一種高精度CMOS溫度傳感器的設計.pdf

1、隨著物聯網技術的快速發(fā)展，作為物聯網的基礎構成元件，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轉換器集成在同一芯片上，可直接輸出數字信號;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。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生與溫度相關的電壓;另一方面，基準電壓的產生考慮到雙極型晶體管的非理想因素，在傳統(tǒng)一階補償的基礎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作為模數轉換模塊。在總體實現上，將帶隙基準電路產生的與溫度無關的基準電壓與兩個雙極型晶體管疊加產生

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0.1℃的溫度分辨率，±0.35℃的絕對精度，平均電流為13