數(shù)字式CMOS溫度檢測電路設(shè)計.pdf

1、溫度是一個基本的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究必不可少的關(guān)鍵物理參數(shù)之一。隨著信息時代的到來以及公眾對于公共安全、健康監(jiān)測、環(huán)保等諸多領(lǐng)域關(guān)注度的不斷提高，溫度傳感器的重要性不斷提高。溫度傳感器與集成電路技術(shù)的結(jié)合的集成溫度傳感器，具有低成本、低功耗、高精度、功能多樣等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用平臺更加廣闊，尤其在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，集成溫度傳感器是必不可少的。
　　本文在分析國內(nèi)外溫度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種新型溫度傳感器。與傳統(tǒng)的基于AD

2、C(Analog to Digital Converter,ADC)溫度傳感器不同，本次溫度傳感器采用TDC(Time to Digital Converter,TDC)完成信號的量化。首先，本此設(shè)計了兩種溫度感應(yīng)電路:基于感溫電流溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路，利用集成電阻和有源MOS電阻實(shí)現(xiàn)正溫度系數(shù)(Proportional to Absolute Temperature，PTAT)與負(fù)溫度系數(shù)(Complementary to Absolut

3、e Temperature，CTAT)兩條延時，利用兩者延時差，提高輸出延時與溫度的一階線性關(guān)系;基于感溫電壓的溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路，利用亞閾區(qū)的MOS管產(chǎn)生的PTAT電壓和CTAT電壓，控制電容的充電時間，實(shí)現(xiàn)PTAT延時和CTAT延時，同樣利用PTAT延時與CTAT的延時的延時差，提高輸出延時與溫度的一階線性關(guān)系。為提高TDC的溫度穩(wěn)定性，本文選用PLL-TDC，采用鎖相環(huán)(Phase Locked Loop，PLL)產(chǎn)生精確的時鐘信號

4、以及均勻的時鐘分相，作為TDC的測量的時鐘信號，采用多段式TDC分步量化，兼顧量程與分辨率，同時，為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
　　本設(shè)計采用GSMC0.18μm CMOS工藝，通過Cadence中的Spectre、Virtuo等工具完成了電路設(shè)計、前仿真、版圖設(shè)計以及后仿真驗(yàn)證。芯片測試結(jié)果表明:在電源電壓1.8V，-20℃～120℃的溫度范圍內(nèi)，基于感溫電流的溫度感應(yīng)電路能夠?qū)崿F(xiàn)1.29℃的精度，分辨率小于0.1℃，滿足設(shè)計要求;基于感