基于BCD工艺的数字式集成温度传感器设计.pdf

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1、硕士学位论文基于BCD工艺的数字式集成温度传感器设计DESIGNOFDIGITALINTEGRATEDTEMPERATURESENSORBASEDONBCDPROCESS周凯哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP212学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于BCD工艺的数字温度传感器设计硕士研究生：周凯导师：陈伟平教授申请学位：工程硕士学科：集成电路工程所在单位：微电子科学与技术系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:TP212.11U.D.C:621.3.049.774DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFDIGITALINTEGRATEDTEMPERATURESENSORBASEDONBCDPROCESSCandidate：ZhouKaiSupervisor：Prof.ChenWeipingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：IntegratedCircuitEngi

3、neeringAffiliation：Dept.ofMicroelectronicsScienceandTechnologyDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着科技的发展，作为消费电子和工业控制等领域必不可少的温度传感器越来越受到关注，市场对于高性能温度传感器的需求也是越来越大。温度传感器的研究方向正在向集成化、数字化、低功耗、高精度发展。集

4、成温度传感器具有低功耗、小面积、可数字化输出以及能够与其他电路集成的优点，因而能够广泛的应用于各个领域。在集成电路中，晶体管的基极-发射极的电压VBE在一定的偏置电流下与温度是呈负温度系数的关系，在不同偏置电流下两个晶体管的基极-发射极电压的差值ΔVBE可以与温度有正温度系数的关系。通过相关技术对ΔVBE进行放大处理，使得经过放大α倍后的电压αΔVBE与VBE之和能够形成基准电压，将这两个与温度相关电压αΔVBE与VBE送到Sigma-DeltaADC中进行量化处理，调制器输出的结果将是与温度相关的数

5、字量，再将这些与温度相关的数字量进行线性处理就可以得出测量的温度。在BCD工艺中可以利用晶体管作为温度传感器的温敏元件，并且可以与其它电路集成在一块芯片上。实际电路中晶体管和调制器存在的各种非理想因素，都会给温度的测量结果造成误差，本论文在分析电路中的相关误差来源后，针对晶体管的有限增益以及电流失配等影响晶体管输出电压的非线性，采用了特定结构的电流偏置结构以及动态匹配技术来降低这些非理想因素的影响；针对调制器中的非理想因素，采用的斩波结构的运放，以此减小失调电压以及1/f噪声对调制器性能的影响。本设计

6、基于华虹0.35µm工艺，完成了PTAT偏置电流、增益自举放大器、斩波运放、动态闩锁比较器、动态匹配等电路的设计与仿真，并进行相关版图的绘制工作。本文所设计的数字式集成温度传感器的工作范围为-45℃~125℃，分辨率为0.1℃左右，功耗大约为1.8mW；设计的调制器仿真结果显示能够达到16位精度，完全能够满足温度传感器0.1℃分辨率的要求，整体的电路仿真结果显示，最大的误差在±0.6℃左右。关键字：温度传感器；Sigma-Delta调制器；动态匹配技术；斩波技术-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文Ab

7、stractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,asanindispensablesensorinthefieldofconsumerelectronicsandindustrialcontrol,moreandmoreattentionhasbeenpaidtotemperaturesensorsandthedemandforhighperformancetemperaturesensorsisalsoincreasing.Nowadays,theres

8、earchontemperaturesensorisdevelopingtowardsdigital,lowpowerconsumptionandhighprecisionBecauseoftheirlowpowerconsumption,smallarea,digitaloutputandintegrationwithothercircuits,integratedtemperaturesensorsarewidelyused.Thebase-emit