一種高精度CMOS溫度傳感器的設(shè)計(jì).pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)構(gòu)成元件，溫度傳感器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，人們對(duì)溫度傳感器性能的要求也越來(lái)越高。相比于傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，CMOS片上集成溫度傳感器將感溫元件與模數(shù)轉(zhuǎn)換器集成在同一芯片上，可直接輸出數(shù)字信號(hào);同時(shí)，集成溫度傳感器具有低成本、低功耗、高精度、高速度、高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，非常適合進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。目前大量應(yīng)用于工業(yè)控制、醫(yī)療器械、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
　　本文在研究分析各種基于寄生雙極型晶體管設(shè)計(jì)的C

2、MOS溫度傳感器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種高性能溫度傳感器。該傳感器采用帶隙感溫結(jié)構(gòu)，一方面利用雙極型晶體管基極-發(fā)射極電壓的負(fù)溫度特性產(chǎn)生與溫度相關(guān)的電壓;另一方面，基準(zhǔn)電壓的產(chǎn)生考慮到雙極型晶體管的非理想因素，在傳統(tǒng)一階補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上引入高階補(bǔ)償技術(shù)，大幅度提高了精度。結(jié)合低功耗及對(duì)系統(tǒng)工作速度要求不高等多方面因素考慮，選用低功耗SAR ADC作為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。在總體實(shí)現(xiàn)上，將帶隙基準(zhǔn)電路產(chǎn)生的與溫度無(wú)關(guān)的基準(zhǔn)電壓與兩個(gè)雙極型晶體管疊加產(chǎn)生

3、的與溫度相關(guān)的電壓進(jìn)行比較，然后通過SAR ADC將比較結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。
　　本研究基于CMOS0.18μm1P6M工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，電源電壓為3.3V。仿真結(jié)果顯示，帶隙基準(zhǔn)電路產(chǎn)生的兩個(gè)基準(zhǔn)電壓在-40℃～125℃溫度區(qū)間的波動(dòng)幅度為336μV和643μV，溫度系數(shù)分別達(dá)到1.16ppm/℃和3.66ppm/℃，并且低頻PSRR達(dá)到-100dB。溫度傳感器整體實(shí)現(xiàn)0.1℃的溫度分辨率，±0.35℃的絕對(duì)精度，平均電流為13