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传感器与微系统（TransducerandMicrosystemTechnologies
2016年第35卷第12期
DOI:10.13873/J.1000-9787(2016)12-008203
实现工艺误差校准的脉冲宽度调制温度传感器
李蓄，南敬昌，李锋
（辽宁工程技术大学电子与信息工程学院，辽宁荫芦岛125105）
摘要：设计了一种脉冲宽度调制结构的温度传感器。采用了环形廷迟阵列替代传统允长的延迟阵列。针对该类型温度传感器精度较低的问题，分析了传感器工艺误差产生原理，在此基础上，设计误差校准电路。校准电路功能采用现场可编程门阵列（FPCA)验证，结果表明符合设计要求，可实现校准功能。采用 SMIC0.18CMOS工艺对温度传感器电路进行仿真，结果表明：温度传感器温度范围为-20~60℃时，分磷率为1℃/LSB。
关键调：温度传感器；脉冲宽究度调制；误差校准；现场可编程门阵列
中图分类号：TN432
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2016)12-0082-03
Pulsewidthmodulatedtemperaturesensorwithprocess
errorcalibrationcircuit*
LI Lei, NAN Jing-chang, LI Feng
(School of Electronic and Information Engineering,Liaoning Technical University,Huludao 125105, China) Abstract: A kind of pulse width modulation temperature sensor is designed. Instead of conventional long delay array,a cyclic delay array is used. To improve precision of temperature sensor, a process error calibration is proposed,on the basis of analyzing the generation principle of process error. The error calibration cireuit is implemented by FPGA. The verification results show that the ealibration function can be realized and the results can meet the requirements. The cireuit is fabricated by SMIC O. 18 CMOS standard process,the simulation results indicate that the termperature senor achieves a resolution of 1°C/LSB at range of 20 ~60°C.
Key words: temperature sensor; pulse width modulation; error calibration; field programmable gate array(FPGA)
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伴随物联网的发展，智能产品不断涌现，使得温度传感器与其他产品广泛结合1]。也对温度传感器提出了低功耗、低成本、高便携性、方便与其他应用一体集成的要求，因此，研究基于标准CMOS工艺的温度传感器技术具有重要的意义。
目前国内外对于标准CMOS工艺温度传感器芯片的研究已经取得了诸多成果。已发表的温度传感器芯片根据实现原理可主要分为：模/数转换温度传感器3-4)，频率调制温度传感器[5-7]及脉冲宽度调制温度传感器[8-1]。
在三种类型的温度传感器中，模/数转换温度传感器研究起步早，主要采用双极结型晶体管（BJT)发射结电压实现温度信息采集，采用模/数转换器（ADC)实现温度信息到数字输出的转换。该种传感器最大的优势在于输出精度
收搞日期：2016-1008
*基金项目：辽宁省教育厅科学技术研究一般项目（L2014130）
高，然而功耗高、芯片面积大也为其应用带来局限性(2-4)。
频率调制温度传感器与脉冲调制温度传感器多应用于片上系统（systemonchip，SoC）的温度监控及无源传感节点，该两种传感器的平均功耗与平均芯片面积较小，其中，频率调制温度传感器的精度较低(3.6)。脉冲宽度调制温度传感器利用MOS晶体管实现温度感知，由其构建延迟链路，利用传输延迟时间与温度的相关性完成温度对脉冲宽度的调制，其精度优于额率调制温度传感器(7-9]。
在三种类型的温度传感器中，脉冲宽度调制温度传感器因功耗低、芯片面积小、精度适中，更符合物联网的应用要求。而且电路结构可以同时采用数字工艺[7.9]和模拟工艺[913]实现，方便与其他应用集成在同一芯片中，因此，更适合在物联网中大规模应用。然而，就应用指标面言，该温度传感器的精度较低，限制其向更高端、更广阔的应用领域