CMOS工藝集成溫度傳感器的設(shè)計.pdf

1、CMOS工藝集成溫度傳感器采用現(xiàn)代CMOS工藝技術(shù)，將傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器集成在一塊芯片上，充分利用了(2MOS工藝的高集成度、易于大批量生產(chǎn)的優(yōu)點，實現(xiàn)了微型化和低成本。另外，CMOS工藝集成溫度傳感器能夠很容易地實現(xiàn)片內(nèi)數(shù)據(jù)處理與分析，體現(xiàn)了現(xiàn)代傳感器技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化與智能化的趨勢，具有廣泛的應(yīng)用前景。 本論文討論了利用CMOS工藝技術(shù)實現(xiàn)傳感器設(shè)計的原理和方法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一款具有±1℃分辨能力的CMOS工藝集成溫度傳感

2、器。CMOS工藝集成溫度傳感器包括利用硅材料制作的溫度轉(zhuǎn)換電路、一個片內(nèi)集成的10位AD轉(zhuǎn)換器、以及各種接口電路。論文對CMOG工藝集成溫度傳感器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計進(jìn)行了闡述，并針對溫度轉(zhuǎn)換電路以及AD轉(zhuǎn)換器作了重點研究，就如何優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)、克服電路中的非線性誤差、最終提高CMOS工藝集成溫度傳感器的線性與精度作了具體分析。 集成溫度傳感器的線性、精度以及功耗等特性主要由溫度轉(zhuǎn)換電路和AD轉(zhuǎn)換器決定。由于運放的輸入失調(diào)極大影響了溫度轉(zhuǎn)

3、換電路的精度，論文分析了運放輸入失調(diào)的產(chǎn)生機(jī)理，并在設(shè)計中采取了保證器件匹配的布局來消除工藝制造引起的偏差。同時，在分析工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上提出了若干決定運放器件尺寸的設(shè)計原則。為了進(jìn)一步提高精度，本文采用了二階曲率校正技術(shù)來補(bǔ)償VBE的溫度非線性。 出于低成本、低功耗的考慮，本文采用了結(jié)構(gòu)相對簡單，面積相對更小、功耗更低的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR-ADC)。相比于∑△模數(shù)轉(zhuǎn)換器，逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器因其制造工藝與現(xiàn)代數(shù)字CMOS工

4、藝的兼容性好、更易于在較低的工藝成本下實現(xiàn)，在現(xiàn)代超大規(guī)模集成電路(VLSI)與片上系統(tǒng)(SOC)中得到廣泛應(yīng)用。為了提高轉(zhuǎn)換精度，逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用了全差分的電路結(jié)構(gòu)，并引入了失調(diào)消除機(jī)制。為了實現(xiàn)高速、高精度，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的比較器采用了預(yù)放大一鎖存放大的兩級結(jié)構(gòu)。另外，為了消除工藝偏差引起的精度下降，本文對逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電阻陣列以及電容陣列采用了中心對稱等版圖布局。 本論文采用0.15um標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝最終實現(xiàn)了溫