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1、COMS温度传感器整体电路的校准与仿真分析［摘要］温度传感器的主要性能指标包括：分辨率、精确度、线性度、转换速率、功耗以及面积等。作为CMOS温度传感器核心的温度感应电路以及模数转换器决定了整体温度传感器的分辨率、精确度、线性度、转换速率、功耗以及面积等特性。目前主流的CMOS温度传感器均采用CMOS纵向寄生双极型晶体管(BJT)作为温度传感器的核心感温器件，木文也是如此，但是受到CMOS工艺下寄生双极型晶体管(BJT)自身的性能的限制，CMOS温度传感器还无法达到较高的精度。［关键词］COMS;温度传感器;校准;仿真中图分类号：TN432
2、文献标识码：B文章编号：1009-914X(2016)28-0341-01本文分析了CMOS温度传感器整体电路的校准，接着给出温度传感器的整体电路的性能仿真结果，包括精度、功耗等仿真结果，最后对本文所设计的CMOS温度传感器的性能进行了小结。一，COMS温度传感器整体电路的校准本文将首先推导trimming电路中的trimming电阻与最终的输岀U之间的关系，然后利用该关系式來求出不同的工?角下的trimming电阻的大小，然后求出各工艺角所对应的trimming电阻的S4-S0的二进制编码。最后将该二进制编码输入到温度传感器中，再进行温度
3、传感器的精度仿真，通过精度是否达到设计指标来检验本文的校准技术是否有效。本设计所用的修调电路的虚线框中电路的衬底寄牛双极型PNP品体管偏置在电流下，一个与同种材料的可编程电阻串联在PNP晶体管的发射极,则上的压降为PTAT电压：,其中，m是产生的电流密度比。本文的设计中p二m二3,因此可以获得公式一公式屮可确定修调电阻的值，在确定了的阻值Z后，需耍确定所对应的S4-S0的编码，为了使得本文的trimming电路简单易行，本文将不需要校准（本文选择典型工艺角（tt,bjt.tt,res.tt,3.3V电源）下的温度传感器不需要校准）时的的值人
4、为的设置为总trimming电阻的16/32,其所对应的S4-S0的编码为10000,这样的话在利用式计算出之后,需耍再加上总trimming电阻的16/32就是本设计实际所使用的trimming电阻，进而可知利用式计算出的对应到本文的设计中所对应的S4-S0的编码的十进制，获得以下公式：。基于此分析，木文计算出了木文所设计的温度传感器在SMIC的0.1811m工艺下的135种不同PV（工艺角-电源电压）组合下的以及其所对应的S4-S0的编码。相关分析数据可得：不受电源电压波动的影响;此外，所得到的被BJT的工艺角有规律的分成了三组，具体表
5、现为：所有的PV组合中包含工艺角的几乎相同，所对应的S4-S0的编码也几乎相同;所有的PV组合中包含工艺角bjtss的几乎相同，所对应的S4-S0的编码也几乎相同；所有的PV组合中包含工艺角bjt_ff的几乎相同，所对应的S4-S0的编码也几乎相同。—,COMS温度传感器的幣体电路的仿真1，温度传感器的精度仿真温度传感器的仿真过程为:1）在典型工艺角（tt,bjt_tt,rcs_tt,3.3V电源）下，在S4-S0依次输入高低电平为10000,接着在给定的温度下完成一次转换，并记录下转换的结果Data[10：0],并将该结果所对应的二进制转
6、化成十进制数。2）重复1的步骤，直到得到足够多的温度和对应输出为止，在本文的仿真屮是在-40°C到125°C的温度范围内每隔20°C进行一次转换。3）利用步骤2中得到的温度与温度传感器输出的对应关系，得到该温度传感器的转换曲线：。该转换曲线将作为整个温度传感器的唯一的温度转换曲线，并以英为标准进行温度传感器的校准。4）改变仿真环境下的PV（工艺角-电源电压）组合，将相应PV组合下的对应的S4-S0依次输入到温度传感器屮，重复第1步骤和第2步骤。5）将4步骤结束后所得到的温度与温度传感器输出的对应关系与步骤3所得到的唯一的温度转换曲线作对比，
7、计算出温度误差。6）重复第4、5步骤直到所有的PV组合都仿真过一遍为止。图1给出了典型工艺角（tt,res_tt,3.3V电源）下的温度传感器的数字输出与温度Z间的关系，并利用直线拟合出了温度传感器的转换曲线，其转换曲线为一图1,典型工艺角（tt,res_tt,3.3V电源电压）下的温度传感器的数字输出与摄氏温度之间的关系结合常见的几种PV组合下可以看出，未经校准时温度传感器的误差为±3°C,而且可以明显的观察到包含bjt_ss或者bjt_ff的PV组合下的温度误差是一个近似PTAT的误差;经过校准之后温度传感器的误差小于土0.42°C。此
8、外通过对所有的PV组合下的温度传感器进行仿真发现，经过校准后的温度传感器的误差都小于土0.42°C,由此得，本文所设计的温度传感器的精度可达土0.42°Co2,温度传感器的功耗仿
