高精度數(shù)字式CMOS溫度檢測電路設計.pdf

1、隨著全球物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)熱潮的興起，溫度傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎構成元件，市場應用范圍不斷擴大。為了滿足市場多方面的需求，人們對溫度傳感器的要求也越來越高，希望其高精度、低功耗、低成本、輕便等。而與集成電路工藝完美結(jié)合的集成溫度傳感器，可集成在一塊芯片上，適合大規(guī)模生產(chǎn)，成本低，精度和功耗都能滿足要求，能很好地滿足物聯(lián)網(wǎng)的應用。
　　本文設計了一種高精度數(shù)字式CMOS溫度檢測電路，其量化模塊采用

2、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換(Time ToDigital Converter，TDC)量化，相比于傳統(tǒng)的采用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(Analog To Digital Converter，ADC)的量化方式，前者在能達到相同精度的前提下，電路功耗更低、面積更省?；诖吮疚脑O計的溫度檢測電路由溫度轉(zhuǎn)脈寬的接口電路與TDC兩大模塊組成。接口電路模塊中，本文歸納分析了集成電阻、PN結(jié)、MOS管的感溫原理，在此基礎上提出了利用MOS管與多晶硅(Poly)電阻作為感溫元

3、件，通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成對應的正溫度系數(shù)(Proportional To Absolute Temperature，PTAT)與負溫度系數(shù)(Complementary To Absolute Temperature，CTAT)兩條延時。兩條延時采用二階溫度系數(shù)補償?shù)姆椒?，得到脈寬與溫度的高度一階線性，實現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換為延時(T-Pulse)的目的。TDC量化模塊中，本文第一次采用溫度補償型壓控環(huán)振TDC結(jié)構，該結(jié)構采用溫度補償型偏置提供壓

4、控電壓，環(huán)振頻率的溫度穩(wěn)定性較差。針對此本文第二次采用延遲鎖相環(huán)(Delay Locked Loop，DLL)壓控環(huán)振型TDC結(jié)構，該結(jié)構采用DLL提供壓控電壓，環(huán)振頻率的溫度穩(wěn)定性得到了很大改善。
　　本文在TSMC0.35μm CMOS工藝條件下，采用Cadence中的Spectre、Virtuo等軟件完成了電路結(jié)構與版圖設計，以及電路的前后仿真驗證，并進行了MPW流片驗證。測試結(jié)果表明，在電源電壓3.3V，測溫范圍-40℃～