【摘 要】
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近几年来,随着科学技术的飞速进步,芯片可集成的功能模块越来越多,电子类产品的功能更加丰富,体积逐渐减小,功耗逐渐增大,系统的温度变得不容忽视,许多高度集成的系统通常会集成一个温度传感器,用来检测系统内部的温度变化,以防温度异常对系统功能造成影响,在系统功能保护上起着重要作用。目前,国内对温度传感器芯片的研究进度逐步加快,高精度、低功耗、智能化等方向成为当下研究的热点。本文在充分调研温度传感器国内外
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近几年来,随着科学技术的飞速进步,芯片可集成的功能模块越来越多,电子类产品的功能更加丰富,体积逐渐减小,功耗逐渐增大,系统的温度变得不容忽视,许多高度集成的系统通常会集成一个温度传感器,用来检测系统内部的温度变化,以防温度异常对系统功能造成影响,在系统功能保护上起着重要作用。目前,国内对温度传感器芯片的研究进度逐步加快,高精度、低功耗、智能化等方向成为当下研究的热点。本文在充分调研温度传感器国内外研究现状的基础上,基于SMIC 0.35μm CMOS工艺,研究和设计了一款高精度的CMOS温度传感器芯片。采用纵向寄生型PNP管作为感温元件,利用PNP管基极-发射极电压VBE与温度成反比,而偏置在一定电流比例下的两个PNP管的基极-发射极电压之差δVBE与温度成正比的特性,产生负温度系数电流Isource和正温度系数电流Isink,完成了一个基于带隙基准结构的感温电路设计;采用动态匹配技术降低工艺失配对正温度系数电压δVBE的影响,嵌套斩波技术降低运算放大器失调电压和闪烁噪声对负温度系数电压VBE的影响;设计了高精度的Σ-δ ADC对负温度系数电流Isource和正温度系数电流Isink做精确量化以得到最后代表测量温度的数字输出。基于Cadence软件平台,完成温度传感器芯片的电路模块设计,利用AMS和Spectre完成仿真验证,当电源电压为5V,工作温度为-25℃～100℃时,在各工艺角下对芯片整体电路做数模混合仿真,测温精度是-2℃～1℃;利用Virtuoso和Calibre完成温度传感器芯片的整体版图设计,最终版图总面积为1253×1145μm2,利用AMS对芯片整体电路做后仿真验证,测温精度是-2℃～1.5℃。该高精度CMOS温度传感器芯片可数字输出,具有很好的兼容性,可应用于消费类电子、家用电器、工业控制等领域。
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