高精度CMOS温度传感器关键技术研究

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1、摘要摘要本文对实现高精度CMOS温度传感器的斩波技术进行了系统研究，利用斩波技术实现了一种适用于SOC的高精度带隙基准源设计，有效地减小了带隙基准源中运放的失调所引起的误差，大大提高了基准源的精度。当负载电流镜或差分输入对存在2％的失配时，该基准源的输出波动峰峰值为0.394mV，与传统结构的带隙基准源相比，相对精度提高了87倍。在室温下斩波频率为100KHz时，基准源提供0.768V的输出电压。当电源电压在1V到1.5V变化时，该基准源输出电压波动小于0.03mV；当温度在0℃到80℃变化时，该基准源的温度系数小于12-ppm/℃。基准源的最大功耗小于4.5

2、µA，采用0.25µm2P5MCMOS工艺实现的版图面2积为0.3×0.4mm。为适应模拟电路对低电源电压的要求，基于TSMC0.25µmCMOS工艺的PMOS衬底驱动技术，采用电流反馈技术设计了低压CMOSPTAT电压基准源电路。采用Hspice进行仿真，电源电压为0.8V，室温下的电源电流为4.5µA，温度范围为0～100℃，输出电压温度系数为0.926mV/K；当电源电压从0.7~1.0V变化时，室温下的输出电压约为302mV。不仅具有良好的温度线性度，还具有高电源抑制比和低功耗特性。整个PTAT基准源的版图有效面积为0.2×20.06mm。关键词：温度

3、传感器带隙基准斩波PTATCMOSABSTRACTAbstractAdiscussionofthechoppertechnologyappliedtorealizinghighprecisionCMOStemperaturesensorsisdetailed.Thenalowvoltagebandgapreference(BGR),forSOCapplicationwithhighaccuracy,isdesignedusingthechoppertechnologytocompensatetheoffseterrorcausedbytheMOSFETmism

4、atch.TheBGRfluctuatingoutputpeak-to-peakvalueis0.394mVwhen2%mismatcheshaveoccurred.ComparedwiththetraditionalBGR,theaccuracyofthiscircuitisincreasedby87times.Thedesignfeaturesareferencevoltageof0.768Vatroomtemperatureandchopperfrequency100KHz.Withsupplyvoltagerangefrom1Vto1.5V,thefl

5、uctuationoftheoutputvoltageisapproximately0.03mVandthetemperaturecoefficientisabout12-ppm/℃withinatemperaturerangefrom0℃to80℃.Themaximumsupplycurrentis4.5µA2andthecircuitlayoutoccupiesadieareaof0.3×0.4mmwithastandard0.25µm2P5MCMOSprocess.Inaddition,basedoncurrent-feedbacktechnique,a

6、lowvoltageCMOSProportionaltoAbsoluteTemperature(PTAT)voltagereferenceisproposedusingthePMOSbulk-driventechniquetomeettheanalogcircuitdemandoflowersupplyvoltage.SimulationresultsusingHspicetoolsshowthatsupplycurrentis4.5µAatroomtemperatureandoutputvoltagetemperaturecoefficientis0.926

7、mV/Kwithinatemperaturerangefrom0℃to100℃with0.8Vsupplyvoltage.Theoutputvoltageisabout302mVatroomtemperaturewhensupplyvoltagerangesfrom0.7Vto1.0V.Itcanbeconcludedthatthedesignhaveaperformanceofgoodtemperaturelinearity,highpowersupplyrejectionratioandlowpowerconsumption.Theeffectiveare

8、aofwhole2layoutis0.