【摘 要】
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作为使用最广泛的传感器之一,温度传感器正扮演着越来越重要的角色。从工业、交通运输到环境监测,都能见到温度传感器的身影。近年来物联网的发展,对于温度传感器的功耗、精度、成本都提出了越来越高的要求。基于CMOS工艺,本文提出了一款基于BJT的温度传感器。该温度传感器由高精度感温前端与低功耗ZOOM ADC组成。为了实现高精度,本文对感温前端的各种误差源进行了分析,并通过动态元件匹配、斩波、电流偏置电路
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作为使用最广泛的传感器之一,温度传感器正扮演着越来越重要的角色。从工业、交通运输到环境监测,都能见到温度传感器的身影。近年来物联网的发展,对于温度传感器的功耗、精度、成本都提出了越来越高的要求。基于CMOS工艺,本文提出了一款基于BJT的温度传感器。该温度传感器由高精度感温前端与低功耗ZOOM ADC组成。为了实现高精度,本文对感温前端的各种误差源进行了分析,并通过动态元件匹配、斩波、电流偏置电路、数字校准进行了误差消除。为了实现低功耗,本文采用了SAR ADC与ΔΣADC结合的ZOOM ADC,通过使用SAR ADC进行粗量化,降低了对于ΔΣADC的精度要求,降低了功耗。为了实现低校准成本,本文采用批次校准与室温单独校准结合的方式,外加数字校准的使用,大大减小了校准的成本。此外,本文还提出了一种新的批次校准方式,通过分析VBE非线性项的特性,在数字域对VBE的非线性进行补偿,可以消除VBE非线性带来的影响。基于Global Foundries 0.18μm工艺对本设计的温度传感器进行了流片,并对10片样片进行了测试。测试结果表明,在1.8V电源电压与室温的情况下,温度传感器消耗10.6μA电流。在批次校准与室温下一点校准后,在-20℃～105℃的范围内,温度传感器的误差在±0.28℃以内。整个测温时间为40ms,分辨率为28.1m K,芯片核心面积为0.77mm~2。
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