低功耗低失調(diào)數(shù)字體溫計的研究與設計.pdf

1、本文概述了體溫計以及集成溫度傳感器的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和趨勢。闡述了CMOS集成溫度傳感器的原理和優(yōu)勢，指出了本課題的研究意義。分析了CMOS工藝下MOS器件的溫度特性，對MOS電容和MOS模擬開關的結(jié)構做了研究。對基準源的類型和優(yōu)缺點進行了分析和比較，指出帶隙基準源的優(yōu)點，選取了改進型帶隙基準源的結(jié)構。研究了CMOS電路功耗的組成與產(chǎn)生原因，闡述了降低功耗的主要途徑，并按照低功耗、高可靠性要求設計了體溫計的整體電路。深入剖析了電路的失調(diào)機

2、理，結(jié)合目前流行的斬波調(diào)制技術，設計了低失調(diào)基準電路。通過對各類集成溫度傳感器性能和特點的研究，設計了新的低功耗占空比調(diào)制型數(shù)字體溫計電路，包括溫度傳感電路、一階∑-△調(diào)制電路和數(shù)字占空比檢測電路。溫度傳感電路以襯底PNP型BJT作為感溫元件，采用電流輸出模式，按照帶隙基準原理獲得與絕對溫度成正比(PTAT)電流以及與絕對溫度成反比(CTAT)電流，并以前者作為與溫度相關的原始電信號。在電路設計上一方面改進運放結(jié)構，采用低壓共源共柵結(jié)構

3、以提高其增益，另一方面整體傳感電路采用自偏置結(jié)構和共源共柵電流鏡結(jié)構，在低電源電壓下成功設計了低功耗、低失調(diào)、高線性度和高電源電壓抑制比的PTAT電流產(chǎn)生電路。根據(jù)前級溫度傳感電路的電流信號，在滿足性能要求的前提下盡量簡化電路，設計出的一階∑-△調(diào)制電路不但很好地完成了信號轉(zhuǎn)換，而且更符合一體化結(jié)構的要求。電路中的偏置均由基準源提供，降低了功耗和芯片面積。選擇折線插值法進行非線性校正，通過硬件描述語言Verilog對體溫計的占空比檢測電