衬底PNP型双极型晶体管带隙基准PTAT电流Σ-△调制器数字低通滤波电路硕士论文

衬底PNP型双极型晶体管带隙基准PTAT电流Σ-△调制器数字低通滤波电路硕士论文

模拟CMOS温度传感器的设计

软件工程， 2011， 硕士

【摘要】 本文概述了温度传感器的发展历史、现状和趋势。阐述了CMOS集成温度传感器的优势和特点,指出了本课题的研究意义。对CMOS工艺下的两种感温元件,即亚阐值工作状态下的金属场效应晶体管(MOSFET)及衬底PNP型双极型晶体管(BJT)的温度模型和影响因素进行了分析和比较,指出了衬底PNP型BJT更适合作为温度传感器的温度敏感元件。本文采用正向设计方法,研究设计了一种基于标准CMOS工艺的集成温度传感器,该温度传感器可用于对环境温度及体温的精确测量,具有体积小、测量范围广、精度高的特点。主要研究设计内容包括:温度传感器类型及不同测量方法的研究,Σ-Δ转换技术的研究,温度传感器系统结构的研究设计,温度转换器部分各个功能模块的研究设计,数字滤波器的研究设计等。本文研究设计的温度传感器共由两部分组成:集成温度转换器部分及数字滤波器部分。集成温度转换器部分包括:感温元件、正温度系数电流采集电路、负温度系数电流采集电路、1.2V及0.6V带隙基准源、电压比较器、CMOS开关电路等。本文运用Cadence工具的Virtuoso软件对研究设计的温度传感器进行电路设计;并用Spectre电路仿真工具对温度转... 更多还原

【Abstract】 In this thesis, the developing history, present situation and trends of temperature sensor and CMOS integrated

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temperature sensor were summarized. The dominance and

properties of the CMOS integrated temperature sensor were also described, the research meaning was pointed out. The

temperature related model and the influencing factor of two temperature sensing devices, PNP substrate transistor, based on CMOS process were analyzed and compared, and pointed out that the PNP substrate transistor was ... 更多还原

【关键词】 衬底PNP型双极型晶体管； 带隙基准； PTAT电流； Σ-△调制器； 数字低通滤波电路；

【Key words】 PNP substrate transistor； bandgap reference； PTAT CurrentΣ-△modulator； digital low Pass filter； 摘要 3-4

Abstract 4

第一章 绪论 7-13

1.1 温度传感器的分类 7-8

1.2 国内外CMOS 温度传感器的发展现状和未来 8-11

1.2.1 国内发展现状 9-10

1.2.2 国外发展现状 10

1.2.3 温度传感器的发展趋势 10-11

1.3 CMOS 温度传感器的设计方法 11

1.4 本论文的主要工作 11-13

第二章 温度传感电路的设计 13-29

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2.1 CMOS 温度传感器中的器件模型分析 13-15

2.1.1 MOS 器件的亚阈值模型 14-15

2.1.2 CMOS 工艺下的双极型晶体管(BJT) 15

2.2 双极晶体管的温度传感原理 15-17

2.2.1 正温度系数电压 15-16

2.2.2 负温度系数电压 16-17

2.3 正温度系数电流采集电路设计及仿真 17-21

2.3.1 正温度系数电流采集原理 17-18

2.3.2 PTAT 电路设计 18-20

2.3.3 正温度系数电流仿真结果及分析 20-21

2.4 负温度系数电流采集电路设计及仿真 21-23

2.4.1 负温度系数电流采集原理 21-22

2.4.2 负温度系数电流仿真结果分析 22-23

2.5 带隙基准电压源电路设计及仿真 23-27

2.5.1 带隙基准电压源原理结构 24-25

2.5.2 带隙基准源仿真结果分析 25-27

2.6 温度传感电路整体设计 27-28

2.7 小结 28-29

第三章 一阶Σ-△调制电路设计 29-37

3.1 Σ-△A/D 转换原理 29-31

3.2 电压比较器的设计 31-33

3.3 CMOS 开关电路设计 33-35

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3.3.1 开关电路仿真结果分析 34-35

3.4 温度转换器整体电路仿真 35-36

3.5 小结 36-37

第四章 数字滤波器电路设计 37-49

4.1 滤波器的结构 37-39

4.2 FIR 数字滤波器的基本特征 39-42

4.3 线性相位FIR 滤波器设计 42-48

4.3.1 窗函数法设计的基本思想 42-45

4.3.2 利用MATLAB 工具基于窗函数法的FIR 滤波器设计 45-48

4.3.2.1 FDATool 设计法 46-48

4.4 小结 48-49

第五章 影响电路性能的因素及改善方法 49-53

5.1 MOS 开关对电路的影响 49-50

5.2 非线性与不匹配对电路的影响 50-52

5.3 小结 52-53

第六章 电路版图的设计 53-59

6.1 版图设计工具Virtuoso Layout Editor 53-55

6.1.1 版图的设计 53-55

6.2 版图的验证 55-58

6.2.1 DRC(Design Rule Check) 55-57

6.2.1.1 DRC 基本内容 56-57

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6.2.2 LVS(Layout VS Schematic) 57-58

6.3 小结 58-59

总结 59-61

致谢 61-63

参考文献 63-67