CMOS线性型、开关型温度传感器的设计与研制

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1、浙江大学硕上学位论文摘要摘要随着集成电路芯片特征尺寸越来越小，芯片集成度迅速提高，器件密度、能耗密度也越来越大。功耗越大，热量散发到周围环境中也越慢，芯片温升也越显著。研究表明，芯片温度平均每升高l℃，MOS管的驱动能力将下降约4％，连线延迟增加5％，集成电路失效率增加一倍．与此同时，片上测温集成温度传感器也因各类电子产品的便携化而趋灼热．为保证集成电路性能和提高芯片可靠性，结构简单，移植性强，适用范围广并能在切断过热单元工作电源的同时显示电路局部温度的片上线性型、开关型温度传感器的设计就显得极为重要，这

2、在大功率电路中尤为突出．本文设计的线性型、开关型温度传感器采用CSMC5V0．6#m标准CMOS工艺研制，可根据设定的温度切断过热单元的工作电源，同时显示电路局部温度，实现过温保护和温度实时检测。其最大特点是关断温度可由外接可调电阻设定。开关型温度传感器部分包括带隙基准源，PTAT电路，缓冲隔离电路及比较器。芯片测试结果表明在25～130"C温度范围内PTAT输出电压线性度良好(最大偏差小于1．6％)，灵敏度约为10mV／"C；带隙基准源输出电压电源抑制比为37．5dB，温度系数为137ppm／'C；比较

3、器关断温度可由外接电阻设定，85"12以下实测值与设定值偏差小于512，85"C以上偏差稍大约为1012。电源电压在4．5～5．5V内变化时，PTAT测温模块Vptat2输出电压波动35mV，占标称值o．89％；26～55"C温度范围内Vptat输出电压灵敏度9．88mV／'C，线性度良好；55～．280℃温区内性能有所下降．本文所设计的开关型、线性型温度传感器电路结构简单，移植性强，可广泛应用于大功率LED照明驱动电路，电源管理芯片等场合，实现大功率MOS管的温度监测和过热保护，也可用于和MOS功率器件

4、混合封装组成带过温保护的功率器件模块。关键词：互补金属氧化物半导体；过温保护；线性测温；关断温度可调；与绝对温度成正比浙江大学硕士学位论文AbstractWiththefeaturesizeofintegratedcircuitsbecomingsmallerandsmaller,chipdensityincreasesrapidly．Atthesametimedevicedensity,energydensityarealsoincreasing．Thegreaterpowerconsumption，t

5、hemoreslowlyheatdistributstothesurroundingenvironmentandthemoresignificantlychiptemperaturerises．Researchdatashowsthatwhenchiptemperatureincreasesevery1℃，thedrivecapacityofMOSFETwilldropabout4％，connectiondelayincreasesby5％andintegratedcircuitfailureratedo

6、ubles．Meanwhile，on—chiptemperaturedetectingsensorbecomesmoreandmorepopularbecauseofthevarioustypesofportableelectronicproducts．Toguaranteetheintegratedcircuitperformanceandimprovechipreliability,designingofallon-chiplinearandthermal-shutdowntemperaturesen

7、sorwithsimplestructure，easytotransplantandCancutoffthepowercircuitwhentoohotmeanwhileshowthelocaltemperatureisextremelyimportant，thisisparticularlyprominentinhigh-powercircuits．Thelinearandthermal—shutdowntemperaturesensorisdesignedandfabricatedwithO．6#ms

8、tandardCMOSprocessprovidedbyCSMC．Itcancutoffthepowersupplyoftheoverheatingmoduleaccordingtothesettingtemperatureandalsoshowthatcircuit’Slocaltemperature．Itrealizesoverheatingprotectionandreal-timetemperaturedetectio