CMOS集成溫度傳感器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、科學(xué)技術(shù)離不開測量，測量的目的就是要獲得有關(guān)被測對象的物理或化學(xué)性質(zhì)的信息，以便根據(jù)這些信息對被測對象進(jìn)行評價(jià)或控制，完成這一功能的器件我們稱之為傳感器。傳感器被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和航空等領(lǐng)域，作為許多應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，已經(jīng)成為當(dāng)今世界發(fā)達(dá)國家普遍重視并大力發(fā)展的高新技術(shù)之一。 本論文采用正向設(shè)計(jì)方法，研究設(shè)計(jì)了一種基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的集成溫度傳感器，該溫度傳感器可用于對環(huán)境溫度及體溫的精確測量，具有體積小、測量

2、范圍廣、精度高的特點(diǎn)。本文主要研究設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：溫度傳感器類型及不同測量方法的研究，∑-△轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究，溫度傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究設(shè)計(jì)，溫度轉(zhuǎn)換器部分各個功能模塊的研究設(shè)計(jì)，數(shù)字濾波器的研究設(shè)計(jì)等。本文研究設(shè)計(jì)的溫度傳感器共由兩部分組成：集成溫度轉(zhuǎn)換器部分及數(shù)字濾波器部分。集成溫度轉(zhuǎn)換器部分包括：感溫元件、正溫度系數(shù)電流采集電路、負(fù)溫度系數(shù)電流采集電路、1．2V及0．6V帶隙基準(zhǔn)源、電壓比較器、CMOS開關(guān)電路及輸出緩沖模塊等。數(shù)字濾波

3、器部分包括：CMOS異步計(jì)數(shù)器、D觸發(fā)器與D鎖存器、窄脈沖發(fā)生電路等。 本論文運(yùn)用Cadence工具的Virtuoso軟件對研究設(shè)計(jì)的溫度傳感器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；并用Spectre電路仿真工具對溫度轉(zhuǎn)換器的各個模塊電路和整體電路進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，所用器件模型參數(shù)均采用臺積電0．35μmCMOS工藝模型。溫度轉(zhuǎn)換器部分工作電壓3V，外接50nf電容時工作頻率400KHz，最大功耗不超過0．3mW，可測量溫度范圍從-20℃到60℃，最小精

4、度0．2℃；其中正溫度系數(shù)電流的溫度變化率為0．01439μA/℃，負(fù)溫度系數(shù)電流的溫度變化率為0．03775μA/℃；基準(zhǔn)輸出電壓1．2V和0．6V，溫度調(diào)整率分別為0．001375mV℃和0．004375mV/℃；帶隙基準(zhǔn)中的運(yùn)算放大器開環(huán)增益95dB，相位裕度60°，單位增益帶寬為8．6MH，電源抑制比79dB，失調(diào)電壓278．05μV；電壓比較器增益達(dá)到76．5dB，頻率850KHz時增益開始下降。各性能參數(shù)經(jīng)仿真驗(yàn)證都滿足要求