Thiết kế chíp đo khoảng cách dùng sóng siêu âm

Các vi mạch tích hợp IC (Intergrated Circuit) hay còn gọi là chip với những ưu điểm nổi bật là giảm kích thước của mạch điện đi rất nhiều lần, độ chính xác cao và thực hiện được nhiều chức năng. Ngày này, các kỹ sư đang nỗ lực nghiên cứu tìm ra những phương pháp thiết kế chíp mới để tạo ra những sản phẩm với tốc độ nhanh hơn, độ chính xác cao hơn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Chưa đầy 50 năm kể từ ngày Kilby đề xuất ra ý tưởng về IC, ngành công nghệ vi mạch đã đạt được những thành tựu rực rỡ. Sự tăng trưởng ở tốc độ chóng mặt của ngành công nghệ vi mạch là chìa khóa quan trọng bậc nhất trong cuộc cách mạng công nghệ thông tin hiện nay.Với những lý do trên, em đã chọn đề tài nghiên cứu trong đồ án là : “Thiết kế chíp đo khoảng cách dùng sóng siêu âm”. Đồ án đã tập trung nghiên cứu, phân tích, tính toán thiết kế từ những phần tử cơ bản nhất cho đến các khối để tạo ra một mạch hoàn chỉnh. Đồng thời, đồ án cũng đã kết hợp với mô phỏng trên phần mềm mô phỏng HSPICE để kiểm chứng quá trình thiết kế. Nội dung của đồ án bao gồm 4 chương như sau:Chương 1: Tổng quan về đề tài : “Thiết kế chíp đo khoảng cách dùng sóng siêu âm”.Chương 2: Công nghệ CMOS và chương trình mô phỏng HSPICE.Chương 3: Thiết kế chi tiết các khối ở trong mạch.Chương 4 :Mô phỏng.

MỤC LỤC Mục lục Các từ viết tắt Lời mở đầu Chương1: Tổng quan đề tài “Thiết kế chip đo khoảng cách dùng sóng siêu âm” 1.1Giới thiệu chương 1.2 Giới thiệu đề tài 1.3 Tổng quan đề tài thiết kế 1.4 Sơ đồ khối thiết kế 1.4.1 Nguyên lý hoạt động 11 1.4.2 Chức khối mạch 11 1.5 Công nghệ thiết kế 13 1.6 Kết luận chương .14 Chương2: Công nghệ CMOS chương trình mô HSPICE 15 2.1 Giới thiệu chương 15 2.2 Công nghệ CMOS 15 2.2.1 Giới thiệu CMOS 16 2.2.2 Các cổng logic CMOS 18 2.2.2.2.1 Cổng NOT .18 2.2.2.2 Cổng NAND 18 2.2.2.3 Cổng NOR .19 2.3 Chương trình mô HSPICE 20 2.4 Kết luận chương .21 Chương3: Thiết kế chi tiết khối mạch 22 3.1 Giới thiệu chương 22 Trang 3.2 Thiết kế phần tử 22 3.2.1 Thiết kế opamp 22 3.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý .22 3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động 24 3.2.1.3Tính toán thiết kế 24 3.2.1.4 Các dạng mạch opam .27 3.2.2 Thiết kế DFF .29 3.2.2.1 Thiết kế TGATE 29 3.2.2.2 Sơ đồ nguyên lý DFF 30 3.2.2.3 Nguyên lý hoạt động 31 3.3 Các khối bên phát 32 3.3.1 Khối tạo xung clock 32 3.3.1.1 Sơ đồ nguyên lý .32 3.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 32 3.3.1.3 Tính toán thiết kế .33 3.3.2 Khối phát sóng sin 34 3.3.2.1 Sơ đồ nguyên lý .34 Trang 3.3.2.2 Cơ sở lý thuyết nguyên lý hoạt động 34 3.3.3 Khối điều khiển timebase 37 3.3.3.2 Nguyên lý hoạt động 37 3.3.3.3 Các mạch thành phần khối timebase .38 3.3.3.3.1 Mạch giải mã sang 38 3.3.3.3.2 Mạch chia tần số 39 3.3.3.3.3 Cổng OR_8 42 3.4 Các khối bên thu 42 3.4.1 Khối lọc nhiễu khuếch đại tín hiệu vào 42 3.4.1.1 Sơ đồ nguyên lý .42 3.4.1.2 Nguyên lý hoạt động .43 3.4.1.3 Tính toán thiết kế 43 3.4.2 Khối chỉnh lưu xác tách sóng đường bao 45 3.4.2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu .45 3.4.3 Khối so sánh 52 3.4.3.1Sơ đồ nguyên lý mạch 52 3.4.4 Khối điều khiển 52 3.4.4.1 Sơ đồ nguyên lý .52 3.4.4.2 Nguyên lý hoạt động tính toán thiết kế 53 3.5 Kết luận chương .55 Chương 4: Mô 56 4.1 Giới thiệu chương 56 4.2 Mô phần tử 56 4.2.1 Mô opam 56 4.2.2 Mô DFF .60 4.3 Mô khối bên phát 61 4.3.1 Khối tạo xung clock 61 4.3.2 Khối tạo sóng sin 62 4.3.3 Khối điều khiển timebase 63 4.4 Mô khối bên thu 64 Trang 4.4.1 Khối lọc nhiễu khuếch đại tín hiệu vào 64 4.4.2 Khối chỉnh lưu xác tách sóng đường bao 65 4.4.3 Khối so sánh 66 4.4.4 Khối điều khiển 67 4.4.5 Khối công tắc 68 4.5 Mô toàn mạch 69 4.5.1 Mô với f=30Khz, vThu=1Vpp, T =250C 69 4.5.2 Mô với f=30Khz, T =250C , T2=0,T1=0,T0=0 .73 4.5.3 Mô với f=30Khz, Vthu=1Vpp ,T2=0,T1=0,T0=0 75 4.5.4 Mô với T=25,Vthu=1Vpp ,T2=0,T1=0,T0=0 76 4.6 Kết luận chương .78 Kết luận hướng phát triển đề tài .79 Tài liệu tham khảo 80 Datasheet Trang CÁC TỪ VIẾT TẮT CMOS DFF LSI IC MOSFET NMOS OPAMP PMOS TTL VLSI Complementary Metal Oxide Semiconductor D Flip- Flop Large Scale Integration Integrated circuit Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor N Metal Oxide Silicon Operational Amplifier P Metal Oxide Silicon Transistor Transistor Logic Very Large Scale Integration Trang LỜI MỞ ĐẦU Ngày với tốc độ phát triển mạnh mẽ điện tử công nghệ thông tin, hàng loạt sản phẩm công nghệ cao đời Những thiết bị góp phần nâng cao đời sống cho người chúng có ý nghĩa lớn cách mạng công nghệ Và sản phẩm công nghệ cao góp phần mang lại tiện ích đời sống vi mạch tích hợp IC Các vi mạch tích hợp IC (Intergrated Circuit) hay gọi chip với ưu điểm bật giảm kích thước mạch điện nhiều lần, độ xác cao thực nhiều chức Ngày này, kỹ sư nỗ lực nghiên cứu tìm phương pháp thiết kế chíp để tạo sản phẩm với tốc độ nhanh hơn, độ xác cao đáp ứng nhu cầu ngày cao người Chưa đầy 50 năm kể từ ngày Kilby đề xuất ý tưởng IC, ngành công nghệ vi mạch đạt thành tựu rực rỡ Sự tăng trưởng tốc độ chóng mặt ngành công nghệ vi mạch chìa khóa quan trọng bậc cách mạng công nghệ thông tin Với lý trên, em chọn đề tài nghiên cứu đồ án : “Thiết kế chíp đo khoảng cách dùng sóng siêu âm” Đồ án tập trung nghiên cứu, phân tích, tính toán thiết kế từ phần tử khối để tạo mạch hoàn chỉnh Đồng thời, đồ án kết hợp với mô phần mềm mô HSPICE để kiểm chứng trình thiết kế Nội dung đồ án bao gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan đề tài : “Thiết kế chíp đo khoảng cách dùng sóng siêu âm” Chương 2: Công nghệ CMOS chương trình mô HSPICE Chương 3: Thiết kế chi tiết khối mạch Chương :Mô Trong trình làm đồ án, em gặp nhiều khó khăn quan tâm, hướng dẫn tận tình thầy giáo ThS.Nguyễn Duy Nhật Viễn, ThS Nguyễn Bá Mịch-nhân viên công ty SDS, thầy cô khoa ĐT-VT với cố gắng nỗ lực thân, em hoàn thành đồ án với nội dung yêu cầu đặt Tuy nhiên, kiến thức em hạn chế giới hạn thời gian làm đồ án nên chắn không tránh khỏi thiếu sót ,kính mong thầy cô bạn góp ý để đồ án hoàn thiện Trang Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS.Nguyễn Duy Nhật Viễn, ThS Nguyễn Bá Mịch, công ty SDS thầy cô khoa giúp em hoàn thành đồ án Đà Nẵng, ngày 25, tháng 5, 2011 Sinh viên thực Trần Thị Ái Trang CHƯƠNG1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI “THIẾT KẾ CHIP ĐO KHOẢNG CÁCH DÙNG SÓNG SIÊU ÂM” 1.1 Giới thiệu chương Trong chương ta trình bày phần sau: • Phần 1: Giới thiệu đề tài “ Thiết kế chip đo khoảng cách dùng sóng siêu âm” Giúp người đọc biết sở lý thuyết đề tài ứng dụng đề tài thực tế • Phần 2: Sơ đồ tổng quan chip thiết kế • Phần 3: Xây dựng chi tiết khối chip mô tả chức năng, nhiệm vụ khối 1.2 Giới thiệu đề tài Sóng siêu âm loại sóng học có tần số lớn 20Khz, ứng dụng nhiều lĩnh vực khác số ứng dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách Trong đề tài đồ án em chọn “thiết kế chip dùng sóng siêu âm để đo khoảng cách” Sóng siêu âm phát nhờ máy phát, trình truyền sóng gặp vật cản phản xạ ngược trở lại Khi máy thu thu sóng phản xạ này, ta tính thời gian truyền sóng siêu âm kể từ phát đến máy thu nhận Từ đó, ta tính khoảng cách máy phát vật cản Việc thiết kế chip có nhiều ứng dụng thực tế, ta xác định khoảng cách định vị vị trí vật việc ứng dụng sóng siêu âm dùng camera để đo khoảng cách, hay dùng để mức chất lỏng bình nhà máy…Ngày nay, người ta tiếp tục nghiên cứu phát triển việc chế tạo robot có gắn cảm biến siêu âm, đồng thời với cảm biến khác laser, camera… kết hợp với công nghệ viễn thông GPS, GSM nhằm nâng cao độ xác việc định vị, thăm dò khoảng không gian để xây dựng đồ 1.3 Tổng quan đề tài thiết kế Trang Hình 1.1 Sơ đồ miêu tả tổng quan đề tài thiết kế • • Đầu vào TRIGGER IN dùng để kích khởi mạch hoạt động Ba đầu vào T2,T1,T0 dùng thiết lập chu kỳ đầu Tpout, để tùy theo khoảng cách đo ta điều khiển sai số mạch • Đầu vào RESET dùng thiết lập mạch trạng thái ban đầu Trang • Đầu Tpout xung có chu kỳ thiết lập ba đầu vào T2,T1,T0 xung tồn từ lúc phát sóng lúc thu • Đầu Tdout thể khoảng thời gian trễ từ phát sóng đến nhận lại sóng phát 1.4 Sơ đồ khối thiết kế Trang 10 Hình 4.36 Dạng sóng mô với trường hợp f=45Khz Nhận xét Từ kết mô tần số f=45Khz, biên độ 1Vpp mạch hoạt động  Trường hợp 4: f=46Khz Hình 4.37 Dạng sóng mô với trường hợp f=45Khz Từ kết mô tần số f=46Khz, biên độ 1Vpp mạch không hoạt động Vậy với biên đầu vào 1Vpp chip hoạt động dải tần số 19Khz 45Khz 4.6 Kết luận chương 74 Trong chương này, ta tiến hành mô phần tử chi tiết , khối toàn mạch Đồng thời đưa nhận xét, đánh giá xem kết mô có phù hợp với thiết kế hay không Ngoài ra, ta rút dãy điều kiện để chíp hoạt động với nguyên lý dãy điều kiện nhiệt độ, điện áp nguồn cung cấp, tần số phát …Các điều kiện sở để ta đo khoảng cách xác tài liệu để xây dựng nên datasheet chíp sau Quá trình tổng hợp, phân tích mô toàn vi mạch giúp ta củng cố lại kiến thức nêu rõ chương trước, đúc rút kinh nghiệm quý báu trình thiết kế mô phỏng, tạo tiền đề vững để xây dựng nên chip ứng dụng thực tế sau KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trên thực tế thiết bị đo khoảng cách dùng sóng siêu âm sản xuất sử dụng Tuy nhiên kích thước lớn, cồng kềnh, công suất tiêu hao lớn, tích hợp vi mạch.Với đề tài “Thiết kế chip đo khoảng cách dùng sóng siêu âm” Chúng em thiết kế chip công nghê CMOS 0.35um.Với công nghệ này, chip tiêu thụ công suất ít, kích thước nhỏ gọn, tích hợp với bo mạch khác để thực nhiều chức khác Trong đề tài này, chúng em xây dựng sơ đồ mạch, tính toán thiết kế từ phần tử nhỏ khối để xây dựng nên mạch hoàn chỉnh đáp ứng yêu cầu đề tài Đồng thời, chúng em thực mô để chứng minh thiết kế với lý thuyết nêu Chíp xây dựng hoạt động điều kiện nhiệt khác Trong đồ án này, chúng em xây dựng mô lý thuyết, chưa thực layout , chưa sản xuất chíp cụ thể để đưa vào ứng dụng thực tế Khi sử dụng chip này, yêu cầu người sử dụng phải có hiển thị hiển thị khuếch đại công suất phát Chíp thiết kế phát tần số sóng siêu âm 30Khz.Trong mạch sử dụng tụ có dung lượng lớn nên làm cho kích thước chip lớn Trong tương lai, có hội nghiên cứu tiếp đề tài này, em nghiên cứu thêm hướng phát triển sau : • • Giảm dung lượng tụ xuống làm cho kích thước chip nhỏ xuống Xây dưng thêm khối tạo tần số phát khác 75 • • • Xây dựng thêm hiển thị công suất phát Xây dựng layout mạch sản suất chip để đưa vào ứng dụng thực tế Tìm hiểu thêm ứng dụng mạch thực tế để tích hợp vào vi mạch thực nhiều chưc • Thực hiên thiết kế chip công nghệ nhỏ (cỡ 0.13um) để công suát tiêu tán kích thước nhỏ gọn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ts.Nguyễn Văn Tuấn “Giáo trình kỹ thuật mạch điện tử” Đại học bách khoa Đà Nẵng [2] ThS.Hoàng Lê Uyên Thục “Giáo trình xử lý tín hiệu số” Đại học bách khoa Đà Nẵng [3] Ths.Nguyễn Văn Phòng “Giáo trình kỹ thuật xung số” Đại học bách khoa Đà Nẵng [4] R.jacobbanker, IEEE series on microeletronic systems, “ CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation” [5] Johan H Huijsing,Michiel Steyaert,Arthur H M van Roermund “Analog circuit design” [6] Franco Maloberti , “Analog design for CMOS VLSI systems” [7] John P.Uyemura, Georgra institute of technology, “ CMOS logic circuit design” [8] David A Johns Ken Martin, “Analog integrated circuit design” [9] MC Graw Hill, International edition electrical enginering series, “ Design of analog CMOS integrated circuit” [10] http://en.wikipedia.org/wiki/Band-pass_filter 76 http://en.wikipedia.org/wiki/OPAMP A CHIP FOR DISTANCE MEASUREMENT USING ULTRASONIC General description At first, a START pulse from out of chip will be taken to CHIP to trigger sin wave oscillator in CHIP to transmit a sin wave with 30KHz frequency.At this time, CLOCK pulse also is taken at out put Tpout pin and output of Tdout pin is high level When the sin wave transfer in air environment, it will meet obstruct and return back.At the time that CHIP receive this sinwave, it will trigger to control logic circuit in CHIP to stop transmitting the sin wave.At this time, out put of Tdout is low level.You will count the number of the CLOCK pulse that appear in period of time high level Tdout At the result, you will caculate distance between CHIP and obstruct Applications  Measure liquid level in tight containers  Measure distance about some meters to hundred meters Connection Diagrams Pin assignment for chip 77 Recommended Operating Conditions Supply Voltage (VDD) 0.9V to +1.65V Supply Voltage (VSS) -1.65V to 0V Input Voltage (VIN) 0V to +1.65V Voltage at any output pin (VOUT) 0V to +1.65 V Operating temperature range -40 to 125 Power Dissipation (PD) 50mW DC Electrical Characteristics Symb ol Parameter Conditions -40 Min VOL LOW Level Output Voltage VDD=0.9V VDD=1,25 V VDD=1.65 V +25 Max * * * Min +125 Typ Max * * * Min Unit s Max * * * 78 VOH HIGH Level Output Voltage VDD=0.9V VDD=1,25 V VDD=1.65 V * * * VIL LOW Level Input Voltage VDD=0.9V VDD=1,25 V VDD=1.65 V 0.64 0.55 0.41 0 0 0 VIH HIGH Level Input Voltage VDD=0.9V VDD=1,25 V VDD=1.65 V 1.65 1.25 0.9 0.75 0.58 0.43 1.6 1.2 0.9 0.74 0.59 0.43 * * * * * * 0.62 0.52 0.40 1.65 1.25 0.9 0 0.77 0.59 0.43 0.57 0.48 0.38 1.65 1.25 0.9 V V *VOL verus load resistance 79  VDD=1.65V (T=-40,T=+25,+125)  VDD=1.25V (T=-40,T=+25,+125)  VDD=0.9V (T=-40,T=+25,+125) 80 *VOH verus load resistance  VDD=1.65V (T=-40,T=+25,+125)  VDD=1.25V (T=-40,T=+25,+125)  VDD=0.9V (T=-40,T=+25,+125) 81 AC Electrical Characteristics Symbo Parameter Conditions -40 25 125 Units Transition Time VDD=1.65V 0.04 0.06 0.08 ns HIGH-to-LOW Level VDD=1.25V 0.06 0.08 0.1 VDD=0.9V 0.1 0.2 0.2 Transition Time VDD=1.65V 0.05 0.06 0.08 LOW-to-HIGH Level VDD=1.25V 0.07 0.08 0.11 VDD=0.9 0.11 0.13 0.15 Transmitting VDD=1.65 29.6 29.7 29.9 Frequency VDD=1.25 29.6 29.8 30.1 VDD=0.9 27.3 28.8 29.9 VDD=1.65 1.58 1.54 1.45 VDD=1.25 1.15 1.11 1.02 VDD=0.9 0.811 0.785 0.697 l Vp Peak OutVoltage ns Khz V Minimum transmission distances to accept permission error if customer ask 1% permissible error 82 T0 T1 T2 Timebase setting(us) Permissible error Minimum transmission distance to accept permission error (m) 0 33.3 1% 1.13 0 VDD 66.7 1% 2.27 VDD 133 1% 4.53 VDD VDD 267 1% 9.07 VDD 0 533 1% 18.13 VDD VDD 1070 1% 36.27 2130 1% 72.53 4270 1% 145.07 VDD VDD VDD VDD VDD THIẾT KẾ CHIP ĐO KHOẢNG CÁCH DÙNG SÓNG SIÊU ÂM Cơ sở lý thuyết Ta thiết kế chip phát sóng siêu âm thu sóng phản xạ đồng thời, ta đo khoảng thời gian từ lúc phát sóng tới lúc thu về, để từ xác định quãng đường mà sóng di chuyển không gian Quãng đường di chuyển sóng lần khoảng cách máy phát đến chướng ngại vật theo hướng phát sóng siêu âm Hình 1: Mô tả trình truyền sóng nhận sóng Khoảng cách tính theo nguyên lý TOF (Time of light) Tổng quan đề tài thiết kế 83 Hình 2: Sơ đồ miêu tả tổng quan đề tài thiết kế Đầu vào TRIGGER IN dùng để kích khởi mạch hoạt động • Ba đầu vào T2,T1,T0 dùng để thiết lập chu kỳ đầu Tpout, để tùy theo khoảng • cách đo ta điều khiển sai số mạch • Đầu vào RESET dùng thiết lập mạch trạng thái ban đầu • Đầu Tpout xung có chu kỳ thiết lập ba đầu vào T2,T1,T0 xung tồn từ lúc phát sóng lúc thu • Đầu Tdout thể khoảng thời gian trể từ phát sóng đến nhận lại sóng phát Thiết kế 84 Hình Sơ đồ khối 3.1 Nguyên lý hoạt động Ban đầu, xung kích START từ bên vi mạch đưa đến mạch điều khiển để kích khối tạo dao động sóng sin phát sóng, đồng thời đưa xung Tdout đầu lên mức Sóng sin qua tầng đệm qua mạch khuếch đại bên vi mạch truyền không khí Cùng lúc này, mạch tạo xung clock đưa đến mạch điều khiển timebase để tạo xung clock có chu kỳ mong muốn đưa xung clock đến đầu Tpout Tín hiệu nhận qua lọc nhiễu khuếch đại tín hiệu đầu vào, sau chỉnh lưu xác tách sóng đường bao, đưa đến mạch sửa dạng xung để tạo xung STOP, cuối đưa đến mạch điều khiển để đóng khối phát sóng sin lại, lúc kích xung đầu Tdout xuống mức (như hình vẽ) 85 Ta thấy rằng, thời gian truyền sóng nhận sóng thời gian xung Tdout Thời gian truyền = số xung đếm * timebase Khoảng cách= thời gian truyền * vận tốc sóng siêu âm /2 Trong khuôn khổ đồ án này, chúng em hiển thị kết số xung đếm khoảng thời gian kể từ phát sóng đến nhận sóng, kết tính toán khoảng cách theo công thức hiển thị bên vi mạch 3.2 Chức khối mạch • Khối tạo xung clock Là dao động tạo sóng vuông cung cấp cho khối timebase ( dùng chia tần số), đồng thời kết hợp với mạch lọc thông dải tạo sóng sin phát • Khối phát song sin Tạo sóng siêu âm có tần số f=30Khz để phát • Khối điều khiển timebase Dùng để thay đổi chu kỳ xung ngõ Tpout Xung ngõ xuất thời gian từ lúc phát sóng đến lúc nhận sóng về, khoảng thời gian dài hay ngắn phụ thuộc vào khoảng cách từ chỗ phát sóng đến chỗ có vật phản xạ Vì cần phải thay đổi timebase cho phù hợp với ứng dụng cụ thể • Khối đệm Dùng để cách ly tải với khối chip, đồng thời cung cấp dòng lớn • Khối khuếch đại lọc nhiễu Bộ lọc cho số thành phần tần số tín hiệu di qua ngăn không cho thành phần tần số khác qua Trong không gian có nhiều tín hiệu hoạt động với tín hiệu phát để thu tín hiệu phát ta dùng lọc thông dải • Khối chỉnh lưu xác tách sóng đường bao Tín hiệu sau qua chỉnh lưu chỉnh lưu toàn kỳ, đưa đến tách sóng để tín hiệu chiều đưa vào khối so sánh • Khối so sánh Tín hiệu đầu tách sóng đường bao chỉnh lưu xác có dạng : 86 ta cần tạo xung STOP đưa vào mạch điều khiển để ngắt việc nhận tín hiệu Muốn tạo xung STOP ta phải sửa dạng tín hiệu.Tín hiệu sau qua mạch sửa dạng có dạng: Để sửa dạng tín hiệu ta dùng mạch so sáng opam • Khối điều khiển Gồm có tín hiệu đầu vào START STOP Nếu đầu vào xung START =1 qua mạch điều khiển cho phép phát sóng sin Nếu đầu vào xung STOP =1 qua mạch điều khiển ngắt việc phát sóng sin Đồng thời ngõ mạch điều khiển tín hiệu Tdout Kết mô Hình 4: Sơ đồ mạch mô toàn mạch 87 Hình 5: Dạng sóng mô toàn mạch 88 [...]... chia tần số), đồng thời kết hợp với mạch lọc thông dải tạo ra sóng sin phát đi • Khối phát sóng sin Tạo sóng siêu âm có tần số f=30Khz để phát đi Khối điều khiển timebase Dùng để thay đổi chu kỳ của xung ở ngõ ra Tpout Xung ở ngõ ra này sẽ xuất hiện • trong thời gian từ lúc phát sóng đi đến lúc nhận sóng về, khoảng thời gian này sẽ dài hay ngắn phụ thuộc vào khoảng cách từ chỗ phát sóng đến chổ có vật... chỉ hiển thị kết quả số xung đếm được trong khoảng thời gian kể từ khi phát sóng đến khi nhận sóng, kết quả tính toán khoảng cách theo công thức trên được hiển thị ở bên ngoài vi mạch Sơ đồ khối chi tiết và chức năng của từng khối được tìm hiểu rõ ở chương 3 của đồ án 1.4.2 Chức năng các khối trong mạch • Khối tạo xung clock Là một bộ dao động tạo ra sóng vuông đưa vào cho khối timebase (dùng chia tần... và tách sóng đường bao, rồi đưa đến mạch sửa dạng xung để tạo xung STOP,cuối cùng đưa đến mạch điều khiển để đóng khối phát sóng sin lại, cùng lúc đó kích xung đầu ra Tdout xuống mức 0 (như hình vẽ) Ta thấy rằng, thời gian truyền sóng đi cho đến khi nhận sóng về chính là thời gian của xung Tdout Thời gian truyền = số xung đếm được * timebase Khoảng cách= thời gian truyền * vận tốc sóng siêu âm /2 Trong... kiến thức cơ sở để đi sâu vào thiết kế ở chương 3 Trong chương cũng giới thiệu tổng quan về chương trình mô phỏng HSPICE với ưu điểm nỏi bật so với những chương trình mô phỏng khác Vì vậy nó được sử dụng làm chương trình mô phỏng trong toàn bộ thiết kế của đồ án CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC KHỐI TRONG MẠCH 3.1 Giới thiệu chương Chương này gồm có 2 phần chính:  Thiết kế các phần tử cơ bản : phần... ta sẽ lần lượt trình bày sơ đồ, nguyên lý hoạt động, tính toán thiết kế • Các khối bên phát: gồm có khối tạo xung clock, khối tạo sóng sin, khối điều khiển timebase • Các khối bên thu: khối lọc nhiễu và khuếch đại, khối chỉnh lưu chính xác và tách sóng đường bao, khối so sánh, khối điều khiển 3.2 Thiết kế các phần tử cơ bản 3.2.1 Thiết kế opamp 3.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý opam... =1.65V Vss=-1.65V 1.6 Kết luận chương Trong chương này chúng ta biết được cơ sở lý thuyết của đề tài, các ứng dụng của đề tài trong thực tế Từ yêu cầu đề tài chúng ta đã xây dựng được sơ đồ khối tổng quát và đưa ra chức năng của các khối chi tiết Đồng thời, ta cũng tìm hiểu công nghệ thiết kế Qua đó, giúp ta có cái nhìn tổng quan về đề tài thiết kế, qua đó tạo tiền đề cho việc thiết kế, tính toán các phần... khuếch đại đảo tín hiệu ra mức thấp 3.2.1.3 Tính toán thiết kế  Các thông số thiết kế Nguồn cung cấp: Vdd= 1.65V, Vss=-1.65V Độ lợi băng thông: GB= 2 Dùng công nghệ CMOS L =3.5 NMOS: Lmin >= 0.35um, Wmin >= 0.15um PMOS: Lmin >= 0.30um, Wmin >= 0.15um vth0_n = 6.9057e-01 vth0_p = -6.7017e-01 24 140.69 , 41.67 Yêu cầu của công nghệ chế tạo ta thiết kế tỷ số Chọn giá trị VDSSAT =0.3(V) Nguồn dòng là 200... Vậy sóng vuông có tần số biên độ sẽ được phân tích thành chuỗi Fourier như sau: x(t)= = + +… (3.18) Từ công thức (3.18) ta thấy sóng vuông là tổng của vô số sóng sin có tần số là Như vậy muốn tạo ra sóng sin có tần số từ sóng vuông tần số ta dùng mạch lọc thông giải cộng hưởng tại tần số và băng thông BW thỏa mãn điều kiện sau 35 (3.19) Hình3.14 Đáp ứng biên tần của mạch lọc thông dải Do đó để có sóng. .. trên sơ đồ này ta kiểm tra lại tính chính xác của mạch điện cũng như dự đo n được khả năng làm việc của mạch trong thực tế 2.4 Kết luận chương Qua chương này chúng ta đã biết rõ cấu trúc và đặc điểm của đơn vị nhỏ nhất, cơ bản nhất trong toàn bộ thiết kế Thấy được ưu điểm nổi bật của công nghệ CMOS, đó là lý do tại sao các thiết kế hiện này đều sử dụng công nghệ này Đồng thời biết được cấu trúc và hoạt... phản xạ Giả sử từ lúc phát sóng đi đến lúc nhận sóng về là 5s, nếu mình thiết lập timebase =1s thì ngõ ra Tpout mình có thể có 5xung ,sai số tối đa là 1/5=20% Tuy nhiên nếu thiết lập 12 timebase =0.01s thì thời gian 5s thì ở ngõ ra Tpout sẽ có 500 xung do đó sai số lúc này chỉ 1/500=0.2% Vì vậy cần phải thay đổi timebase cho phù hợp với ứng dụng cụ thể • Khối đệm Dùng để cách ly tải với các khối trong