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基于CMOS技术的红外接收芯片前端设计及实现

作　者: 贾晓钦
导　师: 张庆中
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 红外遥控系统红外遥控接收芯片 0.5μm硅栅CMOS技术电流-电压转换前置放大器
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

从红外遥控的市场需求和行业发展前景考虑,论文对基于0.5μm硅栅CMOS工艺制造的一款中端全集成红外接收芯片提出了具体的设计方案,并完成了其前端电路(包括电流—电压转换和前置放大器两部分)与版图设计。首先,通过对红外遥控系统的组成和工作原理、红外线的传输方式和环境噪声等内容的了解,明晰了红外接收芯片的工作流程,确定了芯片的整体设计方案和各项设计指标。其次,在满足芯片整体设计前提下,结合光敏检测器件构造了一种变阻结构实现电流—电压转换电路,并采用折叠共源共栅的全差分放大器和电阻、电容构成有源高通滤波器作为前置放大器。在Cadence环境下使用CSMC(上华)0.5μm CMOS mix-signal-Si栅TPDM工艺模型仿真验证以上电路。同时设计完成了它们的版图,总面积在230~*120μm~2左右。芯片整体版图(包括划片道以及测试引脚)在850~*700μm~2左右。最后,对MPW投片返回的芯片分别从电路级别和产品级别进行了测试。测试结果显示芯片前端正常工作;芯片能在2.5～6V的电压范围内工作;接收角度为±45°;晴天室内接收距离达15米左右,较差于市场上的主流产品;有较强的抗噪声能力,在变频荧光灯的环境下芯片能正常工作;能避免瞬间输入光电流过大,太阳光直射下芯片仍能有效输出。此芯片的研制能带来较大的经济效应。目前设计中还存有接收距离较近的不足,需要进一步改进解决。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 遥控技术(Remote Control)  10-11
    1.1.1 遥控理论  10-11
    1.1.2 发展历史  11
  1.2 红外遥控(Infrared Remote Control)  11-14
    1.2.1 红外线概述  11-12
    1.2.2 红外遥控系统  12-14
  1.3 全集成红外接收头  14-18
    1.3.1 结构组成  15-16
    1.3.2 市场前景  16-17
    1.3.3 国内动态  17-18
  1.4 课题任务  18-19
第二章红外线的发射、传输与接收  19-25
  2.1 红外线的发射及传输  19-21
    2.1.1 半导体发光材料  19
    2.1.2 红外线的传输方式  19-20
    2.1.3 红外线发光二极管  20-21
  2.2 红外线的接收——红外光电二极管  21-24
    2.2.1 工作原理  22
    2.2.2 工作模式  22-23
    2.2.3 PIN型光电二极管  23-24
  2.3 小结  24-25
第三章红外接收环境中的噪声分析  25-31
  3.1 环境背景噪声  25-26
  3.2 器件自身的噪声  26-28
  3.3 MOSFET中噪声  28-29
  3.4 系统噪声参数  29-30
  3.5 小结  30-31
第四章红外接收芯片的设计  31-37
  4.1 芯片系统  31
  4.2 参考电压电路  31-32
  4.3 前端电路  32
  4.4 AGC电路、AGC放大器  32-33
  4.5 限幅放大器  33
  4.6 滤波器  33-34
  4.7 积分和比较电路  34
  4.8 整形电路  34-35
  4.9 静电保护  35-36
  4.10 小结  36-37
第五章前端电路的分析  37-44
  5.1 光检测器件  37-39
  5.2 设计分析  39-43
    5.2.1 跨阻方式  39
    5.2.2 噪声信号  39-41
    5.2.3 载波信号  41
    5.2.4 解决方案  41-42
    5.2.5 灵敏度确定  42-43
  5.3 小结  43-44
第六章 I-V转换电路的设计  44-55
  6.1 具体设计  44-50
    6.1.1 PIN工作点的设置  44-46
    6.1.2 载波信号的获取  46-47
    6.1.3 MOS管的变阻特性  47-48
    6.1.4 变阻负载结构  48-50
  6.2 仿真验证  50-54
  6.3 小结  54-55
第七章前置放大器的设计  55-66
  7.1 重要性  55-56
  7.2 实现方案  56-58
  7.3 全差分放大器  58-61
    7.3.1 指标确定  58-59
    7.3.2 指标分析  59-61
  7.4 仿真结果  61-65
  7.5 小结  65-66
第八章版图设计  66-71
  8.1 工艺介绍  66-67
  8.2 版图设计  67-69
  8.3 版图布局  69
  8.4 版图验证  69-70
  8.5 小结  70-71
第九章红外接收芯片的测试  71-76
  9.1 初步测试  71-73
    9.1.1 电路板测试  71-73
    9.1.2 初步测试结论  73
  9.2 产品测试  73-75
    9.2.1 产品封装  73-74
    9.2.2 测试结果  74-75
  9.3 模块测试  75
  9.4 小结  75-76
第十章工作总结与改进方向  76-78
  10.1 工作总结  76-77
  10.2 改进方向  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-81
攻读硕士期间取得的成果  81

基于CMOS技术的红外接收芯片前端设计及实现

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