一种基于RC振荡器的片上温度传感器设计

发布时间：2020-01-29 20:48

【摘要】：CMOS温度传感器广泛应用于集成电路温度测量、医疗仪器以及射频识别电路(RFID)等各个方面,它具有电路结构简单、低成本、低功耗、体积小等优点。CMOS温度传感器的广泛应用需求不断地推动了其研究进展,设计出性能更高、功耗更低、成本更低的CMOS温度传感器成为传感器技术领域的一个重要课题。本文的主要工作内容分为以下3点:1、通过对文献资料的阅读,了解了传感器技术的重要性,以及传感器的应用价值。同时,结合超大规模集成电路(VLSI)技术和温度测量技术,对近十几年来国内外CMOS温度传感器的研究进展及发展趋势进行了归纳总结。针对SD/MMC控制器的片上温度测量需求,分析了应用于该控制器的CMOS温度传感器的设计要求。2、详细地介绍了CMOS温度传感器设计的基本理论。首先对CMOS工艺下晶体管的基本特性进行介绍,着重分析了在CMOS工艺下晶体管各种参数的温度特性。详细介绍了如何利用MOS管阈值电压特性,双极型晶体管的基极-发射极电压特性,以及CMOS振荡器输出频率随温度变化的特性,进行温度传感器设计的方法。并介绍了模数转换器(ADC)和计数器,这两种CMOS温度传感器中常用的将模拟信号转换为数字信号的方法。3、设计了一种基于RC振荡器的CMOS温度传感器电路,分模块对电路的各个部分进行了详细的分析与仿真测试。由于采用了RC振荡器加计数器的架构,使电路设计的复杂度大大降低。该电路总体架构简单、工作电压低,能够通过软件启动或关闭电路,且电路启动时间快。采用TSMC 0.18μm CMOS工艺库,利用Cadence Spectre仿真软件对该温度传感器整体电路进行仿真。流片后,对实际芯片进行测试,测试结果表明:在-10℃到80℃的温度范围内,传感器的测温精度能够达到±3℃,满足应用需求。
【图文】：

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杭州电子科技大学硕士学位论文第二章 CMOS 温度传感器设计的基本理论件的基本原理件的基本工作原理示是 NMOS 管的简化结构示意图。衬底是 p 型材料，NMO的两个重掺杂 n 区，用 n+表示。栅极材料是重掺杂、导电层薄的氧化物 SiO2隔离。栅极氧化层下的衬底区就是器件漏端的栅尺寸用 L 表示，称为栅长，而与它垂直方向上的栅 W 是 CMOS 集成电路中两个重要的设计参数。

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理想 I-V 特性，DSV 表示漏极和源极之间的电压，GSV 表示栅-V 特性主要分为以下 3 个区域：，导电沟道未形成，MOS 器件处于截止区，没有THV 时，器件工作在线性区，也称为三极管区。2D n OX GS TH DS DS1[( - ) ]2WI C V V V VL 的迁移率，OXC 表示单位面积的栅氧化层电容，动电压。此时，电流DI 随着GSV 的增大而增加。，并且在DS GS THV V V时，电流达到最大值。TH V时，器件工作在饱和区，此时相对恒定，2D n OX GS TH1( - )2WI C V VL ，此时DI 与DSV 无关。管的理想 I-V 特性示意图。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212.11

【参考文献】