光體積變化感測器CMOS前端電路設計

CMOS Front-end Circuit Design of PPG Sensor

黃智偉(Chin-Wei Huang)

指導教授 ： 陳慎銚

國立虎尾科技大學/電機資訊學院/光電與材料科技研究所/碩士(2014年)

https://doi.org/10.6827/NFU.2014.00107

摘要

本論文中，我們利用TSMC(台積電)的0.18 μm 1P6M CMOS製程，設計一光體積變化感測器CMOS前端電路來驅動光感測模組。出射光經微血管反射後打入光二極體後，將微血管吸收光的強弱轉換成電流訊號，該電流訊號通過轉阻放大器，先行濾除60Hz 的背景光源雜訊，轉換成電壓訊號，而該電壓訊號帶有直流和交流成分，利用轉角頻率為5.79Hz的低通濾波器將包括閃爍雜訊和直流失調在內的高頻成分濾除，僅留交流成分的類比訊號，再經由反相放大器進行放大，經由CPU做進一步的處理後，再將轉出的數位訊號送回到晶片中的數位類比轉換器，其最大DNL和INL分別為0.77LSB和0.54LSB，控制讀取AC訊號進行數位訊號處理後，並配合1對2解多工器控制使用H-Bridge架構、最大驅動電流為6.6mA的LED驅動電路中的LED發光動作和發光強度，進而調整紅光LED和紅外光LED的驅動電流大小，以求達到準位匹配的目的。

關鍵字

數位類比轉換器 ； 低通濾波器 ； LED驅動電路

並列摘要

In this thesis, we utilize the TSMC 0.18μm 1P6M CMOS process to design the CMOS front-end circuit design for PPG sensor for driving a photodetector model. After emergent light through capillary reflect into a photodiode, the strength of capillary absorption light is converted to the current signal. When the current signal transit the transimpedance amplifier, the background light noise of 60Hz would be filtered first and converted to the voltage signal with DC and AC component. We utilize low-pass filter with corner frequency of 5.79Hz filter high-frequency noise including flicker noise and DC distortion. It only remains the analog signal of AC component. Then we utilize inverting amplifier to amplify AC component. After further processing via the CPU, then turn the digital signal sent back to the chip digital-to- analog converter that the maximum DNL and INL are 0.77LSB and 0.54LSB. It controls and read AC signal to conduct digital signal process. Also, we coordinate 1-to-2 demultiplexer to control the LED driver circuit with H-bridge architecture and maximum driving current 6.6mA for the LED light emission action and intensity. It would further adjust driving current magnitude of the red and infrared LED light LED in order to achieve the purpose of the matching level.

並列關鍵字

Digital-to-Analog Converter ； Low-Pass Filter ； LED Driver Circuit

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