Sensor-Interface mit integriertem Mikroprozessor

Sensor-Interface mit integriertem Mikroprozessor
Marco
Landolt
René
Ulrich
Diplomanden
Marco Landolt, René Ulrich
Examinator
Prof. Dr. Teddy Loeliger
Experte
Felix Aschwanden,
Laboratories Thomson Multimedia Ltd., Zürich
Themengebiet
Mikroelektronik
Projektpartner
IMES Institut für Mikroelektronik und Embedded Systems,
Rapperswil SG
Aufgabenstellung: In dieser Diplomarbeit soll
ein Sensor-Interface-ASIC mit integriertem Mikroprozessor in 0.18 µm-CMOS-Technologie von
UMC entworfen werden. Dazu sollen ein analoger IP-Block eines Analog/Digital-Wandlers
(ADC) sowie digitale IP-Blöcke für den Mikroprozessor verwendet werden. Der gesamte SensorInterface-ASIC soll sowohl einen Sensor für eine
interne Temperaturmessung als auch eine Stromquelle für die Verwendung von externen Temperatursensoren enthalten.
Lösung Analogteil: Zur Messung der internen
Temperatur werden zwei identische Dioden mit
unterschiedlichen Strömen betrieben, womit
über den beiden Dioden zwei unterschiedliche
Spannungen abfallen. Die Differenz zwischen
diesen beiden Diodenspannungen (Vdiff) nimmt
mit steigender Temperatur linear zu. Für die
externe Temperaturmessung wird eine interne
Stromquelle verwendet und direkt die temperaturabhängige Spannung über einem Platinwiderstand PT1000 gemessen. Die von den Temperatursensoren gelieferten kleinen Spannungen
werden wahlweise über einen einseitigen oder
differenziellen Messverstärker verstärkt und mit
einem ADC gemessen (Bild 1).
Interne Temperaturmessung
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Lösung Digitalteil: Für die Steuerung des Gesamtsystems und für die digitale Signalverarbeitung auf dem ASIC wird ein IP-Block eines Mikroprozessors vom Typ ARM7TDMI verwendet.
Da der IP-Block über keine eigenen Interfaces
(IO) oder Speicher verfügt, sind alle diese separat entwickelten Blöcke mittels einer speziellen
«Memory Management Unit» an den Datenbus
des ARM7 angebunden (Bild 2).
Als externe Interfaces des ASICs stehen ein bidirektionaler Port mit 12 Pins (GPIO) sowie jeweils
eine serielle UART- und SPI-Schnittstelle zur Verfügung. Die Steuerung des Analogteils sowie des
ADCs erfolgt über interne bidirektionale Ports.
Programme können wahlweise aus einem internen ROM, einem externen ROM oder einem internen Programm-RAM ausgeführt werden. Das
Programm-RAM kann wahlweise über die serielle UART-Schnittstelle oder einen speziellen externen RAM-Port programmiert werden.
Blockschaltbild des Gesamtsystems
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