集成环境光传感器和接近传感器关键技术研究
这是一篇关于环境光传感器,接近传感器,背景光抑制,光电转换,光电检测的论文, 主要内容为电子信息产业的迅速崛起促进了基于光电探测器件的光电传感器发展。环境光传感器和接近传感器芯片被广泛应用于消费电子、工业、医疗等设备,提供了诸多智能化控制。然而,随着芯片应用场景的扩大,将环境光传感器和接近传感器集成到一个芯片中以实现芯片面积最小化和功耗最低化的方式成为了环境光传感器和接近传感器的研究热潮。本论文对环境光传感器动态范围、暗电流抑制、红外接近传感器中背景光抑制等关键技术进行研究,基于3.3V 0.35um 2P4M CMOS工艺设计了一款集成环境光传感器和接近传感器芯片,主要研究内容及创新点如下:1.设计了可变量程的环境光传感器。设计高精度光电检测电路以及环境光动态范围调节方案实现环境光传感器量程的调节,环境光传感器系统支持最大32K Lux的环境光照度检测。利用宽带光电二极管与校准二极管产生的电流相减,消除与温度呈指数增长的暗电流的同时提高环境光传感器对红外光的抑制性能。2.设计了两步式背景光抑制方案。在分析了背景光对接近度转换精度的影响后,设计了一种通过控制LED脉冲光的导通时序,将两次由光电二极管PS＿PD阵列产生的光电流相减的滤噪思路,可以借用环境光检测通道对背景光噪声进行扣除,提高接近传感器信噪比的同时节省了芯片面积,实现最大25cm的接近检测。3.设计了高精度的光电检测电路。利用动态元件匹配技术降低电流镜失配的影响,提高暗电流滤除的精度。同时,为了验证所提出的关键技术,设计并搭建了芯片系统框架及功能模块,拟定了芯片功能及主要电特性参数,为子模块的电路结构设计提供指标参考。4.设计了二合一传感器的关键子模块,包括带隙基准电路、振荡器电路、光电流转换电路及LED驱动电路。设计的带隙基准温漂为10.7ppm/℃,振荡器频率为5.25MHz,为其他模块产生精确的电压及时钟信号。设计了可编程导通时间及驱动电流的IR LED驱动电路,驱动电流大小100m A或200m A可选。本文设计的集成环境光传感器和接近传感器芯片,可以使用两个独立的转换通道同时测量环境光强和接近度,并设计灵活的环境光量程调节方案旨在将环境光传感器的光灵敏度范围利用至最高。芯片电源电压工作范围为2.3V～3.6V,工作环境温度区间为-40°C～85°C,环境光及接近检测功能都开启时的工作电流为110μA,最后基于Cadence平台完成了芯片的整体仿真及版图设计,芯片面积大小为1.4mm×0.76mm。
基于Cortex-M3玻璃产品物理损伤识别系统
这是一篇关于Cortex-M3,损伤检测,FDTD,光电转换,玻璃球的论文, 主要内容为玻璃球由于其理化性能优良等原因市场需求巨大,是玻璃中比较典型的产品。它具有稳定的化学成分、优良的透光性和反射性,以及隔热、防火、防尘、防潮、耐磨损、抗压强度高、抗冲击力强和高安全性能等优点,被广泛应用于各个领域和人们的日常生活,具有重要的科学研究和商业应用价值。目前,受加工工艺的影响,玻璃球在生产过程中难免会产生损伤,导致产品质量下降。为了筛选出高质量的玻璃产品供市场或科研使用,急需一种玻璃球质量的检测方法。然而,目前市场上的玻璃球损伤检测技术相对滞后,大多采用人工肉眼检测的方法,效率低且长时间工作容易出现疲劳误检情况。为了解决这个问题,本论文提出了一种基于Cortex-M3玻璃产品物理损伤智能识别系统。该系统主要分为仿真部分和实验系统两个部分,仿真部分采用FDTD(时域有限差分)方法对不同受损玻璃球进行建模分析;实验系统部分则对系统进行硬件和软件设计,最终实现对受损玻璃球的识别和分拣。提出了一种玻璃产品物理损伤自动识别系统,实现了上球、识别、分拣的自动化,开展了创新性的工作如下:1.提出基于FDTD方法进行玻璃球物理损伤识别建模仿真系统,进行了玻璃球物理损伤识别的理论研究。首先构建玻璃球的物理形态,选择二氧化硅材料并设置合适大小的球状结构;然后确定仿真区域,根据玻璃球的大小划定仿真区域并选择合适的网格密度;接着设置要使用的激励源,使用由两根线偏振光组成的圆偏振光对玻璃球模型由上到下进行照射;最后选择监视器,使用四个时间监视器环绕模型进行监测。检查设备并观察拟合程度后,开始运行处理好的模型。实现了玻璃球物理损伤识别的理论研究。2.提出一种玻璃球物理损伤自动识别系统,实现了相应硬件设计与配套程序设计,搭建了玻璃球损伤自动检测实验系统。选择上下位机联动的运行模式,Cortex-M3微控制器作为下位机控制单元与上位机实时通信。微控制器连接自动上料模块(Automatic feeding module,AFM)、光电转换与检测模块(Photoelectric conversion and detection module,PCDM)、分拣模块(Sorting processing module,SPM)和信息传输模块(Information transmission module,ITM),实现对整套系统的控制。3.提出并设计系统专用的框架结构,外协加工了亚克力板材、异形上球三孔通道等。框架结构包括光电检测部分的激光器模块、光电转换单元矩阵、定制尼龙3D打印的异形上球三孔通道、贯穿框架的推拉式直流电磁铁以及定制亚克力板材。4.搭建软件开发环境,封装调试代码并协调各模块运转。首先搭建高效的开发环境,实现对微控制器的参数设计和后期代码封装与调试。然后设计主程序、各个模块的驱动程序,使其融入系统。最后设计算法对光电转换后的数据进行滤波处理等。
基于ZYNQ的远距离高速数据传输系统的设计与实现
这是一篇关于ZYNQ,数据传输,千兆以太网,SRIO,光电转换的论文, 主要内容为目前我国航空航天领域飞行器性能及其单机设备的复杂度显著提高,对与其配套进行试验的地面传输系统的传输距离、传输速度和设备集成度均提出了更高的要求。针对这一应用需求,本文依托于“某地面数据传输系统”研制项目,设计了一种基于ZYNQ(Zynq-7000 All Programmable So C)的具有远距离高速数据传输功能的系统,主要工作如下[1]:1.在数据传输系统的硬件电路设计中,针对本系统中元器件所需电压种类多、ZYNQ对上电顺序有严格要求的问题,在供电单元设计中采用了DC/DC和LDO(Low-Dropout Voltage Regulators)两种供电方案相结合的办法,并针对LDO发热严重的问题进行了热设计;针对提高系统集成度的设计需求,在控制单元设计中采用单片ZYNQ芯片替代传统设计中“处理器+FPGA”的复杂结构;针对远距离传输的设计需求,在对外接口单元设计中采用了光电转换模块的方法实现远距离传输;针对高速传输的设计需求,设计了千兆以太网和SRIO(Serial Rapid IO)接口的硬件电路,为了提高数据传输的可靠性,对接口信号完整性的影响因素进行了分析并提出了抑制措施;2.在数据传输系统的软件逻辑设计中采用对ZYNQ软硬件协同编程的方法,针对与遥测设备指令上传可靠性的需求在PL端实现了双备份具有奇校验位的UART串行传输协议;针对与采编控制器实现数据高速可靠传输的设计需求,在PL端实现了具有自动重传功能的UDP协议;与存储器测试台的高速传输在PL端实现Rapid IO传输协议;在与上位机的交互设计中在PS端采用Lwip协议栈实现高可靠性的标准TCP协议;3.搭建闭环测试平台,通过多次大数据量测试,该高速数据传输系统能够完成与遥测设备在5km的传输距离下通过RS-422光接口实现115.2kbps±3%的零误码通信,与采编控制器在5km的传输距离下通过千兆以太网光接口实现645Mbps的零丢帧、零误码传输,与存储器测试台在10km的传输距离下通过SRIO光接口实现444Mbps的零丢帧、零误码数据传输。
基于ZYNQ的远距离高速数据传输系统的设计与实现
这是一篇关于ZYNQ,数据传输,千兆以太网,SRIO,光电转换的论文, 主要内容为目前我国航空航天领域飞行器性能及其单机设备的复杂度显著提高,对与其配套进行试验的地面传输系统的传输距离、传输速度和设备集成度均提出了更高的要求。针对这一应用需求,本文依托于“某地面数据传输系统”研制项目,设计了一种基于ZYNQ(Zynq-7000 All Programmable So C)的具有远距离高速数据传输功能的系统,主要工作如下[1]:1.在数据传输系统的硬件电路设计中,针对本系统中元器件所需电压种类多、ZYNQ对上电顺序有严格要求的问题,在供电单元设计中采用了DC/DC和LDO(Low-Dropout Voltage Regulators)两种供电方案相结合的办法,并针对LDO发热严重的问题进行了热设计;针对提高系统集成度的设计需求,在控制单元设计中采用单片ZYNQ芯片替代传统设计中“处理器+FPGA”的复杂结构;针对远距离传输的设计需求,在对外接口单元设计中采用了光电转换模块的方法实现远距离传输;针对高速传输的设计需求,设计了千兆以太网和SRIO(Serial Rapid IO)接口的硬件电路,为了提高数据传输的可靠性,对接口信号完整性的影响因素进行了分析并提出了抑制措施;2.在数据传输系统的软件逻辑设计中采用对ZYNQ软硬件协同编程的方法,针对与遥测设备指令上传可靠性的需求在PL端实现了双备份具有奇校验位的UART串行传输协议;针对与采编控制器实现数据高速可靠传输的设计需求,在PL端实现了具有自动重传功能的UDP协议;与存储器测试台的高速传输在PL端实现Rapid IO传输协议;在与上位机的交互设计中在PS端采用Lwip协议栈实现高可靠性的标准TCP协议;3.搭建闭环测试平台,通过多次大数据量测试,该高速数据传输系统能够完成与遥测设备在5km的传输距离下通过RS-422光接口实现115.2kbps±3%的零误码通信,与采编控制器在5km的传输距离下通过千兆以太网光接口实现645Mbps的零丢帧、零误码传输,与存储器测试台在10km的传输距离下通过SRIO光接口实现444Mbps的零丢帧、零误码数据传输。
基于Cortex-M3玻璃产品物理损伤识别系统
这是一篇关于Cortex-M3,损伤检测,FDTD,光电转换,玻璃球的论文, 主要内容为玻璃球由于其理化性能优良等原因市场需求巨大,是玻璃中比较典型的产品。它具有稳定的化学成分、优良的透光性和反射性,以及隔热、防火、防尘、防潮、耐磨损、抗压强度高、抗冲击力强和高安全性能等优点,被广泛应用于各个领域和人们的日常生活,具有重要的科学研究和商业应用价值。目前,受加工工艺的影响,玻璃球在生产过程中难免会产生损伤,导致产品质量下降。为了筛选出高质量的玻璃产品供市场或科研使用,急需一种玻璃球质量的检测方法。然而,目前市场上的玻璃球损伤检测技术相对滞后,大多采用人工肉眼检测的方法,效率低且长时间工作容易出现疲劳误检情况。为了解决这个问题,本论文提出了一种基于Cortex-M3玻璃产品物理损伤智能识别系统。该系统主要分为仿真部分和实验系统两个部分,仿真部分采用FDTD(时域有限差分)方法对不同受损玻璃球进行建模分析;实验系统部分则对系统进行硬件和软件设计,最终实现对受损玻璃球的识别和分拣。提出了一种玻璃产品物理损伤自动识别系统,实现了上球、识别、分拣的自动化,开展了创新性的工作如下:1.提出基于FDTD方法进行玻璃球物理损伤识别建模仿真系统,进行了玻璃球物理损伤识别的理论研究。首先构建玻璃球的物理形态,选择二氧化硅材料并设置合适大小的球状结构;然后确定仿真区域,根据玻璃球的大小划定仿真区域并选择合适的网格密度;接着设置要使用的激励源,使用由两根线偏振光组成的圆偏振光对玻璃球模型由上到下进行照射;最后选择监视器,使用四个时间监视器环绕模型进行监测。检查设备并观察拟合程度后,开始运行处理好的模型。实现了玻璃球物理损伤识别的理论研究。2.提出一种玻璃球物理损伤自动识别系统,实现了相应硬件设计与配套程序设计,搭建了玻璃球损伤自动检测实验系统。选择上下位机联动的运行模式,Cortex-M3微控制器作为下位机控制单元与上位机实时通信。微控制器连接自动上料模块(Automatic feeding module,AFM)、光电转换与检测模块(Photoelectric conversion and detection module,PCDM)、分拣模块(Sorting processing module,SPM)和信息传输模块(Information transmission module,ITM),实现对整套系统的控制。3.提出并设计系统专用的框架结构,外协加工了亚克力板材、异形上球三孔通道等。框架结构包括光电检测部分的激光器模块、光电转换单元矩阵、定制尼龙3D打印的异形上球三孔通道、贯穿框架的推拉式直流电磁铁以及定制亚克力板材。4.搭建软件开发环境,封装调试代码并协调各模块运转。首先搭建高效的开发环境,实现对微控制器的参数设计和后期代码封装与调试。然后设计主程序、各个模块的驱动程序,使其融入系统。最后设计算法对光电转换后的数据进行滤波处理等。
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