低功耗全数字电容式传感器接口电路设计.pdf

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1、第35卷第5期仪器仪表学报V01．35No．52014年5月ChineseJournalofScientificInstrumentMav．2014低功耗全数字电容式传感器接口电路设计邓芳明，何怡刚，张朝龙，冯伟，吴可汗(1．合肥工业大学电气与自动化学院合肥230009；2．华东交通大学电气与电子工程学院南昌330013)摘要：电容式传感器被广泛地应用在集成传感器的设计中。近年来，随着无线传感器与射频识别技术的迅速发展，低功耗传感器及其接口电路设计成为热点。低功耗接口电路设计中往往采用低的电源电压，然而当器件工艺进人纳米时代后，低的电源电压使得在电压幅度域处理传感器信号

2、的传统接口电路设计所允许的电压范围进一步降低。针对这种挑战，设计了一种新型的全数字电容式传感器接口电路。该设计基于锁相环原理，将传感器信号处理转移到频率域，因此该设计可以采用全数字结构。设计的接口电路结合湿度传感器，采用中芯国际0．18txmCMOS工艺流片，后期测试结果显示，该接口电路在芯片面积、线性度及功耗上获得了优异性能。尤其是在0．5V电源电压下，整个接口电路只消耗了1．05w功率，相比传统传感器接口电路功耗性能获得了极大提升，此设计确实为低功耗传感器接口电路设计提供了一种新方法。关键词：电容式传感器；全数字接口电路；锁相环；CMOS工艺中图分类号：TP212．

3、1TH89文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．40Lowpowerfully-digitalcapacitivesensorinterfacecircuitdesignDengFangming，HeYigang，ZhangChaolong，FengWei，WuKehan(J．SchoolofElectricalEngineeringandAutomation，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China；2．SchoolofElectricalandElectronicEngineering，EastChinaJia

4、otongUniversity，Nanchang330013，China)Abstract：Capacitivesensorisextensivelyappliedinthedesignofintegratedsensor．Recently，withtherapiddevelopmentsofwirelesssensorandRadioFrequencyIdentification(RFID)technology，thelowpowerdesignforsensoranditsinterfacebecomesahotspot．Lowpowerinterfacecircu

5、itdesignusuallyemployslowpowersupply．Whenthedesigngoestonanometertechnology，however，lowpowersupplyfurtherlimitsthevohageheadroomfortraditionalanalogamplitude—basedsensorinterface．Tocopewiththischallenge，thepaperproposesanovelfully—digitalcapacitivesensorinterface．ThedesignisbasedonPhase—

6、Locked—Loop(PLL)principle，transfersthesen—sorsignalprocessingto~equencydomain，andadoptsfull—digitalstructure．Aninterfacecircuitincorporatingwithhumiditysensorwasdesigned，whichwasfabricatedinSMIC0．18txmcomplementary—metal—oxide—semiconductor(CMOS)technology．Themeasurementre—sultsprovethat

7、thedesignedinterfacecircuithasexcenentperformancesonchiparea，linearityandpowerdissipation，especiallyonpow—erdissipationperformance，theentireinterfacecircuitconsumesonly1．05IxWat0．5Vsupplyvoltageandachievesasignificantim—provementcomparedwiththatofthetraditionalmethod．This