模拟信号链路的设计

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让我们开始第二个部分的介绍 第二个部分主要是介绍一下模拟信号链路的设计 那主要包括以下几个部分 第一部分是低功耗高灵敏度传感器偏置电路的设计 第二个部分是比较关键的高增益低噪声的带通滤波器设计 第三个部分是低功耗低失调窗口比较器电路设计 首先我们可以快速地看一下整个信号链路的构成 第一级传感器偏置电路第二级放大和带通滤波器电路 第三级窗口比较器电路 针对PIR偏置电路来说 系统需要提供一个偏置电压给到PIR sensor 同时 PIR sensor的偏置电流也极大的影响到整个PIR sensor的灵敏度 因此在进行PIR sensor电路设计的时候 需要对偏置电压以及偏置电流的设计 进行一个很好的考虑 第二个部分放大和带通滤波器电流 主要是对前端微小的PIR信号进行一个放大和滤波的作用 这里面需要考虑的是放大电路的放大倍数 以及带通滤波器的带宽以及它的品质因素Q值 同时还需要考虑到元件的静态电流 第三个部分是窗口比较器电路 那窗口比较器电路主要的作用是 对前端放大带通滤波器输出的信号进行一个[听不清]比较 当超出预先设计的阈值的时候 
需要提供一个高低电频去触发 进行slip模式的MCU进行软件处理 下面会对每一部分进行一个详细的介绍 首先我们可以来看一下PIR sensor的信号特点 以及它的一个偏置电路的考虑 那我们可以看一下首先我们对称结构的红外检测管 它能够很好的去滤除由于环境等共模干扰的影响 第二个是说我们PIR sensor的检测距离以及检测角度 很大程度上依赖于光学设计也就是说我们菲涅尔透镜的作用 它能够去聚焦很远范围内或是说角度很大的范围内的红外能量 能够来拓展它的检测距离和检测角度 那第三个需要去重点提出的是说 大部分PIR传感器它都有一个预启动时间 而且这个预启动时间都比较长不能够也不推荐进行节能供电 虽然这种方式能够极大减少系统功耗 但是不能够保证传感器一个正常的工作状态 最后也就是最关键的部分我们偏置电路设计的时候 也就是偏置电阻如何选择当我们偏置电阻选择比较大的时候 其实我们的偏置电流比较小我们的系统功耗也会比较小 但是我们偏置电流减小的时候 其实我们PIR的整体灵敏度会大大降低 同时我们电阻增大的时候我们电阻上的噪声也比较大 所以总体上需要我们对你的检测灵敏度 以及检测距离以及你的功耗进行一个折衷 那这个在我们后续的测量过程中会有详细的介绍 那下面我们开始第一个部分的介绍主要是放大和带通滤波器的设计 运放有哪些要求呢首先 它需要无线供电的 所以它的功耗会非常低第二个是我们的运放的Ib和Vos Ib也就是它的偏置电流偏置电流之于 前端的高阻抗节点的影响 所以偏置电流一般越小越好 第二个是VosVos的影响主要是我们后级 在很高增益的时候其实你Vos也是会放大 那这个时候如果你Vos比较大的时候其实你输出会有一些影响 第三个考虑是我们的GBWGBW这里面会需要去提一下 就是说实际上我们整体一个放大倍数是90dB 90dB其实是很高的一个放大倍数 如果说我们是用单级的电路去实现的话 那这个时候其实对你运放的GBW来说是要求非常高 但是如果说我们是用两级每级40dB这样子的话 其实对你运放的GBW来说其实也没有特别的要求 那我们可以看到当我们每级220倍放大的时候 如果说带宽是10Hz的话其实我们GBW是2.2K 那第四个是[听不清]输入输出的运放 可以增加它的一个信号输入输出范围 可以使它的灵敏度更高一点 最后是说我们如果说运放有这种
EMIEVMI的一个功能的话 也可以减少RF对高阻抗的一些影响 因为前端它的sensor这边它的输入阻抗是会比较高 那除了运放的影响以外 滤波器的结构其实也是会有一些影响的 那两节滤波器的结构 第一个方面可以减小单级运放的高增益
 影响我们的GWB影响 第二个是说两级结构
能够使我们带动滤波器的Q值会设计的比较高 也就是说我们的阻带的带宽过度带宽会更窄对于阻带的筛检来说也更加有利 同时第一级的同相输入端的同相输入级 也可以减小电路的一个负载响应起到一个阻抗变换的作用 最后我们根据PIR信号的特点 合理的选择带通滤波器的截止频率也是非常关键的 在低截止频率的时候
我们可能更多的考虑到是运放的1/f噪声 在高截止频率的时候
我们更多考虑到的是运放的宽带噪声 那综合考虑来说 我们选择截止频率是0.3到14Hz一个带通频带 每一级的放大我们选择的是220倍 
带宽是10Hz OK 下面我们可以看一下 这是典型的两级二阶带通滤波器的频率响应 以及整个频率响应的一个曲线 可以看到四阶的一个带通滤波器它可以实现一个很高的 又为90dB的一个高的增益 同时阻带的一个衰减又会更高 那右边是两级带通滤波器
它的参数的一个计算 两级电路的参数基本上是一致的 那最后一个部分主要是窗口比较器的设计 那窗口比较器对于比较器的参数关键指标来说 也有几个比较关键的指标 首先 第一个是IQ电流 那跟运放的情况比较类似它的静态电流要求的非常的低 第二个是我们的Vos和Ib 这个跟刚才的跟前面是比较一致的 轨到轨输出以及输出级结构 那我们在设计的时候我们设计的有两个预值 一个是3/4个Vcc然后低的我们是设计在1/4个Vcc 那正常的偏置电压我们设计在1/2个Vcc 那这是我们参考设计里面两个比较关键的信号链路的芯片 第一个是我们的LPV521第二个是我们的TLV3691 那其实这两个芯片除了它在
低功耗方面具有绝对的优势以外 那在它的其他一些功能方面也是具有很大的优势 OK 那我们的第二个部分介绍就到此为止谢谢大家
课程介绍 共计5课时,35分31秒

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