基于22nm FinFET工艺数字温度传感器的研究与设计
发布时间：2021-01-07 22:59
数字温度传感器（DTS）是一种将温度实时转化为可读取式二进制编码的电路。数字温度传感器在集成电路芯片温度监测中起着至关重要的作用,能够预防高温对芯片造成不可逆转的损坏。近年来,随着大规模集成电路的飞速发展与制造工艺的日趋精进,温度传感器的精度越来越高,商业应用越来越广泛。然而在手机芯片应用中,当前的温度传感器能满足高精度要求,但是由于芯片内部温度变化非常快速（50μs/℃）,不能满足实时检测要求,因此实时获取准确的温度数值是温度传感器芯片亟待解决的关键问题,实现实时性和准确性兼具的DTS电路结构是十分必要的。本文针对高精度和高实时性的应用需求,基于22nm FinFET的先进工艺技术,开展了数字温度传感器的电路设计和版图设计工作。本文首先实现了带隙基准和sigma-delta ADC两个关键模块,然后从顶层电路方面提升相关性能。为了实现DTS的高精度性能,研究中首先选取了电阻高阶补偿的带隙基准电路结构,和可覆盖电压值变化范围的电阻调节电路,其次选用改进比较器输出电阻的一阶sigma-delta ADC结构,最后引入了参数offset和参数slope以修正温度公式。同时为了兼顾高速度实时...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究发展现状
1.3 论文结构
第二章 DTS概述
2.1 DTS原理及主要参数
2.2 带隙基准电路模块
2.2.1 带隙基准基本结构
2.2.2 带隙基准研究方向
2.3 ADC模块
2.3.1 ADC分类及原理
2.3.2 一阶sigma-delta ADC调制器
2.4 本章小结
第三章 高精度实时性DTS关键模块设计
3.1 高精度带隙基准电路模块设计
3.1.1 带隙基准电路结构
3.1.2 电阻补偿高阶温度系数
3.1.3 高增益运算放大器
3.1.4 高精度可调节电阻电路
3.1.5 BJT数目匹配
3.2 一阶sigma-delta ADC模块设计
3.2.1 sigma-delta ADC电路
3.2.2 两相非重叠时钟
3.2.3 高精度比较器设计
3.2.4 实时性能数字计数器
3.3 实时性能自我校准电路
3.4 本章小结
第四章 基于先进工艺DTS设计
4.1 FinFET先进工艺
4.1.1 FinFET结构
4.1.2 先进与传统工艺对比
4.2 DTS顶层电路设计
4.2.1 顶层电路结构
4.2.2 温度公式修正
4.3 低功耗控制模式
4.3.1 时钟分频模式
4.3.2 测试模式
4.4 版图设计
4.5 本章小结
第五章 DTS仿真及测试结果分析
5.1 高精度实时性仿真验证
5.1.1 带隙基准和ADC仿真验证
5.1.2 顶层电路高精度实时性验证
5.1.3 功耗仿真验证
5.2 可靠性验证
5.2.1 RV验证
5.2.2 EOS及 Aging验证
5.3 流片测试结果
5.4 工程应用产品对比
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]Curvature Compensated CMOS Bandgap Reference with Novel Process Variation Calibration Technique[J]. Jiancheng Zhang,Mao Ye,Yiqiang Zhao,Gongyuan Zhao. Journal of Beijing Institute of Technology. 2018(02)
[2]A 14b 250MSps Pipelined ADC with Digital Self-calibration in 0.18μm CMOS Process[J]. LIU Haitao,WU Junjie,ZHANG Lizheng,DENG Qing,SUN Jie. Chinese Journal of Electronics. 2018(03)
本文编号：2963405
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究发展现状
1.3 论文结构
第二章 DTS概述
2.1 DTS原理及主要参数
2.2 带隙基准电路模块
2.2.1 带隙基准基本结构
2.2.2 带隙基准研究方向
2.3 ADC模块
2.3.1 ADC分类及原理
2.3.2 一阶sigma-delta ADC调制器
2.4 本章小结
第三章 高精度实时性DTS关键模块设计
3.1 高精度带隙基准电路模块设计
3.1.1 带隙基准电路结构
3.1.2 电阻补偿高阶温度系数
3.1.3 高增益运算放大器
3.1.4 高精度可调节电阻电路
3.1.5 BJT数目匹配
3.2 一阶sigma-delta ADC模块设计
3.2.1 sigma-delta ADC电路
3.2.2 两相非重叠时钟
3.2.3 高精度比较器设计
3.2.4 实时性能数字计数器
3.3 实时性能自我校准电路
3.4 本章小结
第四章 基于先进工艺DTS设计
4.1 FinFET先进工艺
4.1.1 FinFET结构
4.1.2 先进与传统工艺对比
4.2 DTS顶层电路设计
4.2.1 顶层电路结构
4.2.2 温度公式修正
4.3 低功耗控制模式
4.3.1 时钟分频模式
4.3.2 测试模式
4.4 版图设计
4.5 本章小结
第五章 DTS仿真及测试结果分析
5.1 高精度实时性仿真验证
5.1.1 带隙基准和ADC仿真验证
5.1.2 顶层电路高精度实时性验证
5.1.3 功耗仿真验证
5.2 可靠性验证
5.2.1 RV验证
5.2.2 EOS及 Aging验证
5.3 流片测试结果
5.4 工程应用产品对比
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]Curvature Compensated CMOS Bandgap Reference with Novel Process Variation Calibration Technique[J]. Jiancheng Zhang,Mao Ye,Yiqiang Zhao,Gongyuan Zhao. Journal of Beijing Institute of Technology. 2018(02)
[2]A 14b 250MSps Pipelined ADC with Digital Self-calibration in 0.18μm CMOS Process[J]. LIU Haitao,WU Junjie,ZHANG Lizheng,DENG Qing,SUN Jie. Chinese Journal of Electronics. 2018(03)
本文编号：2963405
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