低功耗cmos烟雾探测器芯片的设计

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1、摘要烟雾探测器被广泛应用于火灾探测，在火灾的早期识别和报警上具有极为重要的作用。探测器处理芯片作为其中的核心单元，对传感器信号进行采集、处理，控制整个探测系统的工作。本文设计了一种基于光电式烟雾传感器的探测器芯片，通过检测火灾发生时空气中的烟雾状况，实现对于火灾早期的识别与报警，并能够对非火灾因素进行排除，消除误报，以实现可靠的安全监控。该芯片为一款数模混合芯片，采用CMOS高压工艺实现，具有高探测精度，低功耗和可测性等优点。本文在研究光电型烟雾探测器系统的基础上，设计了一款用于烟雾探测的，具有低功耗、可测性的专用芯片。首先通过对系统功能及应用环境的分析，提出设计指标，制定

2、系统的可测性的设计方案，通过系统、时序和电路的角度达到低功耗的设计要求，并进行整体系统架构的设计，划分出各个功能模块。在此基础上开展电路设计，包括可编程光电放大器、比较器、基准源产生电路、闸门态虚地信号产生电路、电平判断电路和BJT管驱动电路等。在进行混合信号的系统仿真验证，保证功能正确实现后，采用Chartered0．351amCMOS高压工艺完成版图设计，并交付流片。对于流片后的芯片进行测试，系统对空气中的烟雾判断正确，并且系统的平均工作电流只有7p_A，达到了低功耗的设计要求。本文具有的创新性工作主要体现在对于系统的低功耗设计方面。在系统中设计了一种休眠模式，在此模式

3、下工作时可以大幅降低功耗；并采用自主设计的闸门态虚地信号电路，减小系统的静态电流，降低了系统的功耗，延长了使用寿命。关键词：烟雾探测低功耗可测性虚地信号ABSTRACTThesmoke．detectoriswidelyusedinfire—forecast；itplaysaveryimportantroleinfireidentificationandalarmintheearlystage．Asthekeypart，thesmoke-detectorchipisusedtOcontrolthedetectingsystembysamplingandprocessingth

4、esensorsignals．ThispaperhasdesignedanASlCsmoke—detectorchipbasedOffthephotoelectricalsensor．Bydistinguishingthesmokeconditions，thefiredangercanbediscoveredandalarmedinanearlystage．Alsothechipcanmakeoutthefalsecasestoavoidmis．alarm，SOastobuildareliablesafemonitoringsystem．Thischipisaanalog—

5、digitalmixedchip，fabricatedintheCMOShigh-voltageprocess，ithastheadvantagesofhighprecision，low-powerandhightestability．Basedonstudyofthephotoelectricalsensorsystem，thispaperhasdesignedalow．powerandtestableASICchipusedforsmokedetection．Byanalyzingthesystemfunctionalityandapplicationenvironme

6、nt，thedesigngoalisbroughtforward，andthesystemarchitecturedesignisfinishedtomakethemanageablefunctionalpartsclear,andalsothelOW．powerandtestabilitydesignmethodiSschemedout．Thecircuitdesignisprecededbasedontheresearch，andthepapermainlyanalyzesthedesignmethod，circuitimplementation，andthesimul

7、ationresultsofthelow-poweropt．amplifier,thecomparator,thebandgapreference，thestrobepseudo—groundcircuit，etc．A缸rthemixed．signalsystemsimulationprovedthefunctionalityofthecircuit，thelayoutisdesignedusingthecharteredO．35jxrnhigh-voltageprocessandthechipistapedout