在食品存儲(chǔ)、冷鏈物流、電網(wǎng)溫度檢測(cè)和電子系統(tǒng)溫度管理等領(lǐng)域,溫度傳感器有著廣泛的應(yīng)用。然而,隨著系統(tǒng)集成化、低功耗以及低成本需求的持續(xù)增加,使得基于特殊材料制造的溫度傳感器在很多場(chǎng)合難以滿足要求。為了解決上述難題,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)集成溫度傳感器應(yīng)運(yùn)而生,并且因其低功耗、低成本和微型化等優(yōu)點(diǎn)而迅速得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的青睞。CMOS集成溫度傳感器主要分為兩大類(lèi):電壓域和時(shí)域。電壓域溫度傳感器采用隨溫度變化的電壓信號(hào)表征溫度信息,具有高精度與高分辨率等優(yōu)點(diǎn)。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital converter,ADC)是該類(lèi)溫度傳感器的重要組成部分,所以設(shè)計(jì)難度大并且具有功耗和芯片面積較大等缺點(diǎn)。時(shí)域溫度傳感器是一種基于溫度敏感頻率或者延遲時(shí)間的溫度傳感器。該溫度傳感器采用頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器或者時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器完成溫度信號(hào)的數(shù)字化,使溫度傳感器可以以全數(shù)字的方式實(shí)現(xiàn),有效降低了設(shè)計(jì)難度、功耗和芯片面積。然而,由于傳統(tǒng)的時(shí)域感溫電路受電源電壓和非線性等非理想因素的影響具有較大的測(cè)溫誤差...

【文章頁(yè)數(shù)】：133 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 CMOS溫度傳感器研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要貢獻(xiàn)及創(chuàng)新
    1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排
第2章 CMOS工藝物理特性的研究
    2.1 BJT物理特性
        2.1.1 BJT的 I-V模型
        2.1.2 BJT溫度特性
        2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中的BJT
        2.1.4 工藝偏差
        2.1.5 機(jī)械壓力靈敏度
        2.1.6 串聯(lián)電阻和基極寬度調(diào)制
        2.1.7 偏置電流變化的影響
    2.2 MOS管物理特性
        2.2.1 MOS晶體管的I-V模型
        2.2.2 MOS晶體管溫度特性
        2.2.3 工藝偏差
        2.2.4 機(jī)械應(yīng)力靈敏度
    2.3 電阻物理特性
        2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中的電阻
        2.3.2 電阻的溫度特性
        2.3.3 電阻的工藝偏差
        2.3.4 機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的電阻變化
    2.4 本章小結(jié)
第3章 CMOS集成溫度傳感器基本原理
    3.1 CMOS集成溫度傳感器的方案
        3.1.1 電壓域集成溫度傳感器
        3.1.2 時(shí)域溫度傳感器
    3.2 CMOS集成溫度傳感器校準(zhǔn)
        3.2.1 校準(zhǔn)定義
        3.2.2 傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方案
        3.2.3 批量校準(zhǔn)
    3.3 CMOS集成溫度傳感器的性能指標(biāo)
        3.3.1 分辨率
        3.3.2 測(cè)溫誤差
        3.3.3 功耗、面積和轉(zhuǎn)換速率
        3.3.4 CMOS溫度傳感器預(yù)設(shè)指標(biāo)
    3.4 本章小結(jié)
第4章 應(yīng)用于芯片溫度監(jiān)控的時(shí)域溫度傳感器分析與設(shè)計(jì)
    4.1 基于環(huán)形振蕩器的溫度傳感器系統(tǒng)架構(gòu)和測(cè)溫原理
    4.2 電路設(shè)計(jì)與分析
        4.2.1 CTAT電壓產(chǎn)生器
        4.2.2 參考緩沖器
        4.2.3 電平轉(zhuǎn)換單元
        4.2.4 讀出電路
        4.2.5 參考時(shí)鐘的影響
        4.2.6 電源電壓變化的分析與抑制
        4.2.7 電路噪聲的分析與抑制
    4.3 基于環(huán)形振蕩器的時(shí)域溫度傳感器測(cè)試
    4.4 本章小結(jié)
第5章 高精度電壓域溫度傳感器分析與設(shè)計(jì)
    5.1 工作原理
        5.1.1 溫度測(cè)量原理
        5.1.2 讀出電路原理
    5.2 誤差源
        5.2.1 感溫電路誤差分析
        5.2.2 讀出電路誤差分析
    5.3 基于BJT前端感溫電路分析與設(shè)計(jì)
        5.3.1 電流增益不敏感的精密偏置電路
        5.3.2 動(dòng)態(tài)匹配的核心感溫電路
        5.3.3 單位增益緩沖器
        5.3.4 噪聲分析
        5.3.5 基于BJT感溫電路仿真
    5.4 低功耗ZOOM ADC電路分析與設(shè)計(jì)
        5.4.1 系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)
        5.4.2 ZOOM ADC電路實(shí)現(xiàn)
        5.4.3 ZOOM ADC電路仿真
    5.5 高精度CMOS溫度傳感器測(cè)試
    5.6 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間科研成果
致謝



本文編號(hào)：3833328