用于溫補晶振的低功耗CMOS溫度傳感器設計.pdf

1、電池供電的低功耗無線傳感器節(jié)點通過定時喚醒的方式進入工作狀態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，它們大部分時間處于僅維持時鐘計時的休眠狀態(tài)。為了避免因節(jié)點喚醒時同步時間過長導致動態(tài)能耗浪費以及節(jié)省休眠能耗，就需要使用高精度低功耗的時鐘系統(tǒng)。溫度補償是實現(xiàn)高精度時鐘的常用方法，但其功耗遠大于時鐘電路的功耗，因此設計低功耗溫度傳感器是實現(xiàn)低功耗時鐘系統(tǒng)的關鍵。
　　本文用在亞閾值區(qū)工作的MOSFET設計低功耗感溫元件和兩級運算放大器，并用頻率-數(shù)字轉換器取代傳

2、統(tǒng)的模數(shù)轉換器，結合定制電路技術，設計了一種低功耗CMOS溫度傳感器。主要工作如下:1）用亞閾值電路設計技術，基于2T電壓基準結構設計了低功耗感溫元件。2）以基本的兩級運算放大器為基礎，調整晶體管工作區(qū)，設計亞閾值兩級運放。3）利用電壓，電流轉換器的堆疊結構取代電流鏡，避免產生雙電流路徑，節(jié)省電流產生電路一半的電流消耗。4）設計由環(huán)形振蕩器和異步計數(shù)器組成的頻率-數(shù)字轉換器，利用傳輸門和反相器級聯(lián)形式設計新型結構的環(huán)形振蕩器，減少了振蕩

3、器級數(shù)，并采用定制電路技術設計反相器和觸發(fā)器，用全定制的觸發(fā)器設計異步計數(shù)器，優(yōu)化計數(shù)器的控制邏輯和時序。
　　本文基于臺積電0.18μm CMOS工藝完成了溫度傳感器的設計，面積大小為0.078mm2。后仿真結果表明:在1.2V、TT工藝角、25℃下，溫度傳感器的功耗為84nW，轉換時間為17ms時，每次轉換消耗能量1.428nJ。4點校準后，在-40℃～85℃范圍內測量誤差為-1.88℃～1.86℃，分辨率達到0.14℃/LS