人体远红外信号处理的集成电路设计

摘要

人体远红外信号具有超低频，极其微弱的特点，而对于超低频微弱信号的处理则是模拟集成电路设计中的一个难题，一方面由于信号比较微弱，周围环境以及电路本身的噪声对于系统与电路设计提出了较高的要求,另一方面当信号频率极低时，采用一般的模拟电路中的处理方法会引入很大的电容以及电阻，而在集成电路工艺中，大电阻与大电容往往是无法实现的。 正是在这样的背景下，本项目通过研究人体远红外信号的处理方法，以实现一个通用的超低频微弱信号处理的IP核。人体远红外信号是一种典型的超低频微弱信号，由热释电红外传感器得到，热释电红外传感器是一种探测人体远红外信号的被动式红外传感器，热释电红外传感器输出的最小信号幅度可达80μV，频率在0.1Hz到10Hz之间，设计目标是使得热释电红外传感器的有效检测范围达到10M左右。 项目的主要工作以及论文的主要内容包括： （1) 以传统的线性滤波放大的方法为基础搭建了人体远红外信号处理的硬件板卡并完成测试，得到相关测试数据，为后面信号噪声模型的建立以及系统的参数的确定提供基础。 （2）系统分析了人体远红外信号的现行的几种处理方法，并分析了各自的优缺点。 （3）针对远红外信号的特点，创新性的提出了多速率开关电容滤波器结合抽取滤波器的方法，并完成系统建模及仿真，并分析了系统的非理想效应以及系统的可实现性。 （4）完成了人体远红外信号处理系统的电路设计并完成其中各个模块的电路设计。系统的主要模块包括：电源部分(DC/DC升压部分和低压差线性稳压器)、前置抗混叠滤波器、多速率开关电容网络、抽取滤波器及其它数字信号处理部分。 项目中的DC/DC升压部分和部分数字信号处理单元包括环路电压调整由于是他人负责完成，因此并没有在本文中过多涉及。 芯片采用和舰科技(HJTC)的0.35μm 5VCMOS工艺，目前项目已经进入版图设计。