The invention discloses a CMOS fully integrated near zero power temperature sensor, which comprises a PTAT temperature sensor, a CWT temperature sensor, a first voltage current converter, a second voltage current converter, a first bias generator, a second bias generator, a first ring oscillator, a second ring oscillator and a counter, wherein a count is made. The first voltage-to-current converter and the second voltage-to-current converter all include a power supply, an operational amplifier, a third PMOS transistor, a fourth PMOS transistor, a fifth PMOS transistor, a second PMOS transistor, a first PMOS transistor, and a second NMOS transistor, which have low power consumption and cost, and The chip area is small.
【技术实现步骤摘要】
一种CMOS全集成近零功耗温度传感器
本专利技术属于集成电路
,涉及一种CMOS全集成近零功耗温度传感器。
技术介绍
随着5G通信与物联网技术(IoT)的不断发展,传感器技术作为物联网的感知识别层,越来越受到人们的关注。由于无线传感网络以大量移动或静止的传感器以自组织或多跳的方式构成网络,故要求组网传感器具有超低功耗、低成本、微型化的特点。另外,当前适用于无线传感网络的传感器设计还存在如下挑战:首先,当前传感器受电池电量密度低的技术限制,而为传感器更换电池附加的人工成本高于传感网络布网成本。其次,以能量收集的方式实现传感器系统自供电的方法在尚停留在微瓦级别。因此,要求传感器具有超低功耗甚至近零功耗的特点。温度传感器作为应用范围最广的传感器设备之一,同样需要具备以上特征。当前集成电路领域温度传感器设计方法主要由两条思路:基于BJT工艺,通过获取基极-发射极电压,得到与绝对温度负相关(CTAT)的电压Vbe以及与绝对温度正相关(PTAT)的电压ΔVbe,该电压或电压比值被送入数模转换器进行数字化。基于BJT的传感器消耗微瓦范围的功率,这对于IoT应用来说是过高的。基于MOSFET,通过巧妙地电路设计提取热电压VT,迁移率μ等获取温度信息。基于MOSFET的温度传感器逐渐替代传统的基于BJT的传感器,因为它们可以进一步将功耗降低到几百纳瓦,这更接近实际的物联网应用,特别适于自供电的无线温度传感器节点。然而,在以前的几乎所有工作中,在电压-电流(VI)转换器中需要非常大的电阻器或特殊的工艺技术以实现小的功耗。例如:对于数百纳瓦级别的功耗,需要几十兆欧姆的电阻 ...
【技术保护点】
1.一种CMOS全集成近零功耗温度传感器,其特征在于,包括PTAT感温元件(1)、CWT感温元件、第一电压‑电流转换器(2)、第二电压‑电流转换器、第一偏置发生器、第二偏置发生器、第一环形振荡器(3)、第二环形振荡器及计数器(4);其中,计数器(4)包括启动电路、CWT计数器及PTAT计数器;所述第一电压‑电流转换器(2)及第二电压‑电流转换器均包括电源、运算放大器(AMP)、第三PMOS管(MP3)、第四PMOS管(MP4)、第五PMOS管(MP5)、第二PMOS管(MP2)、第一PMOS管(MP1)及第二NMOS管(MN2);其中,运算放大器(AMP)的同相输入端与第三PMOS管(MP3)的漏极及第四PMOS管(MP4)的源极相连接,运算放大器(AMP)的输出端与第三PMOS管(MP3)的栅极相连接,第三PMOS管(MP3)的源极与电源相连接,第四PMOS管(MP4)的漏极与第五PMOS管(MP5)的源极及第四PMOS管(MP4)的栅极相连接,第五PMOS管(MP5)的漏极与第二PMOS管(MP2)的源极及第五PMOS管(MP5)的栅极相连接,第二PMOS管(MP2)的漏极与第二P ...
【技术特征摘要】
1.一种CMOS全集成近零功耗温度传感器,其特征在于,包括PTAT感温元件(1)、CWT感温元件、第一电压-电流转换器(2)、第二电压-电流转换器、第一偏置发生器、第二偏置发生器、第一环形振荡器(3)、第二环形振荡器及计数器(4);其中,计数器(4)包括启动电路、CWT计数器及PTAT计数器;所述第一电压-电流转换器(2)及第二电压-电流转换器均包括电源、运算放大器(AMP)、第三PMOS管(MP3)、第四PMOS管(MP4)、第五PMOS管(MP5)、第二PMOS管(MP2)、第一PMOS管(MP1)及第二NMOS管(MN2);其中,运算放大器(AMP)的同相输入端与第三PMOS管(MP3)的漏极及第四PMOS管(MP4)的源极相连接,运算放大器(AMP)的输出端与第三PMOS管(MP3)的栅极相连接,第三PMOS管(MP3)的源极与电源相连接,第四PMOS管(MP4)的漏极与第五PMOS管(MP5)的源极及第四PMOS管(MP4)的栅极相连接,第五PMOS管(MP5)的漏极与第二PMOS管(MP2)的源极及第五PMOS管(MP5)的栅极相连接,第二PMOS管(MP2)的漏极与第二PMOS管(MP2)的栅极、第一PMOS管(MP1)的漏极及第一NMOS管(MN1)的漏极相连接,第一PMOS管(MP1)的源极与电源及第一PMOS管(MP1)的栅极相连接,第一NMOS管(MN1)的栅极及第一NMOS管(MN1)的源极均接地;第一电压-电流转换器(2)中运算放大器(AMP)的反相输入端与PTAT感温元件(1)的输出端相连接,第一电压-电流转换器(2)中运算放大器(AMP)的输出端与第一偏置发生器的输入端相连接;第二电压-电流转换器中运算放大器(AMP)的反相输入端与CWT感温元件相连接,第二电压-电流转换器中运算放大器(AMP)的输出端与第二偏置发生器的输入端相连接;第一偏置发生器的输出端与第一环形振荡器(3)的输入端相连接,第二偏置发生器的输出端与第二环形振荡器的输入端相连接,第一环形振荡器(3)的输出端及第二环形振荡器的输出端分别与启动电路的输入端相连接,启动电路的两个输出端分别与PTAT计数器的时钟信号输入端及CWT计数器的时钟信号输入端相连接,启动电路控制PTAT计数器及CWT计数器同步启动,当CWT计数器达到饱和时,则PTAT计数器及CWT计数器停止计数,从PTAT计数器读取温度数字。2.根据权利要求1所述的CMOS全集成近零功耗温度传感器,其特征在于,所述CWT感温元件包括第六PMOS管(...
【专利技术属性】
技术研发人员:范世全,张芮,董军,苟伟,赵洋,耿莉,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。