Digital signal processing block and synchronizer for a sensor microcircuit

摘要

Tässä diplomityössä suunniteltiin ja toteutettiin tutkimuskäyttöön tarkoitetulle, kaksiakseliselle kiihtyvyysanturipiirille digitaaliset lohkot, joihin kuului kaksi desimoivaa CIC-suodatinta, SPI-tiedonsiirtoväylä, muistirekisterit säätöbittejä varten, tasapoikkeaman- ja vahvistuksenkorjaimet kiihtyvyyslukemille sekä synkronoija.Piirin AD-muuntimilta saadaan kahden akselin kiihtyvyyksien suuruus yksibittisenä digitaalisena datana. Desimointisuodattimet kasvattavat datan sananleveyttä, suodattavat sitä ja pienentävät sen näytteistystaajuutta. Vaatimuksena oli, ettei kiihtyvyysdatan signaali-kohinasuhde saa pienentyä merkittävästi laskostumisen takia. SPI-väylällä puolestaan mahdollistettiin analogisten ja digitaalisten lohkojen toimintaa säätävien bittien syöttäminen piirille ja digitaalisen kiihtyvyysdatan lukeminen ulkoisen lukijan, esimerkiksi mikrokontrollerin tai tietokoneen, avulla. Kiihtyvyyslukeman tasapoikkeaman ja vahvistuksen korjauksella saadaan pienennettyä piiriyksilöiden antamien kiihtyvyyslukemien välisiä eroja ja synkronoijalla vähennetään merkittävästi asynkronisesta kiihtyvyysdatan lukemisesta aiheutuvia lukemavirheitä.AD-muuntimilta tulevan kiihtyvyysdatan näytteistystaajuus on 100 kHz ja CIC-suodattimet pudottavat sen 100 Hz:iin. Molempien CIC-suodattimien lähdössä sananleveys on 31 bittiä, joka lyhennetään 24-bittiseksi ennen poikkeaman ja vahvistuksen korjaamista. Digitaalilohkot toteutettiin 0,35 um:n CMOS-teknologialla ja niiden käyttöjännite on 3,3 V. Digitaalisolujen käyttämä kokonaispinta-ala on 0,60 mm^2 ja lohkojen kokonaisvirrankulutus on 12 uA, kun molempien akselien 24-bittisiä kiihtyvyysarvoja luetaan SPI-väylän kautta nopeudella 100 näytettä per sekunti.