发送器电路设计论文提纲

论文题目：高性能电流发送器设计

摘要：工业上完成对温度、压力、速度等物理量采集后,通常将检测工艺参数转换为标准模拟量电信号进行传输。模拟电信号的通信方式有两种,分别为电压信号和电流信号。电压信号在远距离传输过程容易受到外部嘈杂环境的干扰以及发射机输出端、传输线和负载存在的寄生电阻会导致电压信号产生损耗,从而引起信号失真。因为大多数工业变频器和过程控制器的输出信号都是电压形式,为了避免上述问题,通常利用电流发送器将电压信号转换成电流信号后进行信号传输。本文基于对电流发送器基本原理的深入研究,设计了一款基于Bipolar工艺、用于远距离传输的高性能、低功耗的电流发送器。给出了电流发送器的系统架构,该系统包含稳压电路、偏置电路、电流源电路以及三个差分运放模块。重点设计了稳压电路、偏置电路以及电流源电路,其中,稳压电路采用了Widlar带隙基准结构提高了电压的稳定性;偏置电路采用了温度补偿结构和射极电压跟随器作为输出级提高了输出的精度;电流源电路采用温度补偿和反馈控制环路提高了电流源的精度和稳定性。仿真结果表明,各个模块的电路设计均满足设计指标。在此基础上,完成了电流发送器系统晶体管级电路设计及版图绘制,并通过了DRC和LVS验证。最后,基于Calibre PEX提取包含寄生参数的网表文件,对关键模块和系统电路进行后仿真验证。仿真结果表明,在电源供电电压范围为15~36V,工作温度范围为-40~85℃条件下,稳压电路能够产生5.1V的恒定电压,精度误差小于0.78%。偏置电路产生4.1V和1.25V的偏置电压,精度误差分别小于0.87%和0.88%。高精度电流源能够产生250μA、250μA和100μA的电流,精度误差分别小于0.48%,0.54%,0.90%。电流发送器能够实现电压-电流转换,把0~10V的输入电压线性转换为4~20mA的输出电流,输出电流范围最大误差为0.58%,零输入输出电流误差最大为37.78μA,满足设计指标。

关键词：发送器;稳压电路;偏置;电流源

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

ABSTRACT

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题的国内外动态

1.3 课题的研究方案

1.3.1 研究目标及研究内容

1.3.2 章节安排

第二章 电流发送器架构设计及功能模块研究

2.1 电流发送器基本原理及系统架构

2.1.1 电流发送器的基本原理

2.1.2 电流发送器的系统架构设计

2.1.3 电流发送器参数指标

2.2 稳压电路模块的研究

2.2.1 LDO的工作原理与参数主要性能参数

2.2.2 带隙基准电路结构设计

2.2.3 Widlar带隙基准源

2.2.4 Brokaw带隙基准源

2.3 偏置电路的研究

2.4 电流源的研究

2.4.1 基准电流源的性能参数

2.4.2 基本镜像电流源

2.4.3 微电流源

2.4.4 比例电流源

2.4.5 级联型电流源电路

2.4.6 反馈型电流源电路

2.4.7 JFET电流源

2.5 工艺选择和仿真软件

2.5.1 工艺选择

2.5.2 仿真软件

2.6 本章总结

第三章 电流发送器关键模块电路设计及仿真

3.1 稳压电路模块结构设计及其仿真

3.1.1 稳压电路结构设计

3.1.2 稳压电路模块的仿真与分析

3.2 偏置电路模块结构设计及其仿真

3.2.1 偏置电压结构设计

3.2.2 偏置电路模块的仿真与分析

3.3 高精度电流源结构设计设计及其仿真

3.3.1 PTAT电流基准源结构设计

3.3.2 高精度电流源结构设计

3.3.3 高精度电流源模块的仿真与分析

3.4 差分运放电路的设计

3.5 电流发送器电路系统仿真分析

3.5.1 电流发送器V/I转换仿真分析

3.5.2 电流发送器初始误差仿真分析

3.6 本章小结

第四章 电流发送器版图设计与后仿真验证

4.1 版图设计基础

4.1.1 版图设计基本概念

4.1.2 版图设计规则

4.1.3 版图设计准则

4.1.4 版图验证

4.2 基本元件版图介绍

4.3 电流发送器版图设计

4.4 后仿真

4.4.1 稳压电路后仿真

4.4.2 偏置电路后仿真

4.4.3 高精度电流源后仿真

4.4.4 电流发送器系统后仿真

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文内容总结

5.2 对未来的展望

参考文献

致谢