数字式CMOS温度检测电路设计

发布时间：2020-09-16 17:20

　　 温度是一个基本的物理量,是工农业生产及科学研究必不可少的关键物理参数之一。随着信息时代的到来以及公众对于公共安全、健康监测、环保等诸多领域关注度的不断提高,温度传感器的重要性不断提高。温度传感器与集成电路技术的结合的集成温度传感器,具有低成本、低功耗、高精度、功能多样等优点,应用平台更加广阔,尤其在物联网应用中,集成温度传感器是必不可少的。本文在分析国内外温度传感器的发展现状基础上,设计了一种新型温度传感器。与传统的基于ADC(Analog to Digital Converter,ADC)温度传感器不同,本次温度传感器采用 TDC(Time to Digital Converter,TDC)完成信号的量化。首先,本此设计了两种温度感应电路:基于感温电流温度脉冲转换电路,利用集成电阻和有源MOS电阻实现正温度系数(Proportional to Absolute Temperature,PTAT)与负温度系数(Complementary to Absolute Temperature,CTAT)两条延时,利用两者延时差,提高输出延时与温度的一阶线性关系;基于感温电压的温度脉冲转换电路,利用亚阈区的MOS管产生的PTAT电压和CTAT电压,控制电容的充电时间,实现PTAT延时和CTAT延时,同样利用PTAT延时与CTAT的延时的延时差,提高输出延时与温度的一阶线性关系。为提高TDC的温度稳定性,本文选用PLL-TDC,采用锁相环(Phase Locked Loop,PLL)产生精确的时钟信号以及均匀的时钟分相,作为TDC的测量的时钟信号,采用多段式TDC分步量化,兼顾量程与分辨率,同时,为提高系统稳定性。本设计采用GSMC 0.18μm CMOS工艺,通过Cadence中的Spectre、Virtuo等工具完成了电路设计、前仿真、版图设计以及后仿真验证。芯片测试结果表明:在电源电压1.8V,-20℃-120℃的温度范围内,基于感温电流的温度感应电路能够实现1.29℃的精度,分辨率小于0.1℃,满足设计要求;基于感温电压的温度感应电路,在-20℃～120℃的温度范围内能够实现1.31℃的精度。LL-TDC在15.625MHz输入参考时钟条件下可实现500ps分辨率。温度检测电路的整体系统后仿真表明,温度检测电路功能正常,在测温范围内,各项指标达到设计要求。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH811

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 林荣;蔡敏;黄伟朝;李正平;;新型低功耗CMOS片上温度传感器设计[J];传感技术学报;2011年07期

2 金善子;;模拟电路版图设计中的匹配艺术[J];中国集成电路;2006年12期

相关硕士学位论文 前7条

1 唐豪杰;高精度数字式CMOS温度检测电路设计[D];东南大学;2016年

2 陈彦如;一种大量程低误差的CMOS温度传感器[D];北京理工大学;2016年

3 杨凡;基于BJT的温度传感器的研究与设计[D];复旦大学;2014年

4 方刘禄;基于SAR ADC的CMOS温度传感器的设计[D];复旦大学;2014年

5 简足勇;集成于无源RFID标签芯片的CMOS温度传感器设计[D];电子科技大学;2013年

6 梁永勤;高精度低功耗CMOS温度传感器的设计[D];西安电子科技大学;2013年

7 文剑;CMOS数字集成温度传感器的研究与设计[D];湖南大学;2005年

本文编号：2820138