基于65nm CMOS工藝高精度片上溫度傳感器設(shè)計(jì).pdf

1、隨著集成電路工藝的飛速發(fā)展和電子產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷向著高頻率、高度集成的方向發(fā)展，芯片的溫度也隨之越來(lái)越高，芯片的功耗散熱問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。在探索散熱方法的同時(shí)，在芯片上集成溫度傳感器，用來(lái)準(zhǔn)確的感測(cè)系統(tǒng)或者單一芯片的溫度也是非常重要的。在這種背景之下，片上CMOS溫度傳感器就顯示了它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
　　文章首先對(duì)片上溫度傳感器進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)所需的性能指標(biāo)和應(yīng)用背景選取了基于環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)的頻率輸出型溫度傳感器。接著詳細(xì)地介

2、紹了感溫模擬模塊和感溫?cái)?shù)字模塊中主要模塊的電路結(jié)構(gòu)，并對(duì)主要模塊的常用電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了比較。最后針對(duì)應(yīng)用于射頻藍(lán)牙芯片，綜合考慮精度、功耗、成本等因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)了一款測(cè)量溫度范圍廣、精度高的片上溫度傳感器，并實(shí)現(xiàn)了所有元器件在一塊芯片上集成。電路主要模塊包括電壓跟隨器、環(huán)形振蕩器、測(cè)頻電路、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路等。同時(shí)，為了得到更高的精度，在精度和功耗的折中考慮下，運(yùn)用MATLAB工具，擬合三次方函數(shù)表示頻率和溫度的關(guān)系。
　　整個(gè)設(shè)計(jì)

3、過(guò)程采用格羅方德公司65nm G CMOS工藝，運(yùn)用cadence公司所提供的Virtuoso工具對(duì)研究和設(shè)計(jì)的溫度傳感器進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)，并且使用spectre電路仿真工具對(duì)各個(gè)模塊電路和整個(gè)溫度傳感器電路進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，使用calibre工具對(duì)版圖進(jìn)行DRC、LVS檢查和寄生參數(shù)提取，最后進(jìn)行后仿真驗(yàn)證。芯片的工作電壓IO為3V，內(nèi)核為1.2V，整體面積為196μm×172μm。仿真結(jié)果顯示，可測(cè)量溫度范圍從-55℃-125℃，最小測(cè)