道使能寄存器来设定。3CH彩色传感器(彩色处理)1.采样速度最大为3.3M/sec，图像信号处理速度最大为10M/sec；2.3CH同时采样，然后按照设定的采样顺序，切换MUX；3.被采样的N 3个数据，如下图所示，相互交替排列成一线数据输进；[3CH彩色传感器的输出](图1)(例如：CN0对应GREEN、CN1对应RED、CN2对应BLUE的输进场合) [3CH传感器彩色处理](图2)(例如：采样顺序设定为CN0→CN1→CN2时)1CH彩色传感器(彩色处理)1.采样速度与图像处理速度相同，最大为10M/sec；2.传感器输出信号从CN0输进，CN1、CN2开路；3.随着每线输进信号颜色的变化，LSI内部的处理颜色也变化；4.彩色处理顺序用采样顺序设定寄存器设定，GRB各色数据分别采样；[1CH彩色传感器的输出](图3)[1CH彩色传感器的处理](例如：采样顺序设定为G→R→B)(图4)传感器通道切换模式(彩色处理)1.采样速度与图像处理速度相同，最大为10M/sec；2.切换每线采样通道，按照采样顺序的设定来切换MUX。与此相对应，LSI内部的处理颜色也变化；3.彩色处理顺序用采样顺序设定寄存器设定，GRB各色数据分别采样；[传感器通道切换模式时彩色传感器的输出](例如：采样顺序设定为G→R→B的输进场合)(图5) [3CH传感器彩色处理]例如:采样顺序设定为CN0-CN1-CN2时。(图6)7种工作模式及内部寄存器AK8408有地址是从00H到2AH的共计43个内部功能设定寄存器，它控制着AK8408的所有操纵及七种基本工作模式。其中对通道的选择、操纵过程基本如下：通过AK8408的3位控制寄存器(R12/D2、R12/D1、R2/D0)，专门用于控制各个通道的使能/禁止。0：禁止；1：使能。使用传感器时，本寄存器的设定方法如下所示(以3CH彩色传感器为例)。1.偏差校准模式1：需要各个通道分别进行，用本寄存器依次设定需要处理的各个通道。实施本模式，一次仅能使能一个通道。2.偏差校准模式2：与本寄存器无关，将通道全部使能。3.检测暗补偿值：需要各个通道分别进行，用本寄存器依次设定需要处理的各个通道。4.增益调整：需要各个通道分别进行，用本寄存器依次设定需要处理的各个通道。5.峰值检测：与本寄存器无关，将通道全部使能。6.检测明补偿值：需要各个通道分别进行，用本寄存器依次设定需要处理的各个通道。7.读取：将通道全部使能。&&
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