一种CMOS温度传感器制造技术

本发明专利技术属于集成传感器技术领域，提出了一种CMOS温度传感器，包括：启动电路、带隙基准电路、第三支路、镜像电流源、电压校准电路、模数转换电路、温度校准模块。本发明专利技术的CMOS温度传感器，克服在各种工艺角下带隙基准电路中运算放大器失调电压对基准电压V

【技术实现步骤摘要】
一种CMOS温度传感器


[0001]本专利技术属于集成传感器
，特别是涉及一种CMOS温度传感器。

技术介绍

[0002]近年来，物联网技术迅速发展，已经在全球掀起了一股热潮。而温度传感器作为物联网系统的基础构成元件，其市场应用范围不断扩大，需求量逐步提升。CMOS技术作为当前半导体的主要技术，其微型化、易集成的特点使得温度传感器体积减小、功能增加，并且使得其功耗更低，能够满足更多的应用需求。基于BJT的温度传感器是高精度的CMOS温度传感器，其利用基极
‑
发射极电压V
BE
的温度特性来测量温度。因为BJT良好的温度特性，这种温度传感器能够达到很高的精度，而随着近些年的发展，该类传感器的面积和功耗也得到了很大改善，配合新的数字校准技术，能够提高校准效率，降低成本。
[0003]在基于BJT的温度传感器设计中，在不同工艺角下，带隙基准电路中运算放大器的失调电压对带隙基准电压的影响较大。传统的带隙基准电路中，运算放大器两端的失调电压会经过与三极管相串联的电阻放大并耦合到带隙基准输出电压V
BG
上，由于基准电压V
BG
的误差，使得后续模数转换电路输出的数字码存在误差，进而导致温度测量出现误差。在传统方案中，消除运算放大器失调电压往往需要斩波技术来实现，但是该技术需要对电路多个节点进行斩波调制，将会引入额外的电路，这增大了电路复杂程度与功耗。
[0004]综上所述，避免运算放大器失调电压导致基准电压V
BG
剧烈变化而引起的温度测量误差，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种CMOS温度传感器，以克服在各种工艺角下带隙基准电路中运算放大器失调电压对基准电压V
BG
的影响，进而使得温度检测更为精确。整个温度传感器具有较低的功耗、较高的线性度。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种CMOS温度传感器，其特征在于，包括：启动电路、带隙基准电路、第三支路、镜像电流源、电压校准电路、模数转换电路、温度校准模块。
[0008]所述带隙基准电路包括：第一折叠共源共栅运算放大器(以下简称第一运算放大器)、第一NMOS、第一支路、第二支路，其中：
[0009]所述第一NMOS管的栅极与第一运算放大器连接，第一NMOS管的漏极与镜像电流源连接；
[0010]所述第一支路与第一NMOS管连接；
[0011]所述第二支路与第一NMOS管连接；
[0012]所述带隙基准电路向所述模数转换电路处于采样阶段时输出带隙基准电压V
BG
与正温度系数电压V
PTAT
。
[0013]所述第一支路包括：第一三极管、第三电阻、第一电阻，其中：
[0014]所述第三电阻与第一三极管串联，所述第一电阻与第三电阻串联，
[0015]所述第一电阻与所述第一NMOS管的源极连接。
[0016]所述第二支路包括：第二三极管、第二电阻，两者串联，所述第二电阻与所述第一NMOS管的源极连接。
[0017]其中，所述第一运算放大器的正输入端与所述第三电阻的上端连接，其负输入端与所述第二电阻的下端连接，所述第一运算放大器使得所述第一电阻、第二电阻的电压降相等；
[0018]所述第三支路包括：第三三极管、第四电阻，两者串联，用于生成模数转换电路所需要的共模电平，所述第四电阻与所述第一NMOS管的源极连接。
[0019]所述模数转换电路，用于利用参考电压V
BG_REF
量化第二电阻上的压降，即正温度系数电压V
PTAT
，并利用V
PTAT
与参考电压V
BG_REF
之比μ确定出环境温度。
[0020]所述模数转换电路包括：
[0021]用于生成逐次逼近比较时钟的移位寄存器；
[0022]采样保持电路，所述采样保持电路的第一端与所述带隙基准电压V
BG
连接，其第二端与所述第二三极管的发射极连接，用于在所述模数转换电路的采样阶段采样并保持所述电压αΔV
BE
，该电压为差分电压；
[0023]差分结构的比较器，所述比较器的第一端、第二端接收所述采样保持电路输出差分电压αΔV
BE
，其第三端接收所述移位寄存器输出比较时钟，其第四端输出模数转换后的数字码；
[0024]用于逐次逼近所述差分电压αΔV
BE
的电容阵列；
[0025]电容切换控制电路，所述电容切换控制电路以V
BG_REF
作为参考电压并且受所述比较器输出端信号以及所述比较器输出端反相信号所控制；
[0026]时钟生成电路，所述时钟生成电路的第一端与所述采样保持电路连接，其第二端、第三端与所述电容切换控制电路连接，用于提供相应时钟控制信号；
[0027]数字输出寄存器，所述数字输出寄存器与所述比较器输出端连接，用于捕获存储所述比较器在逐次逼近过程中输出数字码。
[0028]所述比较器差分输入端的电压信号分别为V
IP
、V
IN
。
[0029]所述比较器包括：
[0030]第五PMOS管，其源极与电源连接，其栅极与自身漏极连接；
[0031]第六PMOS管，其源极与电源连接，其栅极与自身漏极连接；
[0032]第二端接地的第六电阻；
[0033]第九NMOS管，其栅极与温度传感器使能控制信号PWD的反相信号连接，其源极与所述第六电阻连接；
[0034]第七NMOS管，其栅极与所述电压信号V
IP
连接，其漏极与所述第五PMOS管漏极连接，其源极与所述第九NMOS管连接；
[0035]第八NMOS管，其栅极与所述电压信号V
IN
连接，其漏极与所述第六PMOS管漏极连接，其源极与所述第九NMOS管连接；
[0036]第一电容，其第一端与所述第七NMOS管连接，其第二端接地；
[0037]第二电容，其第一端与所述第八NMOS管连接，其第二端接地；
[0038]锁存器，其第一端、第二端接收所述第七NMOS管、第八NMOS管漏极差分电压信号，其第三端、第四端输出比较结束的差分电压信号。
[0039]所述第一三极管、第二三极管、第三三极管均为PNP型三极管，
[0040]所述第一NMOS管的栅极与所述第一运算放大器输出端、启动电路的第二端连接，所述第一NMOS管的漏极与镜像电流源、启动电路第一端连接，
[0041]所述第一NMOS管的源极与所述第一电阻的第一端连接；
[0042]所述第一电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接，
[0043]所述第三电阻的第二端与所述第一三极管的发射极连接，
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CMOS温度传感器，其特征在于，包括：启动电路、带隙基准电路、第三支路、镜像电流源、电压校准电路、模数转换电路、温度校准模块。2.如权利要求1所述的一种CMOS温度传感器，其特征在于，所述带隙基准电路包括：第一折叠共源共栅运算放大器(以下简称第一运算放大器)、第一NMOS、第一支路、第二支路，其中：所述第一NMOS管的栅极与第一运算放大器连接，第一NMOS管的漏极与镜像电流源连接；所述第一支路与第一NMOS管连接；所述第二支路与第一NMOS管连接；所述带隙基准电路向所述模数转换电路处于采样阶段时输出带隙基准电压V
BG
与正温度系数电压V
PTAT
；所述第一支路包括：第一三极管、第三电阻、第一电阻，其中：所述第三电阻与第一三极管串联，所述第一电阻与第三电阻串联，所述第一电阻与所述第一NMOS管的源极连接；所述第二支路包括：第二三极管、第二电阻，两者串联，所述第二电阻与所述第一NMOS管的源极连接；其中，所述第一运算放大器的正输入端与所述第三电阻的上端连接，其负输入端与所述第二电阻的下端连接，所述第一运算放大器使得所述第一电阻、第二电阻的电压降相等；所述第三支路包括：第三三极管、第四电阻，两者串联，用于生成模数转换电路所需要的共模电平，所述第四电阻与所述第一NMOS管的源极连接。3.如权利要求1所述的一种CMOS温度传感器，其特征在于，所述模数转换电路，用于利用参考电压V
BG_REF
量化第二电阻上的压降，即正温度系数电压V
PTAT
，并利用V
PTAT
与参考电压V
BG_REF
之比μ确定出环境温度；所述模数转换电路包括：用于生成逐次逼近比较时钟的移位寄存器；采样保持电路，所述采样保持电路的第一端与所述带隙基准电压V
BG
连接，其第二端与所述第二三极管的发射极连接，用于在所述模数转换电路的采样阶段采样并保持所述电压αΔV
BE
，该电压为差分电压；差分结构的比较器，所述比较器的第一端、第二端接收所述采样保持电路输出差分电压αΔV
BE
，其第三端接收所述移位寄存器输出比较时钟，其第四端输出模数转换后的数字码；用于逐次逼近所述差分电压αΔV
BE
的电容阵列；电容切换控制电路，所述电容切换控制电路以V
BG_REF
作为参考电压并且受所述比较器输出端信号以及所述比较器输出端反相信号所控制；时钟生成电路，所述时钟生成电路的第一端与所述采样保持电路连接，其第二端、第三端与所述电容切换控制电路连接，用于提供相应时钟控制信号；数字输出寄存器，所述数字输出寄存器与所述比较器输出端连接，用于捕获存储所述比较器在逐次逼近过程中输出数字码；所述比较器差分输入端的电压信号分别为V
IP
、V
IN
；
所述比较器包括：第五PMOS管，其源极与电源连接，其栅极与自身漏极连接；第六PMOS管，其源极与电源连接，其栅极与自身漏极连接；第二端接地的第六电阻；第九NMOS管，其栅极与温度传感器使能控制信号PWD的反相信号连接，其源极与所述第六电阻连接；第七NMOS管，其栅极与所述电压信号V
IP
连接，其漏极与所述第五PMOS管漏极连接，其源极与所述第九NMOS管连接；第八NMOS管，其栅极与所述电压信号V
IN
连接，其漏极与所述第六PMOS管漏极连接，其源极与所述第九NMOS管连接；第一电容，其第一端与所述第七NMOS管连接，其第二端接地；第二电容，其第一端与所述第八NMOS管连接，其第二端接地；锁存器，其第一端、第二端接收所述第七NMOS管、第八NMOS管漏极差分电压信号，其第三端、第四端输出比较结束的差分电压信号。4.如权利要求2所述的一种CMOS温度传感器，其特征在于，所述第一三极管、第二三极管、第三三极管均为PNP型三极管，所述第一NMOS管的栅极与所述第一运算放大器输出端、启动电路的第二端连接，所述第一NMOS管的漏极与镜像电流源、启动电路第一端连接，所述第一NMOS管的源极与所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一三极管的发射极连接，所述第一三极管的集电极与基极接地；所述第二电阻的第一端与所述第一NMOS管的源极连接，所述第二电阻的第二端与所述第二三极管的发射极连接，所述第二三极管的集电极与基极接地；所述第四电阻的第一端与所述镜像电流源连接，所述第四电阻的第二端与所述第三三极管的发射极连接，所述第三三极管的集电极与基极接地；在所述模数转换电路的采样阶段，所述第二支路向所述模数转换电路提供所述电压αΔV
BE
以及所述带隙基准电压V
BG
，所述第三支路用于生成所述模数转换电路需要的共模电平；所述第一三极管与所述第二三极管的面积之比为P:1，P＝24，ΔV
BE
为所述第三电阻上的压降，αΔV
BE
为所述第二电阻上的压降，即αΔV
BE
＝V
PTAT
，5.如权利要求1所述的一种CMOS温度传感器，其特征在于，所述镜像电流源，用于向所述第一运算放大器提供偏置电流，并向所述模数转换电路提供偏置电流，并向第一支路、第二支路、第三支路提供偏置电流，该偏置电流为正温度系数电流I
PTAT
；所述镜像电流源包括：第一传输门开关、第二传输门开关，其栅极都接收所述温度传感器使能控制信号PWD以
及反相信号其中第七PMOS管，其源极与电源连接，漏其极与所述第一传输门开关第一端连接，栅极与所述第一传输门开关第二端连接；第八PMOS管，其栅极与所述温度传感器使能控制反相信号连接，其源极与电源连接，其漏极与所述第七PMOS管栅极连接；第九PMOS管，其源极与电源连接，其栅极与所述第八PMOS管的漏极连接，其漏极输出第一偏置电流；第十PMOS管，其源极与电源连接，其栅极与所述第九PMOS管的栅极连接，其漏极输出第二偏置电流；第十一PMOS管，其源极与电源连接，其栅极与所述第十PMOS管的栅极连接，其漏极输出第三偏置电流；第十二PMOS管，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周延，邱雷，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：