随着物联网(IoT, Internet of Things)的不断发展，大量传感器被广泛应用。不同于传统检测板，实现了传感器检测所需所有功能的单芯片体积小、集成度和可靠性高。因此，研究高精度、低功耗、低噪声传感器检测芯片具有重要的理论意义和...
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随着物联网(IoT, Internet of Things)的不断发展，大量传感器被广泛应用。不同于传统检测板，实现了传感器检测所需所有功能的单芯片体积小、集成度和可靠性高。因此，研究高精度、低功耗、低噪声传感器检测芯片具有重要的理论意义和应用价值。本文得到国家“973”项目《水环境监测无线网络微传感器芯片系统基础研究》支持，研究传感器微弱信号检测芯片实现，并应用于水污染在线检测系统中的多种电化学传感器检测。对低噪声电路设计、大检测范围电路架构等关键技术进行了研究。针对传统检测芯片待测范围有限、功能不够完善等问题，提出了创新的大检测范围读出电路架构，设计了新型的驱动电路和可编程信号产生电路，集成了跨阻放大器、电荷积分器等电路，实现了单芯片提供传感器偏压并将微弱模拟信号精确转换为数字信号功能。采用0.18μm标准CMOS工艺，完成了检测芯片设计和版图制作，面积为3.2mm×2mm。经过实际流片、封装和测试，验证了该检测芯片的功能和性能。\n 本研究主要内容包括：⑴针对传统传感器微弱信号检测芯片中的电流电压转换模块和电压接口的局限，提出了一种新的高动态范围检测电路架构，直接检测电流，间接检测电压。采用两条信号通路交替工作有效扩大了测量范围并降低了功耗。实现高精度检测电化学传感器输出的微弱直流和低频交流信号，电流和电压检测范围分别达到1nA～1mA，0～1.5V。⑵在比较了传统电化学传感器驱动电路的基础上，提出了采用轨对轨运放的工作电极虚地型驱动电路，覆盖0.45V～2.85V偏压范围，满足不同类型传感器工作需要，稳定加载电极电压的同时实现了将传感器输出电流精确引入后续检测电路的功能。⑶片上集成了新颖的可编程信号产生电路，通过一个管脚串行输入数据，控制输出信号的形状和周期，产生传感器工作所需的阶梯波、锯齿波和三角波等电压波形。相比传统信号产生电路，具有电路简单和输出信号多样的特点。⑷采用本文研制的传感器微弱信号检测芯片和多种电化学传感器，开发了一款便携式水污染实时监测终端，解决了水污染物中总磷、温度和pH等参数现场在线检测的难题。
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