应用于锂电池供电的片上CMOS温度传感器设计

摘要

温度在工业生产、日常生活以及科学研究中是一项重要的测量参数，温度传感器是所有传感器中应用最广泛的一种。对比传统的温度测量器件，集成CMOS温度传感器占用空间小，敏感度高，能耗小而且线性度好，因此在移动电子设备中广泛使用CMOS温度传感器结构。而对于移动设备使用的锂电池供电电压较不稳定的情况，本文分析了双极晶体管的温度和工艺特性，设计了一款可以工作在3V标称锂电池2V~3.6V电源变化范围内的CMOS温度传感器电路。
　　论文设计电路包含感温电路、带隙电压源电路以及A/D转换器电路三部分组成，核心感温电路利用CMOS纵向PNP双极型晶体管温度特性进行设计产生与温度正比关系的PTAT电压及与温度反比关系的CTAT电压通过差分输入ADC。带隙基准采用正负温度系数电流加和产生基准电流转换成不随温度及电源电压变化的基准电压的带隙结构。A/D转换电路采用∑-△型调制器结构以及数字抽取滤波器结构，转换精度设计为9位，用来接收感温电路产生的温度相关模拟信号进行模数转换后产生数字信号使MCU可以识别温度信号。
　　论文采用中芯国际0.18μm工艺，使用 Cadence软件进行电路设计同时应用Spectre仿真工具对电路进行仿真，仿真结果显示电路在2 V~3.6V供电范围内均能正常工作，感温电路温漂系数达到4.87mV/℃。经过 AD转换后的全温度范围内温度测量线性误差在±1℃内达到了工业上测温误差要求。

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1 绪论

1.1 集成温度传感器的发展现状

1.2 CMOS温度传感器不同的设计手段

1.3 移动设备锂电池工作特性

1.4 论文主要工作

2 CMOS温度传感器原理分析

2.1 温度传感器基本原理

2 .2 温度传感器实际电路设计

2.3 核心感温电路仿真结果

2.4 本章小结

3 带隙基准电路原理与设计仿真

3.1 电路原理分析

3.2 实际电路原理分析

3.3 带隙基准电路仿真结果

3.4 本章小结

4 A/D转换器电路原理与设计仿真

4.1 Σ-ΔADC电路原理分析

4.2 数字滤波器电路设计原理

4.3 温度传感器联合仿真实现方法

4.4 温度传感器联合仿真结果

4.5 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献