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)字信號等優(yōu)點,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)用場景。然而不同的具體應(yīng)用場景對CMOS溫度傳感器的設(shè)計也提出了相應(yīng)的挑戰(zhàn)。如片上系統(tǒng)里的實時時鐘校準(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)用價值。針對上述難點和挑戰(zhàn),本文結(jié)合具體的應(yīng)用場景,按照溫度讀出電路所處理的不同信號域,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簡并點的問題,提出新型低成本啟動電路,保證了電路魯棒性;（2）結(jié)合用于電能計量MCU中RTC校準(zhǔn)的應(yīng)用場景,本文提出新型數(shù)字輔助線性化的系統(tǒng)方案,在滿足高精度測溫需求的同時,兼容多通道復(fù)用讀出接口,減小了系統(tǒng)設(shè)計成本;（3）基于以上創(chuàng)新點,并采用動態(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可能的發(fā)熱點。由于所需傳感器的數(shù)量眾多,盡可能降低單個CMOS溫度傳感器的面積可以大大降低芯片的設(shè)計和制造成本[14]。另一方面,在處理器中可能的發(fā)熱點大多位于動作頻繁的數(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現(xiàn)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此外,由于數(shù)字電路動作頻繁、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,從而保證電源波動不影響測溫精度[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,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級功耗需求[16],這也給CMOS溫度傳感器的電路設(shè)計帶來了極大的挑戰(zhàn)。

整體而言,CMOS溫度傳感器應(yīng)用廣泛、種類多樣。針對不同應(yīng)用場景,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)前國際研究熱點之一。通過對發(fā)表在集成電路設(shè)計領(lǐng)域常見的知名期刊和會議的CMOS溫度傳感器進(jìn)行分析和統(tǒng)計,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際研究進(jìn)展情況[18],可見近年來CMOS溫度傳感器各項性能指標(biāo)有了長足進(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 論文研究內(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[D]. 林榮.華南理工大學(xué) 2011
[2]高精度CMOS溫度傳感器的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 孟海濤.山東大學(xué) 2009



本文編號：3443090