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文献类型

2 篇 学位论文

馆藏范围

2 篇 电子文献
0 种 纸本馆藏

日期分布

学科分类号

2 篇 工学
- 2 篇 机械工程

主题

2 篇 曲率校准
2 篇 温度传感器
1 篇 混合电容-电阻dac...
1 篇 高转换速率
1 篇 增量式σδ adc
1 篇 放大器校准
1 篇 高精度
1 篇 动态器件匹配技术

机构

1 篇 福州大学
1 篇 电子科技大学

作者

1 篇 吴博文
1 篇 林宏凯

语言

2 篇 中文

检索条件"主题词=曲率校准"

共 2 条记录，以下是1-10 订阅

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详细简洁

排序：

高精度CMOS温度传感器电路及关键技术研究

高精度CMOS温度传感器电路及关键技术研究

引用

作者：吴博文电子科技大学

学位级别：硕士

随着工业制造的进步,电路不断朝高集成度方向发展,不同电路模块之间相互协作,最终构成具有完整功能的集成电路。然而不同模块之间均会产生一定程度的误差,并且随着电路规模的扩大该误差会逐渐放大,对高精度数字温度传感器电路的设计提... 详细信息

随着工业制造的进步,电路不断朝高集成度方向发展,不同电路模块之间相互协作,最终构成具有完整功能的集成电路。然而不同模块之间均会产生一定程度的误差,并且随着电路规模的扩大该误差会逐渐放大,对高精度数字温度传感器电路的设计提出了挑战。例如在基于逐次逼近型寄存器（Successive approximation register,SAR）模数转换器（Analog-to-digital converter,ADC）的温度传感器中,基准电路、放大器、SAR ADC的性能均会影响传感器的精度。此外,在医疗领域和工业控制领域,对于温度检测的频率也有极高的要求。并且对于一些特殊环境,还会考虑环境噪声对温度检测设备的影响。针对上述难点和挑战,本文结合具体应用环境,开展了高精度、高转换速率的互补金属氧化物半导体（Complementary metal oxide semiconductor,CMOS）温度传感器研究,本文的创新点和主要内容如下: 1.针对传统的一阶带隙基准电路进行改进,通过开关电容电路引入与绝对温度无关（Zero to absolute temperature,ZTAT）以及与绝对温度成正比（Proportional to absolute temperature,PTAT）的电流进而消除基准电压的高阶非线性。该方法与传统的曲率校准电路相比具有更好的灵活性,并且温度系数从25ppm/°C变为了1.51ppm/°C,降低了最大3.036°C的温度误差。 2.针对放大器中的失配以及失调对放大器精度的影响。本文进行了两个方面的改进:其一采用连续四次放大的开关电容放大电路。传统的放大器没有连续放大的结构,36倍的放大倍数需要采用18:1的电容（电阻）比例,而本文仅需要采用4.5:1的比例。采用开关电容结构的放大器相比传统电阻放大器具有更好的匹配,失配从2.88%降低到了0.023%。并且连续四次的放大过程对放大产生的误差求了平均,提高了放大因子的精确度。其二设计了一款适用于本设计的放大器校准电路,在传统的自归零（Auto-zerod）和相关双采样电路（Correlated double sampling,CDS）的基础上进行改进,利用失调存储和消除的原理降低运放失调对于放大器放大因子精度的影响,进而提高温度传感器的精度,降低了大约10°C的温度误差。 3.针对传统SAR ADC的电容数模转换器（Digital to analog converter,DAC）阵列面积大的问题进行了改进,设计了电阻电容结合的混合电容-电阻DAC阵列结构,并且进一步优化了电阻DAC结构,在确保SAR ADC性能的前提下节省了11047.6μm2（约占传统两段分裂电容的49.809%）的面积。本文所提出的设计在2.7V至5.5V的电源电压范围内工作,并使用0.6μm BJT工艺实现,该温度传感器在传统两段分裂电容-55°C到125°C的温度范围内,无需校准即可在1.48ms（最快可达0.1ms）的转换时间内实现±1.45°C（3σ）的精度,并实现29.7mK的分辨率。

关键词：温度传感器高精度高转换速率曲率校准放大器校准混合电容-电阻DAC阵列

来源：评论

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基于BJT的集成温度传感器研究与设计

基于BJT的集成温度传感器研究与设计

引用

作者：林宏凯福州大学

学位级别：硕士

温度与我们生活息息相关,人类社会生产和生活离不开对温度的感知。温度传感器作为温度测量的器件,人们不断对其进行研究。随着CMOS集成电路技术的发展,一方面,温度传感器的尺寸不断缩小,集成度不断提高。另一方面,传感器和数字系统的结... 详细信息

温度与我们生活息息相关,人类社会生产和生活离不开对温度的感知。温度传感器作为温度测量的器件,人们不断对其进行研究。随着CMOS集成电路技术的发展,一方面,温度传感器的尺寸不断缩小,集成度不断提高。另一方面,传感器和数字系统的结合更紧密。本论文设计一款基于BJT的集成温度传感器,设计包括温度测量的前端模拟电路,增量式ΣΔADC,片外数字处理和滤波器部分。本次设计的温度传感器使用三极管（BJT）作为感温器件。BJT的基极-发射极电压VBE与温度成负相关,而不同电流大小偏置的BJT基极-发射极电压之间的差ΔVBE与温度成正相关（PTAT）。利用BJT的电压温度特性可以把温度变化转化成电信号变化。模拟前端电路主要由预偏置电路和BJT管核心电路组成。为了减小工艺偏差和器件非理想特性对测量精度的影响,设计使用斩波技术和动态元素匹配技术来减小VBE和ΔVBE电压的失配误差,使用曲率补偿技术来减小VBE电压的非线性。本次设计使用增量式ΣΔADC量化温度测量信号。过采样和噪声整形技术的应用使ΣΔADC得以实现高精度低噪声,适合对温度信号这类低频信号进行量化。本次设计使用二阶单比特CIFF架构,实现15bit有效位数,满足温度传感器的分辨率要求。ADC输出X=4ΔVBE/VBE,ADC输出经数字滤波处理后得到最终温度输出。最后,经过单点校准后可以得到温度误差。电路使用Cadence IC617软件进行设计,对设计中的主要电路部分进行交流仿真、瞬态仿真和工艺角仿真,确保电路能够达到设计要求。对整体电路进行Monte Carlo仿真,以测试电路测量误差。使用MATLAB软件对增量式ΣΔADC进行系统建模。使用MATLAB设计片外数字滤波器,数字处理电路和进行单点校准,得到最终的温度误差。之后对各个模块和整体电路进行版图设计。为了提高电路匹配度,器件布局都采用对称布局和共质心布局。为减小耦合噪声影响,片上数字电路和模拟电路进行隔离,分别供电。本次设计基于SMIC 0.18μm工艺,芯片有效面积为0.422mm2。测试信号由片外FPGA产生。本文设计的基于BJT的集成温度传感器参考时钟频率为25k Hz,电源电压1.8V,整体消耗电流为205μA。后仿结果表明,整体电路在-55℃到125℃温度范围内,经单点校准后可以实现±0.4℃的温度误差。

关键词：温度传感器增量式ΣΔ ADC 曲率校准动态器件匹配技术

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