用于無線傳感的模擬信號處理和數(shù)據(jù)采集.pdf

1、隨著現(xiàn)代人們對環(huán)境,安全及健康問題的目益關(guān)注,無線傳感網(wǎng)絡(luò)逐漸成為學(xué)界研究與業(yè)界開發(fā)的熱點。這其中對傳感節(jié)點研究尚處于萌芽階段,還沒有過系統(tǒng)的分析與設(shè)計。本文針對這個方向,宏觀地對傳感節(jié)點進行分類總結(jié),而后對于兩大類傳感節(jié)點分別給出了設(shè)計方案和電路結(jié)構(gòu),并分析了電路設(shè)計時的各方面權(quán)衡,給出設(shè)計實例。論文首先對無線傳感網(wǎng)絡(luò)進行介紹,敘述了其基本概念和應(yīng)用環(huán)境,對組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)硬件的三部分子系統(tǒng)進行了分別的功能描述。其次,對無線傳感網(wǎng)絡(luò)中

2、的傳感節(jié)點進行了詳細分析,根據(jù)電路結(jié)構(gòu)特征提出了性能衡量指標FOM,依照應(yīng)用環(huán)境的不同將傳感節(jié)點分為功耗優(yōu)先與精度優(yōu)先兩種,并分別給出了設(shè)計方案和電路結(jié)構(gòu)。而后,以溫度傳感節(jié)點作為功耗優(yōu)先傳感節(jié)點設(shè)計方案實例,依照之前提出的設(shè)計方法與電路結(jié)構(gòu),分析溫度傳感模擬前端誤差模型,實現(xiàn)提出的差值測量方式;分析了低通模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計,基于Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器理論、建立過程、非理想因素、功耗和電路噪聲的總結(jié)論述,提出了一整套基于功

3、耗優(yōu)化的Sigma-Delta調(diào)制器設(shè)計流程,理論上證明了這套功耗優(yōu)化設(shè)計流程可實現(xiàn)目前已發(fā)表最高性能Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的指標,并給出其最大效用范圍,以此為指導(dǎo)實現(xiàn)了10bit單環(huán)兩階Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器。同時,以生物醫(yī)療傳感節(jié)點作為精度優(yōu)先傳感節(jié)點設(shè)計方案實例,同樣按照之前提出的設(shè)計方法與電路結(jié)構(gòu)為依據(jù),介紹了作為生物醫(yī)療傳感模擬前端的電極輸出信號特征;分析了預(yù)處理模塊電路,完成了預(yù)想的將微弱生物醫(yī)療傳感信號

4、加載到高頻再放大的處理方案,成功克服了1/f噪聲帶來的影響,體現(xiàn)出極高精度的設(shè)計思路;分析了帶通Sigma-Delta調(diào)制器噪聲傳遞函數(shù)零點優(yōu)化和環(huán)路穩(wěn)定性,完成了功耗優(yōu)化Sigma-Delta調(diào)制器設(shè)計流程,添加噪聲傳遞函數(shù)零點優(yōu)化方案,設(shè)計出單環(huán)四階帶通81dB動態(tài)范圍Sigma-Delta調(diào)制器。最后,對溫度傳感節(jié)點進行了流片測試,并將測試結(jié)果與已有文獻做了比較,證實了功耗優(yōu)先傳感節(jié)點設(shè)計方案的有效性;將生物醫(yī)療傳感節(jié)點流片測試結(jié)