一种大量程低误差的CMOS温度传感器

发布时间：2017-04-25 03:02

  本文关键词：一种大量程低误差的CMOS温度传感器，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：温度传感器是将温度信号转换为电信号的元件,其利用晶体管与温度的特性曲线来测量温度,并将温度转换为电信号输出。温度传感器在生活中的利用范围非常广,传统温度传感器,例如热敏电阻或铂电阻,已在很早之前就被运用在了很多电子领域和控制系统中。相比较而言,在互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺下,设计于集成电路中的温度传感器有着面积小、成本低的独特优势,而此类温度传感器在精度和温度测量范围这两个重要指标上存在不足。针对精度和温度测量范围这两个重要指标,本文在TSMC90nm工艺下,设计了一个工作范围为-45℃-125℃,测量精度为±0.4℃的CMOS温度传感器。该温度传感器的设计主要包括温度传感电路部分,以及其后端sigma-delta模数转换器(ΣΔADC)部分,本文详细介绍了这两部分电路的理论基础,以及电路设计方案。为了达到该温度传感器的精度指标,本文在电路设计中针对不同的误差来源,采用了多重误差校正方法,其中包括曲率校正,动态匹配,电阻校准,电流增益消除技术,以及针对版图设计及流片工艺造成的不匹配而设计的解决方法等等。
【关键词】：温度传感器 ΣΔADC 动态匹配技术 曲率校正
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 本论文研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-11
• 1.3 论文的主要工作11-13
• 第2章 原理13-22
• 2.1 温度传感原理13-18
• 2.1.1 晶体管的选择13
• 2.1.2 BEV与温度的相关性13-14
• 2.1.3 BE!V与温度的相关性14
• 2.1.4 电荷守恒原理14-16
• 2.1.5 曲率校正16-18
• 2.1.6 系统框图18
• 2.2 过采样ΣΔADC的原理18-22
• 2.2.1 过采样技术18-19
• 2.2.2 噪声整形技术19-20
• 2.2.3 二阶ΣΔ结构20-22
• 第3章 温度传感器的电路设计22-36
• 3.1 核心电路22-29
• 3.1.1 整体核心电路设计22-24
• 3.1.2 动态匹配技术24-26
• 3.1.3 编码电路26-28
• 3.1.4 核心电路小结28-29
• 3.2 偏置电路29-36
• 3.2.1 偏置电路整体设计30-31
• 3.2.2 电流增益β的消除31-32
• 3.2.3 电阻校准32-34
• 3.2.4 偏移消除技术（offset cancellation）34-36
• 第4章 ΣΔADC的电路设计36-47
• 4.1 ADC整体设计36-37
• 4.2 α的实现及时钟电路37-39
• 4.2.1 α的实现37-38
• 4.2.2 时钟电路38-39
• 4.3 积分器39-44
• 4.3.1 开关电容积分器40-41
• 4.3.2 运算放大器41-44
• 4.4 比较器44-45
• 4.5 ΣΔADC电路设计总结45-47
• 第5章 版图设计及芯片测试47-52
• 5.1 版图设计47-49
• 5.1.1 整体版图设计47-48
• 5.1.2 整体电路的建立与仿真48-49
• 5.2 芯片测试49-52
• 5.2.1 测试方案49-50
• 5.2.2 测试结果50-52
• 结论52-53
• 参考文献53-56
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单56-57
• 致谢57

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本文编号：325466