基于汽车应用的电容式触摸开关

论文摘要

与早期的车型相比,如今汽车的开关和按钮要多得多。不仅数量众多,而且还必需能够很容易地安装到外形日益多样化的操纵面之中。另外,它们还需具备成本效益性,以取代密封型开关。一种逐渐走红的方法是转变为采用电容式触摸开关（CapSense）。本论文采用0.6um的CMOS工艺实现了一种应用于汽车的电容式触摸开关芯片（CapSense）的设计。该芯片集成了电容传感器接口,弛张振荡器,脉冲宽度调制器和计数器等主要模块。电容传感器检测手指的存在,弛张振荡器用来检测电容传感器的电容值的变化。脉冲宽度调制器和计数器用来测量弛张振荡器输出信号的周期,以确定传感器电容的变化值。计数器的输出通过串行口和主机相联,把手指的位置数据转换为各种系统控制功能。就此,本论文做了以下主要研究工作:1.综合考虑器件的成本和性能要求,本设计采用了电容性感测技术,实现开关的低成本,易操作和高耐受力。2.对脉冲宽度调制器的结构和设计进行了详细地研究。采用△-∑调制技术,使得电路具有恒定的操作频率。折叠式共源共栅放大器、高速锁存比较器,两相不重叠时钟和CMOS开关的设计,使脉冲宽度调制器具有较高的采样速度,转换速率和精度。3.在芯片中配置数字功能模块,实现混合信号IC的设计,使芯片和主机协调工作。该芯片的工作电压范围为2.4V至5.5V,工作温度范围为-40℃～120℃。与采用拇指型开关和电位器的设计相比,CapSense的设计成本和难度均较低。这对制造商和消费者而言都是很有利的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 MEMS技术在汽车领域的发展和现状
• §1.2 电容式传感器的发展现状
• §1.2.1 可配置混合信号阵列
• §1.2.2 Cypressd的新型CapSense器件
• §1.3 本课题的主要工作
• 第二章 电容式触摸开关的方案和原理
• §2.1 触摸屏的基本原理
• §2.1.1 电阻触摸屏
• §2.1.2 电容技术触摸屏
• §2.1.3 红外触摸屏
• §2.1.4 表面声波触摸屏
• §2.2 电容式传感器的基本原理
• §2.2.1 电场传感器
• §2.2.2 基于弛张振荡器的传感器
• §2.2.3 电荷转移（QT）器件
• §2.3 电容式传感器测量电路
• §2.4 电容式触摸开关的整体方案
• §2.4.1 电容式触摸开关的整体结构
• §2.4.2 弛张振荡器电路结构
• §2.4.3 周期测量电路结构
• §2.4.4 电容式触摸开关芯片的工作原理
• 第三章 主要模块的电路设计
• §3.1 带隙基准电压源的原理及设计
• §3.1.1 带隙基准电路
• §3.1.2 带隙基准电压源的原理
• §3.1.3 带隙基准电压源的具体设计
• §3.1.4 带隙基准电路的仿真结果
• §3.2 偏置电路的设计
• §3.2.1 偏置电流源的设计
• §3.2.2 偏置电压的设计
• §3.3 弛张振荡器的设计
• §3.3.1 简单的CMOS电压比较器
• §3.3.2 CMOS D触发器的设计
• §3.3.3 带D触发器的比较器的仿真波形
• §3.4 脉冲宽度调制器的设计
• §3.4.1 △-∑调制器的原理
• §3.4.2 一阶△-∑调制器的设计
• §3.4.3 一阶△-∑调制器的结构和仿真结果
• §3.5 计数器的设计
• §3.6 周期测量电路的仿真结果
• 第四章 总体仿真和结果分析
• §4.1 电容式触摸开关的整体电路结构
• §4.2 仿真工具Hspice的介绍
• §4.2.1 Hspice输入文件的语句和格式
• §4.2.2 Hspice的模拟步骤
• §4.3 电容式触摸开关系统的仿真结果
• 第五章 版图设计及工艺模型、封装工艺的确定
• §5.1 版图设计
• §5.1.1 板级电路设计系统
• §5.1.2 Alta系统级无线设计
• §5.1.3 逻辑设计与验证（LDV）设计流程
• §5.1.4 底层设计的软件
• §5.1.5 电容式触摸开关芯片的总体版图设计
• §5.2 工艺模型和封装
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 致谢