溫度傳感器作為傳感器的重要組成部分,已廣泛應用在醫(yī)學檢測、工業(yè)控制以及民用生活領域。在時鐘、儀表等具有高精度要求的場合,環(huán)境溫度變化帶來的誤差是不可忽視的,應采用溫度傳感器獲取環(huán)境溫度,補償溫度變化帶來的誤差,這對溫度傳感器提出了高精度的要求。同時,CMOS溫度傳感器具有高能效、微型化、數(shù)字輸出的特點,可高效、便利地傳遞與處理信息,因此,本文設計了一種可應用于溫度補償系統(tǒng)的高精度CMOS溫度傳感器。本文從CMOS襯底寄生BJT器件的物理特性出發(fā),闡述了PNP晶體管的測溫原理,并詳細介紹了溫度傳感器中常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter,ADC）——ΔΣ-ADC的工作原理和性能特點。為了提高測溫精度,采用數(shù)字曲率校正技術(shù)減小了因PNP晶體管基極-發(fā)射極電壓(1_BE的非線性溫度特性引入的測溫誤差,并設計了數(shù)字溫度校準、斬波放大器、_F補償電路、動態(tài)匹配電流鏡減小了因器件工藝偏差引入的測溫誤差。為解決一階ΔΣ-ADC有效位數(shù)與轉(zhuǎn)換時間的矛盾,設計了將5-bit SAR-ADC與8-bitΔΣ-ADC組合的兩階段縮放... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 論文背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 論文研究內(nèi)容與設計指標
    1.4 論文組織結(jié)構(gòu)
第二章 溫度傳感器基本原理
    2.1 CMOS寄生BJT器件的物理特性
        2.1.1 CMOS工藝的寄生BJT器件結(jié)構(gòu)
        2.1.2 符號極性定義
        2.1.3 I_C-V_(BE)的理想特性
        2.1.4 I_C-V_(BE)的非理想特性
        2.1.5 I_R-V_(BE)的非理想特性
        2.1.6 V_(BE)的溫度特性
    2.2 BJT的測溫原理
    2.3 ADC的性能參數(shù)
        2.3.1 ADC的有效位數(shù)
        2.3.2 常見ADC的性能參數(shù)
    2.4 一階ΔΣ-ADC 原理
        2.4.1 一階ΔΣ-ADC輸入輸出特性
        2.4.2 噪聲整形
        2.4.3 過采樣
    2.5 本章小結(jié)
第三章 高精度測溫前端電路設計
    3.1 REF電壓在數(shù)字域的產(chǎn)生
    3.2 數(shù)字曲率校正技術(shù)
    3.3 測溫前端工藝偏差分析
        3.3.1 誤差預算
        3.3.2 V_(BE)的工藝偏差
        3.3.3 ΔV_(BE)的工藝偏差
    3.4 精確V_(BE)的產(chǎn)生
        3.4.1 PTAT偏差數(shù)字溫度校準
        3.4.2 斬波放大器
        3.4.3 α_F補償電路
    3.5 精確ΔV_(BE)的產(chǎn)生
        3.5.1 電流源動態(tài)匹配
        3.5.2 共源共柵電流源
    3.6 測溫前端電路拓撲圖與仿真
        3.6.1 整體電路結(jié)構(gòu)
        3.6.2 PTAT電流產(chǎn)生電路
        3.6.3 前端電路整體仿真
    3.7 本章小結(jié)
第四章 Zoom-ADC電路設計
    4.1 Zoom-ADC 結(jié)構(gòu)設計
        4.1.1 粗童化與細童化
        4.1.2 開關(guān)電容積分器
    4.2 Zoom-ADC電路拓撲與仿真
        4.2.1 整體結(jié)構(gòu)
        4.2.2 積分放大器
        4.2.3 比較器
        4.2.4 累加計數(shù)器結(jié)構(gòu)
        4.2.5 控制邏輯
        4.2.6 Zoom-ADC整體仿真
    4.3 本章小結(jié)
第五章 物理設計與數(shù)據(jù)校準
    5.1 版圖設計
        5.1.1 匹配性
        5.1.2 寄生效應
    5.2 參數(shù)計算與數(shù)據(jù)校準
    5.3 溫度傳感器后仿真
        5.3.1 測溫前端后仿真
        5.3.2 Zoom-ADC 后仿真
        5.3.3 溫度傳感器整體后仿真
    5.4 結(jié)果分析
        5.4.1 品質(zhì)因子FOM
        5.4.2 結(jié)果對比
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本文總結(jié)
    6.2 預期的改進
致謝
參考文獻
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
[1]智能傳感器市場投資分析報告[J]. 林全.  機器人技術(shù)與應用. 2017(06)
[2]半導體溫度傳感器及其芯片集成技術(shù)[J]. 林凡,吳孫桃,郭東輝.  儀表技術(shù)與傳感器. 2003(12)
[3]高速ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）結(jié)構(gòu)設計技術(shù)[J]. 朱樟明,楊銀堂.  半導體技術(shù). 2003(05)

碩士論文
[1]CMOS集成溫度傳感器的研究與設計[D]. 張萍.西安電子科技大學 2009



本文編號：3591377