一种具有±0.5℃精度的CMOS数字温度传感器

韦 钰 ，罗 磊 ，唐俊龙 ，邹望辉

（1.长沙理工大学物理与电子科学学院，湖南 长沙 410114；2.广州金升阳科技有限公司，广东 广州 510663）

CMOS集成数字温度传感器具备造价低且体积微小、能直接输出数字信号的优势，广泛应用于工业、医疗、交通和消费类电子等方面[1-4]。常见的CMOS集成温度传感器有几种感温机制，包括基于电压域的[5]、基于频率的[6]、基于相位的[7]、基于时域量化的[8]等。文献[5]提出的温度传感器选择用衬底PNP双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）作感温器件，应用了几种技术来处理电路中的非理想性，最终使电路精度达到±0.35℃。文献[6]是关于一款CMOS超低功耗温度传感器芯片的文章，包含一个温度-电流转换器和一个频率-数字转换器。这种基于频率的温度传感器面积非常小，仅为0.0014 mm2。文献[7]提出的是一种基于电阻的CMOS温度传感器，电阻用于构建RC多相滤波器，读取与温度相关的相移并将其转换为数字代码，这种温度传感器比较容易进行工艺移植。文献[8]提出的一种不带电压/电流模数转换器或带隙基准的基于时间-数字转换器的CMOS智能温度传感器，无需任何曲率校正或动态偏移消除即可实现高线性度和精度。在文献[9]中，温度传感器利用了MOSFET阈值电压随温度变化的特性作为感温原理，使用MOSFET作为感温器件能有效地实现非常低的功耗。

在所有类型中，传统的基于双极结型晶体管的温度传感器仍然是最常见的，因为易于设计并具有良好的精度[10-13]。常规CMOS工艺中的双极型晶体管一般分为横向双极型晶体管（Lateral BJT）和纵向双极型晶体管（Vertical BJT），其中纵向双极型晶体管也被称为衬底双极型晶体管，因为其集电极和衬底短接[14]。……