随着微电子技术和光电技术的进步,在消费类电子产品领域,光电传感器得到了越来越广泛的应用,比如平板电脑背景光自动调节、接听电话时手机自动关屏等功能都是通过光电传感器实现的,市场前景非常广阔。传统的光电传感器只是把光信号转换成电信号,实际应用中还需要对电信号进行量化处理,集成度也不高,这使得其应用有诸多不便。所以,数字化的、高度集成的光电传感器具有很重要的研究意义。本文的研究对象是一款集成了光电感测器和红外LED驱动的接近检测传感器芯片,该芯片内置可编程的中断接口和I2C通信接口,在使用上非常方便。为了解决干扰问题,本次设计采用光学镀膜技术和相关双采样(CDS)技术,使得该芯片能够有效抑制环境噪声(自然光、灯光等)及PD管(光电二极管)暗电流的影响。本文主要的研究工作有:1.对芯片数字控制电路部分所涉及到的重点技术进行了研究。针对数字系统在传输数据时总会受到各种干扰,难免会出现一些我们不希望的毛刺或随机扰动信号的问题,本文设计了一种能有效消抖和去毛刺的毛刺去除器;针对不同时钟域之间如何稳定传输数据的问题,本文着重分析了一种基于格雷码计数器的异步FIFO的设计方法;在数字电路设计中,状态机是整个设计的核心,状态机的优劣是设计能否成功的关键,所以本文还详细介绍了状态机的基本设计方法。2.对数字控制部分的具体电路设计进行了研究。首先对芯片的整体架构进行简单介绍,然后分别研究了I2C通信接口、数字控制核心、中断输出等子模块的具体设计方法。其中I2C通信接口负责芯片与外部电路的通信,主机可以通过该接口向芯片写入配置信息及读出检测数据;数字控制核心负责产生模拟电路的控制信号,论文中着重讨论了相关双采样技术的具体实现方法;中断模块负责在检测数据超出阈值时产出中断输出,这使该芯片在使用上非常方便。3.对数字控制电路的版图实现进行了研究。本文详细介绍了采用自动布局布线工具Encounter进行布局规划、时钟树综合及布线的方法。其中布局规划是整个后端设计的核心部分,布局的好坏会直接影响版图面积、IR压降、布线能否布通、时序能否闭合等情况;时钟的产生和分布对系统的性能和功耗会产生显著的影响,一个优秀的时钟树对后端设计至关重要。然后本文还对布线时遇到的问题逐一进行分析和解决,实现了从门级网表到GDSII版图文件的转换。4.在芯片设计的各个环节,本文采用功能仿真、静态时序分析、形式验证等方法确保设计的正确性。该款接近检测传感器芯片采用3.3V 0.35μm CMOS工艺,目前已流片成功,测试结果表明:芯片工作稳定,性能良好,满足设计要求。