基于動(dòng)態(tài)元件匹配的CMOS集成溫度傳感器設(shè)計(jì)

1、第28卷第11期2007年11月半導(dǎo)體學(xué)報(bào)C HIN ES E J OU RNAL O F S EM ICOND U C TO RSVol.28No.11Nov.,20073國(guó)家杰出青年基金資助項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào):60425101 通信作者.Email :colin 2888 2007204224收到,2007207209定稿2007中國(guó)電子學(xué)會(huì)基于動(dòng)態(tài)元件匹配的CMOS 集成溫度傳感器設(shè)計(jì)3江海 呂堅(jiān)徐建華蔣亞?wèn)|(電子科技大學(xué)電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都610054摘要:利用CMOS 工藝下襯底型雙極晶體管的溫度特性,設(shè)計(jì)了一種精度較高的溫度傳感器.動(dòng)態(tài)元件匹配的應(yīng)用很好地解決了由于集成

2、電路工藝誤差引起的不匹配對(duì)溫度傳感器性能的影響.采用CSMC 015m 混合信號(hào)工藝仿真,結(jié)果顯示,該溫度傳感器精度是0115,線(xiàn)性度是0115%.多個(gè)芯片實(shí)測(cè)結(jié)果表明:溫度傳感器精度小于016,線(xiàn)性度小于0168%,功耗為587W ,芯片面積為225m ×95m ,輸出為模擬電壓信號(hào),便于采集,為后端處理和應(yīng)用提供方便.關(guān)鍵詞:動(dòng)態(tài)元件匹配;襯底型雙極晶體管;溫度傳感器EEACC :1265A ;2560;2570D 中圖分類(lèi)號(hào):TN 47文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):025324177(200711218242061引言隨著各類(lèi)電子產(chǎn)品的便攜化,可用于片上測(cè)溫的集成溫度傳感器的發(fā)展也

3、更加迅速.傳統(tǒng)的溫度傳感器(如熱電偶、鉑電阻、雙金屬開(kāi)關(guān)等雖然有著很多優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用廣泛,但與I C 工藝不兼容,而且會(huì)因?yàn)樽陨淼臒嵝?yīng)影響測(cè)量精度,制約它們?cè)谖⑿突叨穗娮赢a(chǎn)品中的應(yīng)用.與之相比,半導(dǎo)體溫度傳感器具有靈敏度高、體積小、功耗低、時(shí)間常數(shù)小、自熱溫升小、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),無(wú)論是電壓、電流還是頻率輸出,在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)都與溫度成線(xiàn)性關(guān)系,適合在集成系統(tǒng)中應(yīng)用.目前應(yīng)用于CMOS 工藝下溫度傳感器感溫元器件主要有MOS 晶體管和寄生雙極晶體管.前者主要應(yīng)用MOS 管的載流子遷移率以及閾值電壓隨著溫度的變化加以測(cè)量,主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在模型精確,受封裝影響小,在A(yíng) C 電源下襯底漏電小

4、,且占用芯片面積小.但由于受工藝波動(dòng)的影響比較大,產(chǎn)業(yè)界目前普遍采用雙極晶體管作為溫度傳感器的感溫元件1.CMOS 工藝下能很方便地實(shí)現(xiàn)寄生雙極型晶體管,包括橫向雙極晶體管(lateral bip ola r t ra n 2sist or 和襯底雙極晶體管(subst rate bip ola r t ra n 2sist or .襯底雙極晶體管的發(fā)射極電壓和集電極電流相對(duì)于橫向雙極晶體管具有更好的指數(shù)關(guān)系,因此得到廣泛的應(yīng)用2.本文采用了襯底雙極晶體管設(shè)計(jì)了一種溫度傳感器,動(dòng)態(tài)元件匹配技術(shù)(dyna mic ele me nt matc 2hi ng ,D EM 的合理應(yīng)用有效地減輕和消除

5、了由于電流源以及兩支路晶體管的不匹配引起的誤差,流片測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果類(lèi)似,能得到精度高、線(xiàn)性度好的曲線(xiàn),同時(shí)該集成溫度傳感器功耗低、面積小,輸出為模擬電壓信號(hào),方便后端處理和應(yīng)用.2襯底雙極晶體管溫度特性2.1襯底雙極晶體管結(jié)構(gòu)圖1是在CMOS 工藝下襯底雙極晶體管的剖面圖,n 阱中進(jìn)行p 型重?fù)诫s形成發(fā)射極E ,n 阱中進(jìn)行n 型重?fù)诫s形成晶體管基極B ,在p 型襯底中加入p 型重?fù)诫s構(gòu)成晶體管集電極C.這種寄生p np 晶體管的基極接到襯底,形成二極管連接的結(jié)構(gòu),能減小與二極管串聯(lián)的有效電阻的阻值并能減小到襯底的泄漏電流3.另外,與其他種類(lèi)的雙極晶體管相比,襯底p np 晶體管的基極2發(fā)

6、射極電壓V B E 受機(jī)械壓力影響最小,因此由于封裝引起的V B E 的漂移可以忽略4.圖1襯底雙極晶體管的剖面圖Fig.1Cross section of subst rate bip olar t ransist or第11期江海等:基于動(dòng)態(tài)元件匹配的CMOS 集成溫度傳感器設(shè)計(jì)圖2基極2集電極電壓V B E的溫度特性Fig.2Temp erature characteristic of V B E2.2V BE的溫度特性集電極電流I C與基極2發(fā)射極電壓V BE經(jīng)典的指數(shù)關(guān)系為:I C=I S exp qV B Enk T(1其中T是絕對(duì)溫度;q是電子電量;k是玻爾茲曼常數(shù);I S是飽和

7、電流.從(1式出發(fā),Tsividis5推導(dǎo)出了V BE關(guān)于絕對(duì)溫度T的表達(dá)式:V B E(T=V g01-TT r+TT rV B E(T r-k Tq l nTT r+k Tql nI C(TI C(T r(2其中V g0是絕對(duì)溫度為0K時(shí)的帶隙電壓;是受工藝影響的常數(shù);k是玻爾茲曼常數(shù);q是電子電量; T r是環(huán)境參考溫度.從圖2可以看出V BE相對(duì)于絕對(duì)溫度T有一個(gè)近似的線(xiàn)性關(guān)系.其非線(xiàn)性主要是由于過(guò)程變量以及集電極電流I C對(duì)溫度的依賴(lài)引起的5.2.3V BE(T的溫度特性相同的雙極晶體管分別工作在兩個(gè)集電極電流I C1和I C2的工作狀態(tài)下,其基極發(fā)射極電壓的差值V BE可以表示為:

8、VB E=V B E2(T-V B E1(T=nk Tql nI C2I C1×I S1I S2(3對(duì)于相同的晶體管,I S1/I S2=1,只要集電極電流的比值I C1/I C2為一個(gè)常數(shù),V BE就和絕對(duì)溫度成正比,即通常所說(shuō)的V PTA T.值得指出的是,V BE 既不受過(guò)程參數(shù)的影響.也不受集電極電流I C數(shù)值大小的影響,因此相對(duì)于V BE具有更好的線(xiàn)性度6.圖3基于動(dòng)態(tài)元件匹配的溫度傳感器的系統(tǒng)圖Fig.3System diagram of the temperature senor based on dynamic element matching3基于動(dòng)態(tài)元件匹配的溫度

9、傳感器的設(shè)計(jì)從第2節(jié)雙極晶體管的基極2集電極電壓溫度特性可以看出:V BE的曲線(xiàn)會(huì)因?yàn)楣に囍圃臁⑦^(guò)程控制以及集電極電流I C的不均勻等原因變得非線(xiàn)性;V BE是一個(gè)相當(dāng)小的電壓信號(hào),也需要采取各種措施來(lái)防止元件的不匹配以及由于電流漂移所引起的誤差的發(fā)生6.動(dòng)態(tài)元件匹配就是一種解決由于元件不匹配對(duì)精度產(chǎn)生的影響的方法,能在不采用微調(diào)技術(shù)或者使用了低成本的不精確的元器件前提下,給兩個(gè)支路的晶體管提供均勻的偏置電流,同時(shí)減小兩支路晶體管的不匹配性,為后端放大器提供精度很高的隨溫度線(xiàn)性變化的P TA T電壓.3.1動(dòng)態(tài)匹配生成V PTAT由(3式可以看出,要使溫度測(cè)量誤差控制在±0101,I

10、 C1/I C2的誤差需要控制在±01011%,因此為了獲得精確的V PTA T,集電極電流比例I C1/I C2必須很精確.本文選擇I C1/I C2=1/15.圖3是一種基于動(dòng)態(tài)匹配的溫度傳感器的系統(tǒng)圖,輸出為與絕對(duì)溫度成正比的V PTA T.Q1,Q2,Q3,Q4是相同的雙極晶體管,每?jī)蓚€(gè)一組形成感溫系統(tǒng)的兩個(gè)支路,接收比例為115的偏置電流.圖4是16個(gè)共源共柵電流鏡構(gòu)成的電流源的示意圖,采用動(dòng)態(tài)匹配實(shí)現(xiàn)兩個(gè)支路分別提供電流為I C和15I C的偏置電流.數(shù)字邏輯電路在時(shí)鐘的控制下產(chǎn)生的16個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)S1S16.第一個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)臨以后讓S1接通左邊支路,其余開(kāi)關(guān)接通右

11、邊支路;第二個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)臨以后讓S2接通左邊支路,其余開(kāi)關(guān)接通右邊支路;第三個(gè)時(shí)鐘周5281半導(dǎo)體學(xué)報(bào)第28 卷圖4動(dòng)態(tài)匹配生成115偏置電流的電流源Fig.4G eneration of115bias current source using DEM期來(lái)臨以后讓S3接通左邊支路,其余開(kāi)關(guān)接通右邊支路;以此類(lèi)推.一個(gè)完整的循環(huán)周期內(nèi),每個(gè)開(kāi)關(guān)輪流接通左邊支路,提供左邊支路偏置電流I C;同時(shí),每個(gè)開(kāi)關(guān)的電流輪流參與到15個(gè)電流源中提供右邊支路偏置電流15I C.因此電路分別工作在16個(gè)開(kāi)關(guān)的子狀態(tài),理論上,每一個(gè)子狀態(tài)的V PTA T近似等于(nk T/qln15.3.2動(dòng)態(tài)匹配消除晶體管的不

12、匹配如圖3所示,為了減小兩支路雙極晶體管的不匹配,每個(gè)支路分別采用兩個(gè)較小的晶體管并聯(lián), Q1和Q2構(gòu)成支路1,Q3和Q4構(gòu)成支路2.在開(kāi)關(guān)信號(hào)a和a_n的控制下,支路1和2周期性地互換位置,即兩條支路在開(kāi)關(guān)信號(hào)的控制下輪流接收I C 和15I C.這樣,兩支路周期性地輪換產(chǎn)生接收15I C 的V BEH和接收I C的V BEL.高低位選通電路能夠使輸出的“+”端始終輸出較大的V BEH,“-”端始終輸出較小的V BEL,從而獲得穩(wěn)定的V BE(V BE=V BEH -V BEL,即V PTA T.3.3動(dòng)態(tài)匹配電路的有效分析動(dòng)態(tài)匹配電路在消除電流源的不匹配和不同支路晶體管的不匹配方面表現(xiàn)很優(yōu)

13、異.如果讓開(kāi)關(guān)信號(hào)a和a_n的轉(zhuǎn)換速度是開(kāi)關(guān)S1S16的轉(zhuǎn)換速度的兩倍,電路就工作在32個(gè)子狀態(tài)下.為了分析動(dòng)態(tài)匹配電路的效果,假設(shè)M1產(chǎn)生的電流比其他電流鏡產(chǎn)生的電流大I,這樣32個(gè)子狀態(tài)中有2個(gè)子狀態(tài)M1提供電流I C,有30個(gè)子狀態(tài)M1參與到15個(gè)電流源提供15I C.同時(shí)假設(shè)兩支路的晶體管由于不匹配其飽和電流I S1和I S2存在偏差I(lǐng) S,即I S1 =I S2+I S,則在開(kāi)關(guān)信號(hào)a和a_n的控制下,支路1(或2分別有16個(gè)子狀態(tài)提供V BEH和V BEL,那么在32個(gè)子狀態(tài)下的平均值可表示為:V PTA T=nk T32q30l n15I C+II C+2l n15I CI C+

14、I+ 16l nI S2+I SI S2+16l nI S2I S2+I S=nk Tql n15+V PTA T(4公式(4的第一項(xiàng)和第二項(xiàng)代表電流源的偏差I(lǐng)對(duì)VPTA T的影響,第三項(xiàng)和第四項(xiàng)代表IS對(duì)V PTA T的影響.可以看出:在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi),由晶體管的不匹配引起的誤差I(lǐng) S在生成的V PTA T電壓中被完全消除.電流源的偏差也最終轉(zhuǎn)換為V PTA T電壓的偏差V PTA T.假設(shè)誤差的大小I/I C=±0101,I S/I S=±0101,代入公式(4,得出V PTA T/V PTA T =±1107×10-6.若沒(méi)有動(dòng)態(tài)匹配,直接應(yīng)用該電

15、流鏡M1,則M1用作產(chǎn)生I C和15I C的誤差V PTA T/ V PTA T分別為±3674×10-6和±246×10-6.由此可以看出,動(dòng)態(tài)匹配提供的電流的有效平均值就是一個(gè)考慮了所有16個(gè)電流源綜合效果的電流值,此種方法能有效減輕和消除由于電流源以及兩支路晶體管的不匹配引起的誤差.4版圖設(shè)計(jì)圖5為CSMC015m工藝下溫度傳感器的版圖,芯片面積為225m×95m.合理的版圖布局配合動(dòng)態(tài)元件匹配技術(shù)的應(yīng)用使得溫度傳感器性能更優(yōu)越.5模擬仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果圖6是在CSMC015m工藝下溫度變化為0100時(shí)V BE的仿真波形圖,以及在華潤(rùn)上華

16、科技有限公司成功流片后選取的其中一個(gè)樣品的V PTA T測(cè)試波形.測(cè)試所需供電電壓為3.3V,測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)的讀取采用目前先進(jìn)的Keit hley4200CSC半導(dǎo)體特性測(cè)試系統(tǒng).分析圖6的曲線(xiàn)可以看出,該樣品的測(cè)試曲線(xiàn)與仿真曲線(xiàn)十分類(lèi)似.但相同溫度下,該樣品的測(cè)試結(jié)果得到的輸出電壓V PTA T略小于仿真結(jié)果得到的輸出電壓V PTA T,這與集成電路制造工藝有關(guān).華潤(rùn)上華科技有限公司提供的CSMC015m工藝模型庫(kù)是在生產(chǎn)線(xiàn)上多次實(shí)驗(yàn)得到的MOS晶體管和雙極晶體管的各項(xiàng)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均值.應(yīng)用該工藝模型庫(kù)進(jìn)行仿真得到的仿真曲線(xiàn)也是統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果曲線(xiàn).參考公式(3可以發(fā)現(xiàn),該樣品在實(shí)際流片過(guò)程中晶體管

17、的性能參數(shù)與仿真所用統(tǒng)計(jì)平均值存在一個(gè)小的偏差,使得絕對(duì)溫度T的系數(shù)(nk/q×ln(I C2I S1/(I C1I S2略小于仿真所用的統(tǒng)計(jì)平6281第11期江海等:基于動(dòng)態(tài)元件匹配的CMOS 集成溫度傳感器設(shè)計(jì)圖5溫度傳感器版圖設(shè)計(jì)Fig.5Layout design of temperature sensor均值.因此單個(gè)測(cè)試樣品的測(cè)試曲線(xiàn)與仿真結(jié)果相比存在上述偏差是合理的,不影響該樣品的性能.動(dòng)態(tài)匹配技術(shù)的使用能有效地減輕和消除由于電流源以及兩支路晶體管的不匹配引起的誤差,使得由于工藝影響產(chǎn)生的偏差減到最小.從圖6還可以看出,測(cè)試結(jié)果各溫度采樣點(diǎn)與仿真結(jié)果相比只存在很小的偏差

18、,屬于工藝允許的正常范圍.為了進(jìn)一步分析該溫度傳感器的性能,需要研究溫度傳感器的輸出電壓的精度和線(xiàn)性度以及整個(gè)系統(tǒng)的功耗.精度 圖6輸出電壓隨溫度變化曲線(xiàn)(a 仿真波形;(b 測(cè)試波形Fig.6Voltage output versus temperature (a Simu 2lation result ;(b Test resultAccuracy 和線(xiàn)性度NL 被定義為7:Accuracy =Max (Act ual (V out -I deal (V out Max (V out -Mi n (V out ×(T max -T min (5NL =Max (Act ual (

19、V out -I deal (V out Max (V out -Mi n (V out ×100%(6其中Act ual (V out 和Ideal (V out 分別表示實(shí)際和理想輸出電壓值;Max (V out 和Min (V out 分別表示輸出電壓的最大值和最小值;T max 和T min 分別表示測(cè)量溫度的最大值和最小值.應(yīng)用Matlab 軟件對(duì)仿真得到的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)以及測(cè)試得到的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性擬合分別得到仿真和實(shí)測(cè)理想電壓輸出曲線(xiàn),再利用公式(5和(6計(jì)算出所需的精度和線(xiàn)性度的參數(shù)值.表1是對(duì)多個(gè)不同芯片測(cè)試的測(cè)試結(jié)果和仿真結(jié)果的對(duì)比.多個(gè)樣品的測(cè)試結(jié)果是對(duì)多個(gè)不同樣

20、品進(jìn)行測(cè)試后將每次測(cè)試數(shù)據(jù)單獨(dú)利用公式(5和(6進(jìn)行處理以后得到的測(cè)試數(shù)據(jù),因?yàn)槭嵌鄠€(gè)樣品,所以表格列出的測(cè)試數(shù)據(jù)是一個(gè)范圍.可以看出,多個(gè)芯片的精度、線(xiàn)性度以及功耗都能夠維持在一個(gè)較好的水平.值得指出的是,實(shí)際流片測(cè)試得到的性能參數(shù)與仿真得到的性能參數(shù)存在偏差.分析圖6的測(cè)試曲線(xiàn)可以看出,由于電路噪聲、測(cè)試環(huán)境表1溫度傳感器仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果的對(duì)比Table 1Comparison between simulation result and test result of temperature sensor仿真結(jié)果多個(gè)樣品的測(cè)試結(jié)果多個(gè)樣品的修正測(cè)試結(jié)果性能參數(shù)V PTA T V PTA T

21、V PTA T精度/0.150.310.60.230.47線(xiàn)性度/%0.150.370.680.240.56功耗/W 540<587<585輸出信號(hào)模擬電壓信號(hào)7281半導(dǎo)體學(xué)報(bào)第28卷表2各類(lèi)溫度傳感器性能比較Table2Comp arison betwee n simulation result a nd test result of te mperature se nsor采用方式工作范圍/精度/功耗/W面積/mm2工藝/m發(fā)表年份輸出形式參考文獻(xiàn)CMOS0100±12000.01811997Frequency Ref.8 CLB T-60160±0.37

22、35500.612000Current Ref.9 CMOS01000.81502004Frequency Ref.10 CVB T-50120±0.536502.50.52005Digital Ref.11 CVB T-55125±01136004.50.72005Digital Ref.12 CMOS0100±11415000.0250.62005Current/V oltage Ref.13 Vt n01000.5/0.71645/7142006Frequency Ref.7 CVB T01000.310.65740.0210.5V oltage This

23、p ap er 3表明有片上校準(zhǔn)以及測(cè)試儀器存在誤差等因素,該樣品測(cè)試曲線(xiàn)的采樣點(diǎn)會(huì)在其線(xiàn)性擬合曲線(xiàn)附近無(wú)規(guī)律的上下抖動(dòng),個(gè)別采樣點(diǎn)的較大偏離都會(huì)影響到輸出信號(hào)曲線(xiàn)的線(xiàn)性度和精度.通過(guò)對(duì)同一樣品多次重復(fù)的測(cè)試,并對(duì)同一溫度下每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)試電壓值求統(tǒng)計(jì)平均值,能減輕測(cè)試環(huán)境和測(cè)試儀器對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響.表1給出了應(yīng)用上述方法的多個(gè)樣品的修正測(cè)試結(jié)果,可以看出經(jīng)過(guò)上述方法進(jìn)行實(shí)測(cè)并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以后得到的測(cè)試結(jié)果明顯優(yōu)于原有測(cè)試結(jié)果.另外由于未能從流片廠(chǎng)商獲得裸片單獨(dú)測(cè)試,因此無(wú)法判斷封裝對(duì)芯片性能產(chǎn)生的影響.目前正在研究利用多階2過(guò)采樣ADC的方法將輸出模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)輸出,利用數(shù)字電路的

24、手段降低低頻1/f噪聲,并且數(shù)字信號(hào)的讀出對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的依賴(lài)將更小,但過(guò)采樣ADC對(duì)溫度傳感器性能的影響還有待研究.表2給出了一些國(guó)內(nèi)外溫度傳感器的現(xiàn)狀比較.可以看出本文提供的基于動(dòng)態(tài)元件匹配的溫度傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)都能達(dá)到較先進(jìn)的水平.目前,國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)始將A/D集成到溫度傳感器11,12實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸出,或者通過(guò)集成一個(gè)環(huán)形振蕩器或者張弛振蕩器實(shí)現(xiàn)頻率的輸出7,8,10.數(shù)字化接口相對(duì)于模擬輸出,主要缺點(diǎn)是芯片面積大了許多;優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)字化接口能使性能更可靠,即使在量產(chǎn)時(shí)仍能保持精確度.本文提供的以模擬電壓為輸出方式的溫度傳感器在同類(lèi)型的溫度傳感器中實(shí)現(xiàn)了較好的性能,同時(shí)也為后端的應(yīng)用和改進(jìn)提供

25、了方便.6結(jié)束語(yǔ)本文利用CSMC015m工藝下襯底雙極型晶體管基極2發(fā)射極電壓的溫度特性設(shè)計(jì)了一種高精度的溫度傳感器.動(dòng)態(tài)元件匹配技術(shù)的應(yīng)用很好地降低了由于工藝誤差以及偏置電流源提供的集電極電流的不均勻造成的P TA T電壓的誤差.成功流片以后,測(cè)試數(shù)據(jù)能達(dá)到仿真設(shè)計(jì)中獲得的較好的性能,該電路產(chǎn)生的電壓輸出信號(hào)精度高(<016、線(xiàn)性度好(<0168%、功耗小(<587W,輸出為模擬電壓信號(hào),便于采集,為集成電路的熱測(cè)試和溫度保護(hù)提供了方便.參考文獻(xiàn)1Zhang Xun,Jin Dongming,Liu Litian.Review of semiconduc2tor tempe

26、rature sensors development.Transducer and Micr2osystem Technologies,2006,25(3:1(in Chinese張洵,勒東明,劉理天.半導(dǎo)體溫度傳感器研究進(jìn)展綜述.傳感器與微系統(tǒng).2006,25(3:12Meijer G C M.Concept s for bandgap references and voltagemeasurement systems.In:Huising J H,van de Plassche R J,Sansen W M C,ed.Analog circuit design.K luwer:Academ

27、icPublishing,1996:2433Baker R J,Li H W,Boyce D E.CMOS circuit design,layout,and simulation.IEEE Press Series on Microelectronic Sys2tems,2004:4704Fruett F,Meijer G C M,Bakker A.Minimization of t he me2chanical2stress2induced inaccuracy in bandgap voltage refer2ences.IEEE J Solid2State Circuit s,2003

28、,38(7:12885Tsividis Y P.Accurate analysis of temperature effect s in I C2V BE characteristics wit h application to bandgap referencesources.IEEE J Solid2State Circuit s,1980,15(6:10766Meijer G C M,Wang Guijie,Fruett F.Temperature sensorsand voltage references implemented in CMOS technology.IEEE Sens

29、ors Journal,2001,1(3:2257Lin Saihua,Yang Huazhong.Design of a novel all2CMOSbuilt2in temperature sensor.Chinese Journal of Semiconduc2tors,2006,27(3:551(in Chinese林賽華,楊華中.新型全CMOS片上溫度傳感器設(shè)計(jì).半導(dǎo)體學(xué)報(bào),2006,27(3:551 8Szekely V,Marta C,K ohari Z,et al.CMOS sensors for on2linet hermal monitoring of VL SI circ

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31、ure sensor for VL SI circuit.Chinese Journalof Semiconductors,2004,25(3:25211Pertijs M A P,Niederkorn A,Ma X,et al.A CMOS smarttemperature sensor wit h a3inaccuracy of±015f rom-50t o120.I EEE J Solid2State Circuits,2005,40(2:8281第 11 期 454 江 海等 : 基于動(dòng)態(tài)元件匹配的 CMOS 集成溫度傳感器設(shè)計(jì) 1829 is 01 15 %. Measur

32、e d results of seve ral diff e re nt chips s h ow t hat t he accuracy is wit hi n 01 6 a nd t he li nearit y is wit hi n 01 68 %. The p owe r dissip ation is 587 W a nd t he chip a rea is 225 m × m . The outp ut is a n a nalog volt age signal , w hic h is 95 easy t o collect ,p r ocess , a nd a

33、pp ly. Abstract : A high accuracy te mp erat ure se ns or is designe d by app lyi ng t he te mp e rat ure cha racte ristics of a subst rate bip ola r t ra nsist or i n CMOS tec h nology. The use of dyna mic ele me nt matc hi ng e na bles us t o s olve p roble ms caused by I C tec h nology mis matc hi ng . Si mulate d results usi ng CSM C 01 5 m mixe d signal tec h nology s how t hat t he accuracy is 01 15 a nd t he li nea rit y Key words : dyna mic ele me nt matc hi ng ; subst rate bip ola r t ra nsist or ; te mp e rat ure se n