单片光电集成位置传感芯片的研制

作     者：楼卓格 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王磊

授予年度：2017年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：光电集成 位置传感器芯片 距离与手势 

摘      要：移动智能设备的迅速普及,使得智能硬件领域得到迅速发展。对人机交互模式提出了更加高效、亲和、多样化的发展要求。空间位置距离与手势识别是一种新型的人机交互模式。在难以采用触摸控制等主流交互模式的情形下,这种新型的人机交互模式作为补充尤为重要。目前,在不同结构类型的位置传感器中,超声波位置传感器体积较大并且不易集成,光学位置传感器具有低功耗、可单片集成等优点。光电集成位置传感芯片可以实现空间位置距离与手势识别,在移动智能设备中应用具有极大前景。本文对单片光电集成位置传感芯片进行了研制,对于主要的工作内容以及研究成果有如下几个方面:1、设计了位置传感芯片的单片光电集成总体结构,分析了芯片电路原理和光电器件原理并设计了芯片电路的结构及仿真分析,电路增益为92dB、带宽3.5MHz。对电路原理图进行版图布局以及单片光电集成版图设计。2、在0.18μ3—CMOS工艺基础上设计了与标准工艺兼容的各种结构类型的光电探测器以及光电探测器的四象限布局。测试了所设计的各型光电探测器并得到了 0.1A/W-0.25A/W响应度,为光电探测器结构的选择提供了实测参考。3、对位置传感芯片监测系统进行了理论分析与仿真。提供了光源、光电探测器、监测系统整体的光路模型与对应的理论依据,选择了 850nm光源与5000μm*500μm光电探测器尺寸等设计结果。4、对位置传感芯片封装测试,得到了 91.98dB的实际增益,0.1mm的平均距离监测分辨率。可以通过标定与阈值设定实现距离与手势方向的监测。本文的创新点如下:将光电探测器和光源与集成电路结合的方式,实现了传感器的光学模块和电路模块单片集成。采用0.18Lnm CMOS工艺成功制备光电集成位置传感芯片,实现了位置距离与手势识别探测,满足了在移动智能设备中的应用要求。