A-Smart-Single-Chip-Micro-Hotplate-Based-Gas-Sensor-System-in-CMOS-Technology外文翻译.doc

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1、译文 智能单片机板基于气体传感器系统在CMOS技术 摘 要:本文提出了一种关于单片机的化学气体传感器系统，其制造工艺CMOS技术结合了CMOS微处理技术。该系统包括金属氧化物覆盖（二氧化锡）微型热板、必要的驱动器及信号调节电路。二氧化锡层的敏感操作温度在200-350 之间，在芯片上的温度控制器调节温度膜高达350 ，特别带有0.5 的加热器设计，用来实现膜温度达到350 、供电电压达到5伏的目的。加热器的这种设计是为了使热板在加热的过程中温度能够均匀分布均匀受热（最高温度在1-2波动）。温度传感器，内外膜是良好的热绝缘膜，它之间的的电路面积及大部分芯片在350 膜温度时，芯片温度上升的最大值

2、6 。对数转换器包含了测量电阻变化时二氧化锡气体泄漏的一系列4个数量级。一个模拟硬件描述语言（AHDL）模型膜发展使模拟系统完整化。气体检测证明，试验中的气体检测浓度有所限制，二氧化碳低于1浓度和甲烷浓度低于100 。 关键词：金属氧化物气体传感器；模拟IC设计；AHDL ；CMOS兼容微处理器；微型热板1. 引言 对于CMOS微处理有一种强烈的兴趣，特别是在微型热板的气体传感器方面，原因是小型的单片机传感器和电路提供了巨大的优势，如低电量耗费，潜在的成本低并采用新的动态传感器运作模式。 二氧化锡是一种广泛使用的敏感材料气敏环境空气中。二氧化锡被加热到温度200至350 后，气体接触改变它的导

3、电性。为了实现高温度状态下运行时的电量耗费最低，在过去的几年里，利用微热板结构图开发出了金属氧化物气体传感器。微型热板包括一个热隔离区、加热器结构、温度传感器和接触电极的敏感层。许多微型热板被称为“ CMOS兼容器 ”，但只有为数不多才生产了标准CMOS工艺。 微型热板的气体传感器系统实施在一个多芯片上的方法如下，即微型热板被安置在一块芯片上时，一定要有一个单独专用集成集成电路驱动信号调理电路。它的建立，把微观热板和相应的电路连接在同一基板上，但同时避免过度加热电子。附加功能的单片解决方案包括：低功耗消费，低噪声，可靠的电子信号，高收益，低生产成本的比较，多芯片的办法。一体化的多气体传感器的传

4、感器排列，利用多组分析算法，如主要成分回归（PCR）或人工神经网络（ANN），并采用新的动态传感器运作模式，有助于克服相关问题的选择性和漂移的气体传感器。2. 系统描述2.1膜 图1显示了镜微系统芯片采用的是标准的双聚、双金属的0.8m CMOS进程。 该芯片的主机微热板（图2），这是独立芯片其放置在一个非常薄的膜和低热量上传导。由膜构成的介电质层（氧化硅/氮化硅）并配备了额外的N个区域（未连接到主体），它采用了氢氧化钾腐蚀与电化学腐蚀使其停止工作。腐蚀后的氧化锡敏感层沉积膜如图3所示。 膜是500500m大小的加热面积，微热板面积为300 300m。温度高的区域出现6微米厚的N区域中热量的均

5、匀分布。该膜具有多晶硅加热器，提供热量和功耗。四多晶硅电阻温度传感器（图2）是综合性的膜，以监测热分布。多晶硅温度传感器位于市中心的膜，提供投入的温度控制电路。实验评估最高温度的变化是整个膜1-2 ，温度可高达350 和膜的功率效率为4.8 /兆瓦。2.2电路 图4 是芯片的示意图。该电路分为三个基本功能： （一）膜的温度控制回路；（二）大部分芯片温度测量；（三）锡电阻测量。该芯片是带有偏置电流的独立测温的偏置膜温度传感器。 比例温度控制器（图5）实施一个运算放大器和内部带有8 pF的稳定电容器。膜温度控制房间温度高达350 ，该运算放大器驱动功率晶体管，它提供了前面的多晶硅加热器。投入的运算

6、放大器组成的控制电压（ VCONTROL ）和电压降的多晶硅温度传感器（ RTEMP感应器 ），它提供了反馈信号的温度控制器。多晶硅是有偏置的温度传感器并且温度无关的电流（IBIAS）。老化的多晶硅温度传感器得不到补偿的电子芯片。主导极点的温度控制系统是由热时间常数的膜决定，大约20毫秒。一个片上稳定电容用来滤掉低频信号的运算放大器。 比例温度控制器主要优势是它占用芯片面积小，最重要设计中的比例控制器之间的稳定（相位裕量）和稳态误差。当开环增益控制器增加时，相位裕量和稳态误差减少，反之亦然。一个很好的稳定相位裕量和稳态误差，开环增益为76分贝，相位裕量大约88度。 温度控制器的稳态误差主要介绍

7、了偏移电压的运算放大器，这是独立的开环增益的系统，即稳态误差在偏移电压的运算放大器没有减少时，开环增益的增加。校准传感器时，在室温条件下，失调电压为补偿（即稳态误差补偿是在室温条件下），但温度会影响偏移电压。稳态误差测量传感器系统操作温度范围（环境温度在-40和120）是不到1的膜温度。 大部分芯片温度是在使用的不同电流时通过垂直的PNP晶体管的电压差就有所变化图6。抵抗氧化锡敏感层应用很广泛，寿命为60年，利用对数转换器（图7 ）来衡量1 k_hm至10 M_hm，以电压电流转换器和一个双二极管连接垂直的PNP晶体管。直流水平的对数转换器可以改变的参考电流（IREF）。其中大部分是用在温度补

8、偿方面。 该电路位于距离1毫米的微型热板，由于包装的设计，部分环氧树脂覆盖了电路和接合线的四周，而微热板同样可以感应气体的流动。3. 仿真结果 ADHL模型用于模拟的稳定温度控制器，该阶段的利润率约为88度 ，主频为8Hz的热时间常数。 瞬态是利用正弦变化控制电压，振幅在800mV左右，频率为0.1HZ。这种低频率的控制电压被选定的模拟，因为这频率是常用的温度调制方式的板型气体传感器（速度的化学反应界面） 。仿真结果表明，该电路可驱动膜温度的350 在这种变化的环境下，所提供控制电压。当控制电压低于压降时，多晶硅温度传感器在环境温度大约1伏在27 ，膜温度等于环境温度。实验表明，该模拟膜温度为

9、350 的控制电压为1.8伏，从而导致2的误差，测量膜温度。4. 试验结果4.1电气测量 测量是在室温条件下，控制电压每次增加10mV，控制电压就增长1.80 V，如在膜温度343 时，测量灵敏度约为0.63 /毫伏。该控制器显示，分辨率为0.5 ，这是的中心温度（互不相溶电解质溶液的膜不考虑）。 动态特性的温度控制器的条件，膜温度一点一点由27至300 温度控制器变化，非常稳定，没有过冲或振铃。 环境温度是从-40增加到120 ，每次增加5 ，控制电压为1.77 V，膜温度就增加330.9 。在稳态误差测量的工作温度范围内小于1 的膜温度。 温度传感器芯片上的大部分性能是稳定的。环境温度从-

10、40到120变化，以5 为单位变化并且温度控制器关掉。在-20和85 之间两点校准,得到稳定状态，测量灵敏度约为128V/，分辨率为1.5。4.2化学测量气体测试是对空气中的不同浓度的一氧化碳（CO）和甲烷（CH4）的进行测量。二氧化碳浓度介于10-100含量，甲烷浓度在750-10000 含量之间。测量的相对湿度分别在为0和50。该传感器是在250至350 之间每次上升50 ，气体流速0.2升/分。曝光时间的30分钟的样品气体足以实现稳定稳态信号（响应时间约30秒） 。恢复传感器时间为15分钟。曝光时间设置为30分钟，传感器分别对CO和CH4显示不同的温度相关性，有利于定量检测中的这些化合物

11、混合使用多组分分析方法。探测不到1浓度CO和少于100 ppm的CH4可以使用这种芯片的广泛应用。5. 结论与展望单片气体传感器系统制造标准0.8mCMOS进程结合了CMOS微处理的介绍。它由金属二氧化锡、微型热板及驱动和信号调节电路组成一个芯片。芯片上的比例温度控制器可以精确地调整膜温度高达350 分辨率, 0.5 稳态误差测量的工作温度范围内小于1 的膜温度。温度控制器是非常稳定，没有表现出任何超或铃声。如果比例积分微分（PID控制）温度控制器使用，稳态误差的运作温度范围可进一步减少。稳态误差减少，控制器的响应时间也会放慢。这个问题可以在其他控制器中解决。建模在AHDL膜可用于设计和仿真的

12、温度控制器，而不需要改变仿真环境。对数转换器在测量电阻变化时，测量氧化锡敏感层1 k_hm和10 M_的误差为 1 。试验中的气体检测浓度有所限制，二氧化碳低于1浓度和甲烷浓度低于100 。相关问题的选择性和飘零气体的传感器在今后的实验中将会慢慢被克服，整体执行气体传感器阵列，这是根据个人传感器的设计了。1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51

13、系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smit

14、h智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光

15、谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pi

16、co专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究

17、56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68.

18、 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应

19、用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式

20、系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测

21、控系统在温室大棚中的设计与实现103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制 104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究

22、项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！