發(fā)布時間：2020-09-16 17:20

　　 溫度是一個基本的物理量,是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學研究必不可少的關(guān)鍵物理參數(shù)之一。隨著信息時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,應用平臺更加廣闊,尤其在物聯(lián)網(wǎng)應用中,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)狀基礎上,設計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)完成信號的量化。首先,本此設計了兩種溫度感應電路: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電阻實現(xiàn)正溫度系數(shù)(Proportional to Absolute Temperature,PTAT)與負溫度系數(shù)(Complementary to Absolute Temperature,CTAT)兩條延時,利用兩者延時差,提高輸出延時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,控制電容的充電時間,實現(xiàn)PTAT延時和CTAT延時,同樣利用PTAT延時與CTAT的延時的延時差,提高輸出延時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)生精確的時鐘信號以及均勻的時鐘分相,作為TDC的測量的時鐘信號,采用多段式TDC分步量化,兼顧量程與分辨率,同時,為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。本設計采用GSMC 0.18μm CMOS工藝,通過Cadence中的Spectre、Virtuo等工具完成了電路設計、前仿真、版圖設計以及后仿真驗證。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電路能夠?qū)崿F(xiàn)1.29℃的精度,分辨率小于0.1℃,滿足設計要求;基于感溫電壓的溫度感應電路,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鐘條件下可實現(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),各項指標達到設計要求。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TH811

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

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相關(guān)碩士學位論文 前7條

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本文編號：2820138