發(fā)布時(shí)間：2018-11-15 17:48

【摘要】：在工業(yè)控制中,對(duì)磁場(chǎng)、溫度、壓力等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí),通常有兩種方式:一種是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線的方式,將信號(hào)傳送至遠(yuǎn)程PC機(jī);另一種方法是將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)后進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。當(dāng)信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸時(shí),傳輸線會(huì)受到噪聲的干擾,其次傳輸線的分布電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降,使得信號(hào)傳輸不完整。為了避免上述問(wèn)題,目前工業(yè)上廣泛使用的是4~20 mA電流來(lái)傳輸信號(hào)。巨磁電阻(GMR)傳感器具有靈敏度高、線性度好、磁滯小等優(yōu)異的性能,在工業(yè)控制等方面應(yīng)用廣范。本文主要針對(duì)GMR傳感器的工業(yè)應(yīng)用,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于GMR傳感器的4~20mA兩線制收發(fā)系統(tǒng)。在檢測(cè)端,對(duì)GMR傳感器的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行電壓電流轉(zhuǎn)換,以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送;在接收端,設(shè)計(jì)電流電壓轉(zhuǎn)換電路以使得信號(hào)基本無(wú)失真還原。本文基于CSMC1μm40V HVCMOS工藝,在Tanner軟件環(huán)境下對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真。其中檢測(cè)端芯片,包括調(diào)理電路與V/I轉(zhuǎn)換電路兩部分,調(diào)理電路由儀表放大器構(gòu)成,單位增益時(shí)其共模抑制比為80.645 dB;V/I轉(zhuǎn)換電路的幅度失調(diào)為0.0113%,非線性度為0.0106%,擺率為38mA/μs。在接收端的I/V轉(zhuǎn)換電路,其幅度失調(diào)為0.01%,非線性度為0.005%。以上電路均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,整個(gè)系統(tǒng)基本無(wú)失真的傳送了GMR傳感器檢測(cè)到的信號(hào)。各個(gè)模塊電路以及整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)仿真滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)后,分別對(duì)檢測(cè)端和接收端電路進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)中只對(duì)V/I轉(zhuǎn)換的低壓核心部分進(jìn)行了MPW流片,電源管理電路采用外接方式實(shí)現(xiàn),樣片采用COB封裝并進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試,此塊電路的上擺率為2.67 mA/μs,下擺率為0.534 mA/μs,電流增益約為103。測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果有些偏差,但是滿足設(shè)計(jì)要求。
[Abstract]:In industrial control, there are usually two ways to measure the magnetic field, temperature, pressure and other signals in real time. One is to transmit the signal to the remote PC machine by the way of fieldbus. Another method is to convert the detected signals into current signals and transmit them over long distances. When the signal is transmitted over a long distance, the transmission line will be disturbed by noise, and the distributed resistance of the transmission line will produce voltage drop, which makes the signal transmission incomplete. In order to avoid these problems, it is widely used in industry to transmit signals at 20 mA current. Giant Magnetoresistance (GMR) (GMR) sensor has high sensitivity, good linearity and low hysteresis, so it is widely used in industrial control. Aiming at the industrial application of GMR sensor, this paper designs a 4~20mA two-wire transceiver system based on GMR sensor. At the detection end, the output voltage signal of the GMR sensor is converted to voltage and current for long-distance transmission. At the receiving end, a current-voltage conversion circuit is designed so that the signal can be reduced without distortion. Based on the CSMC1 渭 m 40V HVCMOS process, the circuit design and simulation are carried out in the Tanner software environment. The detector chip consists of two parts: conditioning circuit and V / I conversion circuit. The conditioning circuit is composed of instrument amplifier, and the common-mode rejection ratio is 80.645 dB; when unit gain. The amplitude misalignment of the V / I converter is 0.0113, the degree of nonlinearity is 0.0106, and the pendulum rate is 38mA/ 渭 s. At the receiving end, the I / V converter has an amplitude offset of 0.01 and a nonlinearity of 0.005. All the above circuits meet the design requirements, and the whole system basically transmits the signal detected by GMR sensor without distortion. After each module circuit and the whole system are simulated to meet the design specifications, the layout of the detecting and receiving circuits is designed respectively. In this system, only the low voltage core of the V / I conversion is implemented by MPW chip, the power management circuit is implemented by external connection, and the sample is encapsulated by COB and tested. The test results show that the upswing rate is 2.67 mA/ 渭 s, the downswing rate is 0.534 mA/ 渭 s, and the current gain is about 103 mA/ 渭 s. The test results deviate from the simulation results, but meet the design requirements.
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN402;TP212

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本文編號(hào)：2334009