發(fā)布時(shí)間：2021-10-18 16:08

　　CMOS溫度傳感器因其體積小、易于集成、成本低,而且可直接輸出數(shù)字信號(hào)等優(yōu)點(diǎn),廣泛用于各類片上系統(tǒng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用場(chǎng)景。然而不同的具體應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)CMOS溫度傳感器的設(shè)計(jì)也提出了相應(yīng)的挑戰(zhàn)。如片上系統(tǒng)里的實(shí)時(shí)時(shí)鐘校準(zhǔn)應(yīng)用需要高精度的溫度傳感器;而片上熱管理應(yīng)用強(qiáng)調(diào)超小面積以及低電壓工作;各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用則對(duì)其功耗提出了苛刻的要求;此外,進(jìn)一步降低溫度傳感器在量產(chǎn)中的校準(zhǔn)成本也有重要的應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)上述難點(diǎn)和挑戰(zhàn),本文結(jié)合具體的應(yīng)用場(chǎng)景,按照溫度讀出電路所處理的不同信號(hào)域,開展系統(tǒng)性的CMOS溫度傳感器研究,先后共完成7款高性能、低成本CMOS溫度傳感器研制。論文主要的工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.電壓和電流域讀出CMOS溫度傳感器研究:（1）本文首次分析了帶電流增益補(bǔ)償技術(shù)的BJT溫度傳感器前端電路中存在的多個(gè)簡(jiǎn)并點(diǎn)的問題,提出新型低成本啟動(dòng)電路,保證了電路魯棒性;（2）結(jié)合用于電能計(jì)量MCU中RTC校準(zhǔn)的應(yīng)用場(chǎng)景,本文提出新型數(shù)字輔助線性化的系統(tǒng)方案,在滿足高精度測(cè)溫需求的同時(shí),兼容多通道復(fù)用讀出接口,減小了系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本;（3）基于以上創(chuàng)新點(diǎn),并采用動(dòng)態(tài)元件匹配、電流增益補(bǔ)償和... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

集成式智能CMOS溫度傳感器示意圖

二是超小面積以及低電壓:如圖1-2所示,在處理器或大型SoC片上熱管理應(yīng)用中,由于芯片的集成度非常高,在一顆處理器中通常需要集成大量片上溫度傳感器用于檢測(cè)可能的發(fā)熱點(diǎn)。由于所需傳感器的數(shù)量眾多,盡可能降低單個(gè)CMOS溫度傳感器的面積可以大大降低芯片的設(shè)計(jì)和制造成本[14]。另一方面,在處理器中可能的發(fā)熱點(diǎn)大多位于動(dòng)作頻繁的數(shù)字電路附近,如果溫度傳感器可以直接兼容數(shù)字電路的供電,則可進(jìn)一步避免額外的模擬電路供電的繞線成本。而隨著工藝進(jìn)一步縮小,數(shù)字電路供電也降低至1 V以下。由于CMOS溫度傳感器本質(zhì)上屬于數(shù)�；旌想娐�,傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)離不開高增益的運(yùn)算放大器等電路,而超小面積、低于1 V供電的應(yīng)用要求給其具體電路實(shí)現(xiàn)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此外,由于數(shù)字電路動(dòng)作頻繁、供電嘈雜,和數(shù)字電路共用供電的CMOS溫度傳感器也需要有較低的電源靈敏度,從而保證電源波動(dòng)不影響測(cè)溫精度[15]。三是超低功耗需求:CMOS溫度傳感器廣泛應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)、以及其他各類物聯(lián)網(wǎng)(IoT)終端設(shè)備中。超低功耗是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一大特點(diǎn),由于環(huán)境限制,傳感電路只能由電池供電,甚至是只能從環(huán)境中獲取能量,因此所集成的CMOS溫度傳感器需要滿足nW甚至pW級(jí)功耗需求[16],這也給CMOS溫度傳感器的電路設(shè)計(jì)帶來了極大的挑戰(zhàn)。

整體而言,CMOS溫度傳感器應(yīng)用廣泛、種類多樣。針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景,結(jié)合CMOS工藝下不同感溫器件,研究高性能的CMOS溫度傳感器是當(dāng)前國(guó)際研究熱點(diǎn)之一。通過對(duì)發(fā)表在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域常見的知名期刊和會(huì)議的CMOS溫度傳感器進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì),圖1-3總結(jié)了基于BJT、電阻(Res)、MOS管以及硅襯底的熱擴(kuò)散率(TD)等常見CMOS溫度傳感器在近五年的國(guó)際研究進(jìn)展情況[18],可見近年來CMOS溫度傳感器各項(xiàng)性能指標(biāo)有了長(zhǎng)足進(jìn)步,正向著更高能量效率、更小面積以及更高精度方向發(fā)展。1.4 論文研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]新型低功耗CMOS片上溫度傳感器設(shè)計(jì)[D]. 林榮.華南理工大學(xué) 2011
[2]高精度CMOS溫度傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 孟海濤.山東大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3443090