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1、南京邮电大学毕业设计(论文)开题报告题 目低失调的磁感应传感器放大电路设计学生姓名钱彩华班级学号B05040105专业微电子学在近年IC工艺技术发展中，一个重要趋势就是在相同工艺下实现智能传感器的集成。在标准CMOS工艺下将微传感器和其它电路相结合，不仅可以减少电路的复杂程度，还能降低封装价格，实现低成本的大批量生产，具有更好的市场竞争能力。同时集成的信号处理（包括A/D转换、芯上校准等）和错误诊断等电路也能进一步增强微传感器系统的功能。另外，集成微系统在功耗、面积、可靠性上也比分散式系统更具优越性。然而在标准的CMOS集成工艺下实现的传感器比特殊工艺实现的传
2、感器在灵敏度和精确度方面要更差，于是性能上的损失必须通过一些信号处理技术来进行补偿。目前常用的传感器是磁敏开关式传感器,其中使用最广泛的是霍尔传感器,因此研究具有高精度、高可靠性的霍尔传感器成为迫切的要求。集成传感器中霍尔片产生的霍尔信号非常微弱,一般在几mV到几十mV左右,设计一个能够精确放大该霍尔信号的放大器是传感器信号处理电路的关键。在CMOS集成电路中，运算放大器的电路性能往往受失调电压和低频噪声的影响。对于微弱的霍尔信号来说,这些非理想因素甚至可以和Hall片产生的有用信号相匹敌,掩盖了需要检测的信号。因此,必须采取措施减少电路的噪声和失调。用于消除放
3、大器低频噪声（主要是1/f噪声）和失调电压的技术主要有三种：自动调零（AZ）、相关双采样技术（CDS）和斩波技术（CHS）。其中，自动调零技术是先采样和保持失调电压，再从信号中减去失调电压部分；相关双采样技术是自动调零技术的一个特殊例子，它能实质性地减少低频1/f噪声，却会增加放大器的热噪声，且还会残余下由于开关管的时钟馈通效应所引入的失调电压；斩波技术则是通过把输入信号和开关型方波信号耦合，再经同步解调和低通滤波后得到非线性小的信号。与其他两种技术相比，斩波技术不仅可以消除放大器因失调电压造成的非线性，且能有效地抑制器件噪声。一、斩波技术概述（一）斩波技术原理
4、斩波稳定技术是一种调制技术。CMOS放大器的噪声(主要是1/f噪声)存在于低频,如果能将输入的直流信号(或缓慢变化的信号)调制到没有1/f噪声的高频,然后经过具有低频噪声的放大器放大,再将放大后的信号解调回原信号频率(解调的过程同时也把放大器的低频噪声调制到高频上),这样就实现有用信号和放大器的噪声、失调的分离,可以较好地解决抑制温漂和放大微弱直流信号的矛盾。这就是斩波技术的基本指导思想,原理见图1。（转下页）指导教师批阅意见该生在阅读了大量的参考文献后，首先阐述了斩波技术原理，分析传统斩波放大器存在的缺陷和解决传统斩波放大器缺陷的方法。重点分析磁感应传感器（斩
5、波）放大电路消除失调的方法，以及电路结构和原理。拟定了设计的初步方案，制定了确实可行的工作计划。该生对所选课题理解深入、正确，文献资料查找详细，同意开题。指导教师(签名)：年月日（接上页）图1斩波技术原理 图1中:Vin和Vout分别是输入和输出信号电压;A是放大器的增益;m1(t)和m2(t)分别是周期为T=1/fchop的调制和解调信号;fchop是斩波信号的频率;Vos和Vn为运放的低频输入失调电压和噪声。（二）传统斩波放大器存在的缺陷传统斩波稳定技术最大的不足是输出仍会存在一定的残余失调,它主要是由调制器的非理想性(主要是时钟馈通和电荷注入)造成的。另一
6、个缺陷是如果要将放大器的失调电压以及噪声消除,需要将输出信号进行低通滤波处理,滤除调制到高频的失调电压和噪声,而该低通滤波器要占据很大的芯片面积。针对传统斩波技术的这些缺陷提出了改进的方法,对解调器进行了改进,利用开关电容技术设计了一种T/H解调器。具有该解调器的斩波放大器能够有效的消除失调电压和噪声,而不需要额外的低通滤波器,并且能有效的减少由调制器引入的残余失调。（三）解决传统斩波放大器缺陷的方法（1）采用CMOS开关进行调制解调为了避免单沟道MOS开关的非线性效应,通常电路中使用的开关都用CMOS开关。它们的控制时钟都是在一个片内的振荡器产生的时钟信号基础
7、上进行分频得到的。基本原理是让相反的电荷量由两个沟道相互注入。但是PMOS器件和NMOS器件的沟道电荷很难完全匹配,该方法不能只减少放大器的残余失调,不能完全消除。（2）采用跟踪-保持解调器能有效减少调制器开关引起的残余失调而不需要额外的滤波器的方法是在传统解调器中增加了一个信号保持功能。如图5所示，由于解调器输出时,开关CK1、CK2将电容跟前面的调制器断开,因此由调制器开关引起的时钟馈通和电荷注入对电路的输出不造成影响。该解调器在不加任何滤波器的情况下,跟传统的斩波放大器相比,不仅能够有效地消除放大器的输入失调和噪声,还能改善由调制器引起的残余失调。二、磁感
8、应传感器（斩波）放大电路
