溫度是一個(gè)基本的物理量,是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究必不可少的關(guān)鍵物理參數(shù)之一。隨著信息時(shí)代的到來以及公眾對于公共安全、健康監(jiān)測、環(huán)保等諸多領(lǐng)域關(guān)注度的不斷提高,溫度傳感器的重要性不斷提高。溫度傳感器與集成電路技術(shù)的結(jié)合的集成溫度傳感器,具有低成本、低功耗、高精度、功能多樣等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用平臺(tái)更加廣闊,尤其在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,集成溫度傳感器是必不可少的。本文在分析國內(nèi)外溫度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種新型溫度傳感器。與傳統(tǒng)的基于ADC(Analog to Digital Converter,ADC)溫度傳感器不同,本次溫度傳感器采用 TDC(Time to Digital Converter,TDC)完成信號(hào)的量化。首先,本此設(shè)計(jì)了兩種溫度感應(yīng)電路:基于感溫電流溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路,利用集成電阻和有源MOS電阻實(shí)現(xiàn)正溫度系數(shù)(Proportional to Absolute Temperature,PTAT)與負(fù)溫度系數(shù)(Complementary to Absolute Temperature,CTAT)兩條延時(shí),利用兩者延時(shí)差,提高輸出延時(shí)與溫度的一階線性關(guān)系;基于感溫電壓的溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路,利用亞閾區(qū)的MOS管產(chǎn)生的PTAT電壓和CTAT電壓,控制電容的充電時(shí)間,實(shí)現(xiàn)PTAT延時(shí)和CTAT延時(shí),同樣利用PTAT延時(shí)與CTAT的延時(shí)的延時(shí)差,提高輸出延時(shí)與溫度的一階線性關(guān)系。為提高TDC的溫度穩(wěn)定性,本文選用PLL-TDC,采用鎖相環(huán)(Phase Locked Loop,PLL)產(chǎn)生精確的時(shí)鐘信號(hào)以及均勻的時(shí)鐘分相,作為TDC的測量的時(shí)鐘信號(hào),采用多段式TDC分步量化,兼顧量程與分辨率,同時(shí),為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)采用GSMC 0.18μm CMOS工藝,通過Cadence中的Spectre、Virtuo等工具完成了電路設(shè)計(jì)、前仿真、版圖設(shè)計(jì)以及后仿真驗(yàn)證。芯片測試結(jié)果表明:在電源電壓1.8V,-20℃-120℃的溫度范圍內(nèi),基于感溫電流的溫度感應(yīng)電路能夠?qū)崿F(xiàn)1.29℃的精度,分辨率小于0.1℃,滿足設(shè)計(jì)要求;基于感溫電壓的溫度感應(yīng)電路,在-20℃～120℃的溫度范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)1.31℃的精度。LL-TDC在15.625MHz輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘條件下可實(shí)現(xiàn)500ps分辨率。溫度檢測電路的整體系統(tǒng)后仿真表明,溫度檢測電路功能正常,在測溫范圍內(nèi),各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH811

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2820138