基于带隙电压的片内温度传感器设计

摘要

本设计基于华虹NEC的0.35μm的CMOS工艺上实现的一款带隙基准电压片内温度传感器,其精度为±0.5℃。本设计通过带隙与温度的关系,设计出一路与温度成正比的电压量ΔVBE。然后通过适当的放大技术将该电压进行等比例放大至可检测范围,后面通过二阶13bit sigma-delta调制器进行采样放大调制去除噪声等工作,最后通过数字滤波器滤除带外噪声,并进行适当的误差补偿,最终实现片内温度的检测。
　　本文重点阐述了作者在整个系统中承担设计的三部分电路:基准电流、电流调整以及ΔVBE生成电路,以及负责的整个芯片测试。该系统的前端带隙基准电流产生电路采用传统的基准电路,并加入了去运放失调的斩波电路(Chopper),能有效降低失调对基准电流的影响。在温度范围调节以及相对累计误差补偿问题上,本系统采用了一种小面积且高精度的电流调整电路来应对。本设计中采用了动态器件匹配(Dynamic Element Matching, DEM)技术,减小ΔVBE生成电路的偏置电流由于器件失配、工艺以及设计等引入的系统误差。论文的最后,重点论述了封装后的芯片测试以及校准技术。通过油槽校准、黄金芯片以及单点测试温度曲线等创造性手段解决了芯片校准以及量产测试中的诸多问题。对于作者并没有参与的ADC以及数字滤波器部分,仅从sigma-delta的原理出发,简要叙述了适合温度传感器电路的调制器以及滤波器的设计。

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第一章 引言

1.1 研究的背景、方向

1.2 本文的立题意义

1.3 主要工作

1.4 论文的主要创新点

1.5 论文的结构

第二章 芯片系统概述以及设计理论

2.1 温度检测理论及框架

2.2 系统分析以及框图

2.3 设计目标

2.4 芯片的结构

第三章 详细理论以及电路实现

3.1 温度检测电路

3.2 Sigma-delta ADC

3.3 数字滤波器

第四章 芯片的测试以及校准

4.1 芯片测试

4.2 测试结果以及数据分析

第五章 结束语

5.1 主要工作与创新点

5.2 后续研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已申请的专利