射频前端无源器件的的小型化与集成化设计-毕业论文

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1、第1章绪论1.1传感器概述传感器是一种将物理现象转换成电信号的装置。传感器是物理世界与电子设备之间接口的一部分，这种接口的另一部分是执行器，它将电信号转换成物理现象。传感器的研究起始于1920至1930年期间。早期的传感器是采用模拟电子电路，信号输出的也是模拟信号。只能进行信号调理，不能进行信号的处理。这就使得传感器输入输出具有非线性、高噪声、易受电源电压和温度干扰等问题[1]。因此，模拟传感器性能差，精度低，可靠性差。模拟信号再传输过程中易受到噪声干扰。为了改善传输性能，频率式传感器应运而生，这种传感器是采用频率调制技术。传感器的信号调

2、理与转换电路把物理量转换成周期量或者频率量，该信号的幅度一定，而周期随着被测量而呈现一定的变化关系。频率量传输具有较强的抗干扰性，提高了信噪比，但是频率量转换为数字量需要较长时间。此外，该传感器依然不具备信息处理能力，性能上也没有太大的提高。随着计算机的发展，自动控制系统进入了数字控制时代。为了提高控制系统的性能，研究人员大力提高传感器性能，并研究数字采样系统。主要采用两方面的措施：一方面是采用精度高，稳定性好的元器件以及校准电路，来提高传感器的性能；另一方面是传感器信号数字化，将传感器信号利用计算机进行处理。通过这两种手段在一定程度上满

3、足了计算机控制系统对高精度，数字化信息的需求。但由于传感器和仪表是分开设计的，使得设计的系统存在一定的缺陷：首先，为增强传感器性能，而对元件的要求提高，电路呈现复杂化，使传感器成本增加，可靠性降低；其次，数字化仪表的采用，使得信号采样系统变得庞大，并使传感器系统的结构更为复杂；最后，仪表难以实现对传感器的智能化管理功能。随着计算机技术和信息技术的发展，传感器技术正在向着数字化、智能化的方向发展。现代测控系统要求传感器本身能够完成部分信号预处理的功能，随后将干净的信号传送到控制器中，这样可以大大降低控制器的工作量，提供整个系统的工作效率。智

4、能传感器就是为了适应计算机控制系统的发展而提出来的[2]。1.2智能传感器概述智能传感器最早是由美国国家航空航天局（NASA）在研发太空飞船时提出来的。宇宙飞船地面控制中心要获得飞船的详细参数，包括飞船速度，加速度，高度，位置，第1章绪论温度等信息，这些信息都需要大量的传感器来检测。如果检测的参数都由控制计算机处理，即使是一台超级计算机也很难完成如此庞大的数据量。因此，为了能够高效的处理数据，并快速的传回地面，专家们希望传感器能够自带信息处理的功能，于是引入了分布式智能传感器。智能创拿起由传感器和MPU（MicroProcessorUni

5、t）结合组成。智能传感器是带有微处理器的传感器，具有信息检测、处理、交换的功能。智能传感器按其实现方式分为三种：第一种是非集成化智能传感器，其将传统的传感器、信号调理单元和微处理器结合为一个系统；第二种是集成化智能传感器，其采用MEMS技术和集成电路加工技术，将敏感元件、信号调理电路，微处理器集成到一块硅片上；第三种是混合实现方式的智能传感器，根据需要和可能，将系统各个集成化环节，如敏感元件、信号调理电路、微处理器单元及通信接口，以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里[3]。目前混合方式实现的智能传感器应用最广泛，混合实

6、现方式如图1.1所示。图1.1混合式智能传感器实现方式我国智能传感器的研究始于19世纪80年代中期。80年代末国防科大、北航、浙大等高校相继报道了研究成果。90年代初，国内几家科研机构采用混合实现的方式成功开发出了实用的智能传感器。由于我国在传感器制造技术，模拟技术，微电子技术都比较落后。所以，在智能传感器技术方面与国外存在着较大的差距。与传统传感器相比，智能传感器具备智能数据处理的功能，利用数据处理单元或微处理器实现以下功能：（1）具有自动校零、自动标定、自动校正、自动诊断功能。智能传感器不仅能自动检测各种被测量，还具有自动校零、自校动

7、准功能，某些传感器还具有自诊断和自修复功能。（2）具有信号调理、信息存储、数据处理功能。智能传感器能够进行信号调理、数据处理等功能。数据处理包括对信号滤波、处理、线性化、温度补偿等。（3）具有组合状态功能，使用灵活。在智能传感器系统中可以设计多种模块化软硬件，用户通过MPU发出指令，改变智能传感器的软件和硬件的组合状态，可以完成不同物理量的测量。（4）具有双向通信、标准化数字输出功能。智能传感器具有标准化通信接口，比如SPI，IIC，one-wire等，能与控制器接口总线交换信息。为了适应控制系统对智能传感器越来越高的要求，智能传感器结合

8、通信，计算机和微电子技术正朝着集成化、高精度、微型化、低功耗、智能化、网络化等方向发展。1.高精度随着生产自动化程度要求越来越高，相应的对智能传感器的精度要求也越高。所以，必须研发出高精度、高