温湿度传感器芯片的分析与设计
发布时间：2021-08-08 20:36
温度和湿度是比较常见的两个物理量,它们在各行各业被广泛的使用且与人们的日常生活息息相关,要检测环境的温度与湿度离不开传感器。由于集成温湿度传感器体积小、便携、制备成本低和可植入性高的优势,在不少领域已经取代了传统分立式温湿度传感器。近年来片上系统不断发展,对标准CMOS工艺制成的温湿度传感器的需求不断增加。温湿度传感器在要求高精确度的同时,还追求低功耗,低成本,高分辨率等参数。本文采用UMC 0.28μm标准CMOS工艺,设计了具有数字输出的温度传感器和具有模拟差分输出的湿度传感器。双极性晶体管被证明在已有半导体器件当中具有最好的温度特性,其基极发射极电压VBE是负温度系数变化的。两个工作在不同电流密度下的双极性晶体管基极发射极电压差值ΔVBE具有正温度系数。温度传感器利用标准CMOS工艺当中的衬底PNP双极性晶体管的VBE与ΔVBE电压参数,产生带隙基准。利用ΔVBE随绝对温度线性变化,受工艺、封装、电源电压的影响小等优点检测温度。两级Δ-ΣADC的使用使整个芯片对数字干扰不...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 国内外研究历史与现状
1.3 本文的主要贡献与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 温湿度传感器原理
2.1 温度传感器原理
2.1.1 智能温度传感器结构
2.1.2 BJT带温度系数电压的产生
2.1.3 双极性晶体管的工艺实现
2.2 湿度传感器原理
2.2.1 智能湿度传感器结构
2.2.2 湿度检测原理
2.2.3 湿度传感器电容结构
2.2.4 湿度传感器电容建模
2.3 本章小结
第三章 温度传感器电路图与仿真
3.1 基准源的设计
3.1.1 基准电压源产生原理
3.1.2 基准电压电路原理图
3.1.3 基准模块修调
3.1.4 带隙基准仿真
3.2 可编程放大器
3.2.1 可编程放大器工作原理
3.2.2 可编程放大器仿真
3.2.3 补偿原理推导
3.3 感温模块
3.3.1 开关电流技术原理
3.3.2 感温模块参数选取
3.3.3 感温模块失调
3.3.4 温度检测模块原理
3.3.5 感温模块仿真
3.4 振荡器的设计
3.4.1 振荡器原理
3.4.2 振荡器电路图
3.4.3 仿真结果
3.5 上电复位
3.5.1 上电复位原理
3.5.2 上电复位电路图
3.5.3 上电复位仿真
3.6 本章小结
第四章 湿度传感器电路图与仿真
4.1 感湿模块工作原理
4.2 湿度传感器感湿模块仿真
4.3 本章小结
第五章 芯片版图与整体仿真
5.1 版图设计要求
5.2 芯片的整体前后仿数据
5.3 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国传感器产业的技术和应用趋势[J]. 王召光. 电子技术与软件工程. 2014(04)
[2]传感器产业发展现状及前景分析[J]. 刘智勇. 黑龙江科技信息. 2013(24)
[3]CMOS工艺制备聚酰亚胺电容型湿度传感器及其性能[J]. 崔千红,杨子健,韦波,杨建红. 电子元件与材料. 2009(12)
[4]现代传感器发展方向[J]. 孙圣和. 电子测量与仪器学报. 2009(01)
[5]热电偶传感器的教学探讨[J]. 夏敖敖,谈增师. 常州信息职业技术学院学报. 2006(01)
[6]几种常用温度传感器的原理及发展[J]. 马净,李晓光,宁伟. 中国仪器仪表. 2004(06)
[7]智能温度传感器DS18B20的原理与应用[J]. 赵海兰,赵祥伟. 现代电子技术. 2003(14)
[8]智能温度传感器的发展趋势[J]. 沙占友. 电子技术应用. 2002(05)
[9]国外温度传感器发展现状和市场预测[J]. 刘忠玉. 传感器技术. 1989(05)
[10]温度传感器的发展与应用[J]. 于成民. 仪表工业. 1985(04)
硕士论文
[1]CMOS温度传感器的研究与设计[D]. 赵萌.东南大学 2017
[2]MEMS温湿度传感器集成系统设计[D]. 赵敏.东南大学 2016
[3]CMOS工艺聚酰亚胺电容型湿度传感器的研制[D]. 贾水英.兰州大学 2011
[4]高精度CMOS温度传感器的设计与实现[D]. 孟海涛.山东大学 2009
[5]CMOS工艺兼容的单片集成湿度传感器研究[D]. 彭韶华.东南大学 2006
本文编号：3330641
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 国内外研究历史与现状
1.3 本文的主要贡献与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 温湿度传感器原理
2.1 温度传感器原理
2.1.1 智能温度传感器结构
2.1.2 BJT带温度系数电压的产生
2.1.3 双极性晶体管的工艺实现
2.2 湿度传感器原理
2.2.1 智能湿度传感器结构
2.2.2 湿度检测原理
2.2.3 湿度传感器电容结构
2.2.4 湿度传感器电容建模
2.3 本章小结
第三章 温度传感器电路图与仿真
3.1 基准源的设计
3.1.1 基准电压源产生原理
3.1.2 基准电压电路原理图
3.1.3 基准模块修调
3.1.4 带隙基准仿真
3.2 可编程放大器
3.2.1 可编程放大器工作原理
3.2.2 可编程放大器仿真
3.2.3 补偿原理推导
3.3 感温模块
3.3.1 开关电流技术原理
3.3.2 感温模块参数选取
3.3.3 感温模块失调
3.3.4 温度检测模块原理
3.3.5 感温模块仿真
3.4 振荡器的设计
3.4.1 振荡器原理
3.4.2 振荡器电路图
3.4.3 仿真结果
3.5 上电复位
3.5.1 上电复位原理
3.5.2 上电复位电路图
3.5.3 上电复位仿真
3.6 本章小结
第四章 湿度传感器电路图与仿真
4.1 感湿模块工作原理
4.2 湿度传感器感湿模块仿真
4.3 本章小结
第五章 芯片版图与整体仿真
5.1 版图设计要求
5.2 芯片的整体前后仿数据
5.3 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国传感器产业的技术和应用趋势[J]. 王召光. 电子技术与软件工程. 2014(04)
[2]传感器产业发展现状及前景分析[J]. 刘智勇. 黑龙江科技信息. 2013(24)
[3]CMOS工艺制备聚酰亚胺电容型湿度传感器及其性能[J]. 崔千红,杨子健,韦波,杨建红. 电子元件与材料. 2009(12)
[4]现代传感器发展方向[J]. 孙圣和. 电子测量与仪器学报. 2009(01)
[5]热电偶传感器的教学探讨[J]. 夏敖敖,谈增师. 常州信息职业技术学院学报. 2006(01)
[6]几种常用温度传感器的原理及发展[J]. 马净,李晓光,宁伟. 中国仪器仪表. 2004(06)
[7]智能温度传感器DS18B20的原理与应用[J]. 赵海兰,赵祥伟. 现代电子技术. 2003(14)
[8]智能温度传感器的发展趋势[J]. 沙占友. 电子技术应用. 2002(05)
[9]国外温度传感器发展现状和市场预测[J]. 刘忠玉. 传感器技术. 1989(05)
[10]温度传感器的发展与应用[J]. 于成民. 仪表工业. 1985(04)
硕士论文
[1]CMOS温度传感器的研究与设计[D]. 赵萌.东南大学 2017
[2]MEMS温湿度传感器集成系统设计[D]. 赵敏.东南大学 2016
[3]CMOS工艺聚酰亚胺电容型湿度传感器的研制[D]. 贾水英.兰州大学 2011
[4]高精度CMOS温度传感器的设计与实现[D]. 孟海涛.山东大学 2009
[5]CMOS工艺兼容的单片集成湿度传感器研究[D]. 彭韶华.东南大学 2006
本文编号：3330641
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