低功耗低失調(diào)數(shù)字體溫計(jì)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、本文概述了體溫計(jì)以及集成溫度傳感器的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和趨勢(shì)。闡述了CMOS集成溫度傳感器的原理和優(yōu)勢(shì)，指出了本課題的研究意義。分析了CMOS工藝下MOS器件的溫度特性，對(duì)MOS電容和MOS模擬開關(guān)的結(jié)構(gòu)做了研究。對(duì)基準(zhǔn)源的類型和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析和比較，指出帶隙基準(zhǔn)源的優(yōu)點(diǎn)，選取了改進(jìn)型帶隙基準(zhǔn)源的結(jié)構(gòu)。研究了CMOS電路功耗的組成與產(chǎn)生原因，闡述了降低功耗的主要途徑，并按照低功耗、高可靠性要求設(shè)計(jì)了體溫計(jì)的整體電路。深入剖析了電路的失調(diào)機(jī)

2、理，結(jié)合目前流行的斬波調(diào)制技術(shù)，設(shè)計(jì)了低失調(diào)基準(zhǔn)電路。通過(guò)對(duì)各類集成溫度傳感器性能和特點(diǎn)的研究，設(shè)計(jì)了新的低功耗占空比調(diào)制型數(shù)字體溫計(jì)電路，包括溫度傳感電路、一階∑-△調(diào)制電路和數(shù)字占空比檢測(cè)電路。溫度傳感電路以襯底PNP型BJT作為感溫元件，采用電流輸出模式，按照帶隙基準(zhǔn)原理獲得與絕對(duì)溫度成正比(PTAT)電流以及與絕對(duì)溫度成反比(CTAT)電流，并以前者作為與溫度相關(guān)的原始電信號(hào)。在電路設(shè)計(jì)上一方面改進(jìn)運(yùn)放結(jié)構(gòu)，采用低壓共源共柵結(jié)構(gòu)

3、以提高其增益，另一方面整體傳感電路采用自偏置結(jié)構(gòu)和共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)，在低電源電壓下成功設(shè)計(jì)了低功耗、低失調(diào)、高線性度和高電源電壓抑制比的PTAT電流產(chǎn)生電路。根據(jù)前級(jí)溫度傳感電路的電流信號(hào)，在滿足性能要求的前提下盡量簡(jiǎn)化電路，設(shè)計(jì)出的一階∑-△調(diào)制電路不但很好地完成了信號(hào)轉(zhuǎn)換，而且更符合一體化結(jié)構(gòu)的要求。電路中的偏置均由基準(zhǔn)源提供，降低了功耗和芯片面積。選擇折線插值法進(jìn)行非線性校正，通過(guò)硬件描述語(yǔ)言Verilog對(duì)體溫計(jì)的占空比檢測(cè)電