高精度CMOS溫度傳感器的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、片上集成的CMOS溫度傳感器集成了溫度傳感電路和信號處理電路，可檢測芯片和環(huán)境溫度，具有低成本、低功耗的優(yōu)點。但是由于工藝偏差等非理想因素的限制，CMOS溫度傳感器比傳統(tǒng)溫度傳感器測溫范圍窄、精度差。 本文分析了雙極晶體管的溫度和工藝特性，克服了限制CMOS溫度傳感器精度的各種非理想因素的限制，實現(xiàn)了高精度的CMOS溫度傳感器。設(shè)計的CMOS溫度傳感器由基于襯底寄生PNP管的溫度傳感電路和低速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器兩部分電路組成。溫度

2、傳感電路在傳統(tǒng)的PNP管BGR（帶隙基準源）電路基礎(chǔ)上，充分利用CMOS工藝下可實現(xiàn)的雙極型晶體管的溫度和工藝特性，采用獨立的PTM、偏置、斬波穩(wěn)零、動態(tài)匹配以及二階非線性補償?shù)却胧┫抢硐胍蛩氐挠绊?。低速高精度模?shù)轉(zhuǎn)換器包含∑-△調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器兩部分，論文分別采用1階和4階∑-△調(diào)制器進行噪聲整形，以滿足功耗和精度的折衷。 論文設(shè)計的溫度傳感器在SMIC0．18um1P6M工藝下實現(xiàn)，核心芯片面積0．5×0．6m㎡，

3、芯片電源電壓1．8V，總體功耗2．5mW。芯片測試結(jié)果表明，溫度誤差小于±1℃（0-80℃）。在此基礎(chǔ)上，論文對電路進行改進，提高了傳感精度，后仿真結(jié)果表明，在-50-100℃范圍內(nèi)最大溫度誤差小于±0．3℃。 本文的主要工作和創(chuàng)新點如下： 1．設(shè)計了中等精度和高精度兩款片上集成的CMOS溫度傳感器。傳感器核心電路中采用了動態(tài)匹配、斬波穩(wěn)零等精密技術(shù)，實現(xiàn)了高精度的溫度傳感；高精度∑-△ADC可采用1階和4階∑-△調(diào)制器

4、分別實現(xiàn)低功耗和高精度要求。測試或仿真表明，所設(shè)計的CMOS溫度傳感器滿足低功耗高精度的設(shè)計要求。 2．分析了雙極型晶體管的溫度和工藝特性，對比了CMOS工藝下可實現(xiàn)的兩種寄生雙極型晶體管的溫度特性，選取襯底寄生PNP管作為溫度傳感的核心器件，對襯底寄生PNP管的各種非理想特性作了定量分析，并提出相應(yīng)的措施消除非理想特性的影響。 3．建立了寬帶高精度的級聯(lián)∑-△調(diào)制器的行為級仿真模型，模型中綜合考慮了運放的建立特性、噪聲