一種高精度CMOS溫度傳感器的設計.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎構成元件，溫度傳感器的應用范圍不斷擴大，人們對溫度傳感器性能的要求也越來越高。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)轉換器集成在同一芯片上，可直接輸出數(shù)字信號;同時，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，非常適合進行大規(guī)模生產(chǎn)。目前大量應用于工業(yè)控制、醫(yī)療器械、環(huán)境監(jiān)測等領域。
　　本文在研究分析各種基于寄生雙極型晶體管設計的C

2、MOS溫度傳感器的基礎上，設計了一種高性能溫度傳感器。該傳感器采用帶隙感溫結構，一方面利用雙極型晶體管基極-發(fā)射極電壓的負溫度特性產(chǎn)生與溫度相關的電壓;另一方面，基準電壓的產(chǎn)生考慮到雙極型晶體管的非理想因素，在傳統(tǒng)一階補償?shù)幕A上引入高階補償技術，大幅度提高了精度。結合低功耗及對系統(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)轉換模塊。在總體實現(xiàn)上，將帶隙基準電路產(chǎn)生的與溫度無關的基準電壓與兩個雙極型晶體管疊加產(chǎn)生

3、的與溫度相關的電壓進行比較，然后通過SAR ADC將比較結果轉換成數(shù)字信號輸出。
　　本研究基于CMOS0.18μm1P6M工藝進行設計，電源電壓為3.3V。仿真結果顯示，帶隙基準電路產(chǎn)生的兩個基準電壓在-40℃～125℃溫度區(qū)間的波動幅度為336μV和643μV，溫度系數(shù)分別達到1.16ppm/℃和3.66ppm/℃，并且低頻PSRR達到-100dB。溫度傳感器整體實現(xiàn)0.1℃的溫度分辨率，±0.35℃的絕對精度，平均電流為13