基于SAR ADC的红外探测传感器控制电路研究与设计

摘要

热释电红外传感器通过接收人体辐射的特定波长红外线并将其转换成微弱电信号，实现对人体的探测。传统的热释电红外控制芯片通过对输入的微弱电信号进行放大滤波，将放大滤波后的信号输入双限比较器进行比较，然后输出比较结果，逻辑电路根据比较结果判断是否对外输出有效驱动信号进行预警。 本文在对传统热释电红外探测控制芯片进行了充分研究的基础上，设计了一款基于SAR ADC的热释电红外控制芯片。芯片通过将原有的双限比较器替换成模数转换器和数值比较器，用数字信号处理电路代替以前的模拟信号处理电路，降低芯片的误报率。芯片内部设计了一个具有较高PSRR的LDO，通过LDO给芯片内部模块和外部传感器供电，以降低电源干扰；LDO采用嵌套米勒补偿方式，以保证全负载情况下的稳定工作；在LDO主环路外添加了微分摆率增强电路，当负载跳变时主环路的调整需要一定时间，该电路先于主环路给功率管栅级寄生电容提供充放电通路，提高瞬态响应速度。芯片内部集成了一个振荡频率为1MHz的张弛振荡器，用来给模数转换器提供时钟信号。对传感器输入的微弱电信号进行放大的放大器由多个全差分结构的运放以级联的方式构成，以减小放大信号的失真。放大后的模拟信号输入逐次逼近型模数转换器，被转换成数字信号。逐次逼近型模数转换器采用传统结构，其中采样保持电路使用电容下极板采样技术；DAC转换器采用阻容混合式结构，高7位的子DAC由电荷转移型DAC构成，低5位的子DAC由电阻分压型构成；比较器由带输出失调存储的前置放大器与锁存器构成。 芯片采用0.35μmBCD工艺对电路进行整体设计，并通过Cadence IC5141做了仿真验证。仿真结果表明，LDO的低频电源抑制比为-78dB，在频率39.8KHz时电源抑制比达到最差值-45dB；当LDO负载由0mA跳变到15mA时，输出电压变化为290mV，输出恢复时间61μs；当负载电流由15mA跳变到0mA时，输出电压变化为128mV，输出恢复时间47μs；12位SAR ADC的有效位数超过10位，达到预期的精度要求。芯片功能正常，性能达到设计要求。

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