基于动态元件匹配的CMOS集成温度传感器设计.pdf

第 28 卷 　第 11 期 半 　导 　体 　学 　报 Vol . 28 　No . 11 2007 年 11 月 C H IN ES E J O U RN AL O F S EM I CON D U C TO RS Nov . ,2007 基于动态元件匹配的 CMOS 集成温度传感器设计 江 　海 　吕　坚 　徐建华 　蒋亚东 ( 电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室 , 成都 　6 10054) 摘要 : 利用 CMO S 工艺下衬底型双极晶体管的温度特性 ,设计了一种精度较高的温度传感器. 动态元件匹配的应 μ 用很好地解决了由于集成电路工艺误差引起的不匹配对温度传感器性能的影响. 采用 CSMC 05 m 混合信号工艺 仿真 , 结果显示 , 该温度传感器精度是 0 15 ℃, 线性度是 0 15 % . 多个芯片实测结果表明: 温度传感器精度小于 μ μ μ 06 ℃, 线性度小于 068 % , 功耗为 587 W , 芯片面积为 225 m ×95 m , 输出为模拟电压信号 , 便于采集 , 为后端处 理和应用提供方便. 关键词 : 动态元件匹配; 衬底型双极晶体管; 温度传感器 EEACC : 1265A ; 2560 ; 2570D 中图分类号 : TN 47 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 02534 177 (2007) hi n g , D EM ) 的合理应用有效地减轻和消除了由于 1 　引言 电流源以及两支路晶体管的不匹配引起的误差 , 流 片测试结果与仿真结果类似 , 能得到精度高 、线性度 随着各类电子产品的便携化 , 可用于片上测温 好的曲线 , 同时该集成温度传感器功耗低 、面积小 , 的集成温度传感器的发展也更加迅速. 传统的温度 输出为模拟电压信号 , 方便后端处理和应用. ( ) 传感器 如热电偶 、铂电阻、双金属开关等 虽然有着 很多优点, 应用广泛 , 但与 I C 工艺不兼容 , 而且会 2 　衬底双极晶体管温度特性 因为自身的热效应影响测量精度 , 制约它们在微型 化高端电子产品中的应用. 与之相比, 半导体温度传 2 . 1 　衬底双极晶体管结构 感器具有灵敏度高 、体积小 、功耗低 、时间常数小 、自 热温升小 、抗干扰能力强等诸多优点, 无论是电压 、 图 1 是在 CM OS 工艺下衬底双极晶体管的剖 电流还是频率输出, 在相当大的温度范围内都与温 面图, n 阱中进行 p 型重掺杂形成发射极 E , n 阱中 度成线性关系 ,适合在集成系统中应用. 进行 n 型重掺杂形成晶体管基极 B , 在 p 型衬底中 目前应用于 CM OS 工艺下温度传感器感温元 加入 p 型重掺杂构成晶体管集 电极 C . 这种寄生 器件主要有 M OS 晶体管和寄生双极晶体管. 前