一种CMOS工艺低功耗高精度温度传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种CMOS工艺低功耗高精度温度传感器，包括：LDO芯片稳压电路、温度传感器模块、温度相关电压V1产生电路、温度相关电压V2产生电路、电压比较器和逻辑运算模块，本发明专利技术CMOS工艺低功耗高精度温度传感器可以低功耗工作，从而避免因自身发热带来的测量误差，同时本设计全部采用CMOS工艺中器件来实现功能，可用于CMOS工艺的芯片集成。此温度传感器的矫正只需要在芯片级测试中校正即可，可以避免系统级校正，根据此温度传感器结构可适当调整温度测量范围，可适用于体温测量和其他范围的温度监测。

A low power consumption and high precision temperature sensor based on CMOS technology

The invention discloses a CMOS process low power consumption high precision temperature sensor, which comprises a LDO chip voltage stabilizing circuit, a temperature sensor module, a temperature related voltage V1 generating circuit, a temperature related voltage V2 generating circuit, a voltage comparator and a logic operation module. The CMOS process low power consumption high precision temperature sensor can work with low power consumption, so as to avoid the temperature sensor caused by self heating At the same time, all the devices in CMOS process are used to realize the function, which can be used in the chip integration of CMOS process. The correction of the temperature sensor only needs to be corrected in the chip level test, which can avoid system level correction. According to the structure of the temperature sensor, the temperature measurement range can be adjusted appropriately, which can be applied to temperature measurement and other temperature monitoring ranges.

【技术实现步骤摘要】
一种CMOS工艺低功耗高精度温度传感器
本专利技术涉及传感器
，具体是一种CMOS工艺低功耗高精度温度传感器。
技术介绍
温度为自然中最常见的一种指标，在实际生活生产中会对温度进行监测，以便人为调整或适应此温度。不同的领域涉及到的温度范围不同，根据实际应用场合，可以预先确定温度会达到的范围，根据此条件来选择适当的温度传感器。温度传感器的测量范围和精度相对矛盾，即温度范围越宽测量精度越小。另外，高温和低温传感器的材质也会有所区别，可根据测量范围选择适当材质。目前体温传感器多为分立器件组成，如果能够直接集成到芯片里面，会极大节省体温测量设备的体积和设计复杂度。将体温传感器集成到芯片面临主要问题为芯片本身功耗发热，影响实际温度测量；同时，集成到芯片的温度传感器精度也需要校准。常见的温度传感器电路如图1所示，由分立器件组成，用高精度电阻和热敏电阻构成不平衡电桥，通过检测不平衡电桥抽头电压差来判断温度大小，此电压差需放大后再经过ADC转换成数字信号给系统用。此温度传感器需要采用较多分立器件，增加了成本。另外，由于分立器件的不一致性会比较明显，导致每一个温度传感器都需要做系统矫正，增加了系统设计难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种CMOS工艺低功耗高精度温度传感器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种CMOS工艺低功耗高精度温度传感器，包括：LDO芯片稳压电路，用于在芯片电压宽范围内波动时，输出稳定电压给温度传感器供电；温度传感器模块；用于产生与温度相关的电流；温度相关电压V1产生电路；用于产生作为电压比较器其中一个输入的电压V1；温度相关电压V2产生电路；用于产生作为电压比较器另一个输入的电压V2；电压比较器；用于比较输入的电压V1和输入的电压V2；逻辑运算模块；用于逻辑计算；并将结果反馈到温度相关电压V1产生电路中进行反馈调节；所述LDO芯片稳压电路连接温度传感器模块，温度传感器模块还分别连接温度相关电压V1产生电路和温度相关电压V2产生电路，温度相关电压V1产生电路和温度相关电压V2产生电路还分别连接电压比较器的两个输入端，电压比较器的输出端连接逻辑运算模块，逻辑运算模块的输出端还连接温度相关电压V1产生电路。作为本专利技术的进一步技术方案：所述温度传感器模块包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4，MOS管M3的源极连接MOS管M4的源极和LDO芯片稳压电路，MOS管M3的栅极连接MOS管M4的栅极、MOS管M4的漏极和MOS管M2的漏极，MOS管M1的栅极连接MOS管M2的栅极、MOS管M1的漏极和MOS管M3的漏极，MOS管M1的源极接地，MOS管M2的源极接地，MOS管M3和MOS管M4镜像得到相同的电流，MOS管M1为高阈值电压NMOS，MOS管M2为低阈值电压NMOS；通过阈值差得到与温度相关电流；MOS管M1漏极电流为I1，MOS管M2漏极电流为I4，MOS管M1的栅极与漏极电位差为V3，计算公式如下：其中(W/L)n为MOS管n的沟道宽(W)与沟道长(L)的比值，Kn为工艺相关参数，Vthx为MOS管x的阈值电压。作为本专利技术的进一步技术方案：所述温度相关电压V1产生电路包括MOS管M5和MOS管M6，MOS管M5的源极连接LDO芯片稳压电路，MOS管M5的栅极连接MOS管M3的栅极，MOS管M5的漏极连接MOS管M6的栅极、MOS管M6的漏极和电压比较器的一个输入端，MOS管M6的源极接地，MOS管M5的漏极电流为I2,MOS管M5的漏极电压为V1，通过调整MOS管M5与MOS管M4的比例来调整电流I2的大小，从而调整V1的大小，由MOS管M5与MOS管M4的尺寸比例得到公式如下：I2＝NI1由此可以推出V1的表达式：作为本专利技术的进一步技术方案：所述温度相关电压V2产生电路包括MOS管M7、MOS管M8和MOS管M9，MOS管M7的源极连接LDO芯片稳压电路，MOS管M7的栅极连接MOS管M3的栅极，MOS管M7的漏极连接MOS管M8的栅极、MOS管M8的漏极和电压比较器的另一个输入端，MOS管M8的源极连接MOS管M9的栅极和MOS管M9的漏极，MOS管M9的源极接地，MOS管M7的漏极电流为I3,MOS管M5的漏极电压为V2，通过调整MOS管M7与MOS管M4的比例可以调整此支路电流I3的大小，从而调整V2的大小，由MOS管M7与MOS管M4的尺寸比例得到公式如下：I3＝MI1由此可以推出V2的表达式：作为本专利技术的进一步技术方案：所述MOS管M6与MOS管M2为同类型NMOS，其阈值相同。作为本专利技术的进一步技术方案：所述MOS管M8、MOS管M9和MOS管M2为同类型NMOS，其阈值相同。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术CMOS工艺低功耗高精度温度传感器可以低功耗工作，从而避免因自身发热带来的测量误差，同时本设计全部采用CMOS工艺中器件来实现功能，可用于CMOS工艺的芯片集成。此温度传感器的矫正只需要在芯片级测试中校正即可，可以避免系统级校正，根据此温度传感器结构可适当调整温度测量范围，可适用于体温测量和其他范围的温度监测。附图说明图1为现有技术主控板电路的电路图；图2为本专利技术的电气原理图；图3为电路仿真状态下温度在30-45℃的误差曲线图；图4是本专利技术为一种电压比较器的电路原理图；图5为逻辑运算模块部分实现流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：请参阅图2-5，一种CMOS工艺低功耗高精度温度传感器，包括：LDO芯片稳压电路，用于在芯片电压宽范围内波动时，输出稳定电压给温度传感器供电；其采用通用的稳压模块，能够避免片外电压变化影响温度传感器的精度。温度传感器模块；用于产生与温度相关的电流；温度相关电压V1产生电路；用于产生作为电压比较器其中一个输入的电压V1；其电流可以通过调整PMOSM5的有效尺寸调整，M5的有效尺寸可以通过数字信号来调整；温度相关电压V2产生电路；用于产生作为电压比较器另一个输入的电压V2；其电流可以通过PMOSM7来调整，通过调整M7的有效尺寸可以调节温度传感器的测量范围电压比较器；用于比较输入的电压V1和输入的电压V2；逻辑运算模块；用于逻辑计算；并将结果反馈到温度相关电压V1产生电路中进行反馈调节；LDO芯片稳压电路连接温度传感器模块，温度传感器模块还分别连接温度相关电压V1产生电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS工艺低功耗高精度温度传感器，其特征在于，包括：/nLDO芯片稳压电路，用于在芯片电压宽范围内波动时，输出稳定电压给温度传感器供电；/n温度传感器模块；用于产生与温度相关的电流；/n温度相关电压V1产生电路；用于产生作为电压比较器其中一个输入的电压V1；/n温度相关电压V2产生电路；用于产生作为电压比较器另一个输入的电压V2；/n电压比较器；用于比较输入的电压V1和输入的电压V2；/n逻辑运算模块；用于逻辑计算；并将结果反馈到温度相关电压V1产生电路中进行反馈调节；/n所述LDO芯片稳压电路连接温度传感器模块，温度传感器模块还分别连接温度相关电压V1产生电路和温度相关电压V2产生电路，温度相关电压V1产生电路和温度相关电压V2产生电路还分别连接电压比较器的两个输入端，电压比较器的输出端连接逻辑运算模块，逻辑运算模块的输出端还连接温度相关电压V1产生电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种CMOS工艺低功耗高精度温度传感器，其特征在于，包括：
LDO芯片稳压电路，用于在芯片电压宽范围内波动时，输出稳定电压给温度传感器供电；
温度传感器模块；用于产生与温度相关的电流；
温度相关电压V1产生电路；用于产生作为电压比较器其中一个输入的电压V1；
温度相关电压V2产生电路；用于产生作为电压比较器另一个输入的电压V2；
电压比较器；用于比较输入的电压V1和输入的电压V2；
逻辑运算模块；用于逻辑计算；并将结果反馈到温度相关电压V1产生电路中进行反馈调节；
所述LDO芯片稳压电路连接温度传感器模块，温度传感器模块还分别连接温度相关电压V1产生电路和温度相关电压V2产生电路，温度相关电压V1产生电路和温度相关电压V2产生电路还分别连接电压比较器的两个输入端，电压比较器的输出端连接逻辑运算模块，逻辑运算模块的输出端还连接温度相关电压V1产生电路。


2.根据权利要求1所述的一种CMOS工艺低功耗高精度温度传感器，其特征在于，所述温度传感器模块包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4，MOS管M3的源极连接MOS管M4的源极和LDO芯片稳压电路，MOS管M3的栅极连接MOS管M4的栅极、MOS管M4的漏极和MOS管M2的漏极，MOS管M1的栅极连接MOS管M2的栅极、MOS管M1的漏极和MOS管M3的漏极，MOS管M1的源极接地，MOS管M2的源极接地，MOS管M3和MOS管M4镜像得到相同的电流，MOS管M1为高阈值电压NMOS，MOS管M2为低阈值电压NMOS；通过阈值差得到与温度相关电流；MOS管M1漏极电流为I1，MOS管M2漏极电流为I4，MOS管M1的栅极与漏极电位差为V3，计算公式如下：









其中(W/L)n为MOS管n的沟道宽(W)与沟道长(L)的比值，Kn为工艺相关参数，Vthx为MOS管x的阈值电...

【专利技术属性】
技术研发人员：江永林，李拥军，周健，
申请(专利权)人：李拥军，
类型：发明
国别省市：安徽;34