一种高灵敏度绝对温度测量电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高灵敏度绝对温度测量电路，包括两个漏极和栅极短接薄膜晶体管、对两个薄膜晶体管进行偏置的电源，以及外接差分放大器；所述差分放大器的两个输入端分别与两个薄膜晶体管的栅源电压连接，对两个薄膜晶体管的栅源电压进行差分放大处理后输出。所述电源可以采用恒压源或恒流源，薄膜晶体管可以是单栅或双栅结构。该温度传感器电路抗干扰能力强、线性度好、灵敏度高、测温范围宽、生产工艺简单以及价格成本低。产工艺简单以及价格成本低。产工艺简单以及价格成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度绝对温度测量电路


[0001]本技术属于传感器
，具体涉及一种高灵敏度绝对温度测量电路。

技术介绍

[0002]大多数物理、电子、化学、机械和生物系统都对温度表现出某种形式的依赖性，因此，温度测量成为了许多应用中的关键技术。目前，大多数集成温度传感器主要基于p-n结二极管、双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)以及金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。
[0003]利用p-n结扩散电流的温度特性制成的温度传感器具有架构简单的特点，测温灵敏度在 1-3mV/℃，但由于p-n结二极管中还存在包括表面体内复合电流等非理想电流，会在测量温度过程中引入噪声，且不管是单个p-n结二极管(图1)还是两个p-n结二极管的电路结构(图2)，都只能使用恒流源作为电源，而且都会存在p-n结二极管对光比较敏感的情况，使用过程中需要做特别处理以去除环境光的影响，这使得p-n结二极管在温度传感器中的使用受到限制。
[0004]将BJT的基极与集电极短接而得到的温度传感器能够消除非理想电流带来的噪声，同时，基于单个BJT的温度传感器(图3)虽然具有较高的测温灵敏度(2mV/℃)，但其测量结果会受工艺扩散等因素的影响；而基于两个BJT的温度传感器(图4)虽然消除了由工艺差异引起的性能变化，却大大降低了其测温灵敏度(～200μV/℃)。因此，基于BJT技术的温度传感器并不能同时兼顾抗干扰能力和测温灵敏度的性能，并且其工艺不能完全地与传统CMOS工艺兼容，集成度较低，并不适合于大面积生产。
[0005]基于MOSFET的温度传感器(图5)虽然其制备工艺与CMOS完全兼容，器件面积小，有利于大面积集成，但工作在亚阈值区的MOSFET温度传感器，虽然测温灵敏度比较高，但测温范围比较小，不超过100℃；而工作在饱和区的MOSFET温度传感器，虽然测温范围比较大，能达到BJT温度传感器的测温范围，但测温灵敏度却受限。因此，基于MOSFET 技术的温度传感器并不能同时兼顾测温范围和测温灵敏度的性能。

技术实现思路

[0006]为了克服上述技术缺陷，本技术提供了一种高灵敏度绝对温度测量电路，即集成温度传感器电路，其抗干扰能力强、线性度好、灵敏度高、测温范围宽、生产工艺简单以及制造成本低。
[0007]为了解决上述问题，本技术按以下技术方案予以实现的：
[0008]一种高灵敏度绝对温度测量电路，包括：
[0009]两个薄膜晶体管，任一薄膜晶体管的漏极和栅极短接；
[0010]电源，对两个薄膜晶体管进行偏置；
[0011]外接差分放大器，其两个输入端分别与两个薄膜晶体管的栅源电压连接，对两个薄膜晶体管的栅源电压进行差分放大处理后输出。
[0012]与现有技术相比，本技术的高灵敏度绝对温度测量电路，其抗干扰能力强、线性度好、灵敏度高、测温范围宽、生产工艺简单以及价格成本低。该温度传感器电路主要由两个漏极和栅极短接的薄膜晶体管组成，对两个薄膜晶体管的栅源电压进行差分以得到输出电压信号，有效地消除了由工艺等因素造成的薄膜晶体管本身的差异；两个薄膜晶体管可以分别工作于亚阈值区，使电输出与温度具有良好的线性关系，并且具有较高的测温灵敏度和较大的测温范围。同时，电源可根据实际应用场合选择恒压源或恒流源，使得该温度传感器电路更具灵活性和实用性。
[0013]所述薄膜晶体管结构可以采用单栅和双栅两种，电源可以根据实际应用场合选择恒压源或恒流源，薄膜晶体管结构不同以及选择的电源不同，温度传感器电路的接法略有不同，以下为几种可选的设计方案。
[0014]可选的，所述两个薄膜晶体管均为单栅薄膜晶体管，有源层材料相同，有源层材料为非晶硅、多晶硅、有机半导体或氧化物半导体中的任一种。单栅薄膜晶体管TFT的制备工艺简单，集成度更高，不仅降低了生产成本，而且适合大面积制备。
[0015]可选的，所述电源为恒压源，其通过两个支路的负载电阻分别与两个单栅薄膜晶体管的漏极连接；所述两个单栅薄膜晶体管的源极与恒压源负极连接或接地。
[0016]可选的，所述电源为两个电流大小不同的恒流源，它们分别直接与两个单栅薄膜晶体管的漏极连接；所述两个单栅薄膜晶体管的源极分别与恒流源负极连接或接地。
[0017]可选的，所述两个薄膜晶体管均为双栅薄膜晶体管，它们的有源层材料相同，有源层材料为非晶硅、多晶硅、有机半导体或氧化物半导体中的任一种。双栅薄膜晶体管组成的温度传感器电路则能利用顶栅对底部阈值电压的调控作用来调节薄膜晶体管的源漏电流大小，使温度传感器具有更高的灵敏度。
[0018]可选的，所述电源为恒压源，其通过两个支路的负载电阻分别与两个双栅薄膜晶体管的漏极连接；所述两个双栅薄膜晶体管的源极与恒压源负极连接或接地，顶栅极分别接外置偏压电路。
[0019]可选的，所述电源为两个电流大小不同的恒流源，它们分别直接与两个双栅薄膜晶体管的漏极连接；所述两个双栅薄膜晶体管的源极分别与恒流源负极连接或接地，顶栅极分别接外置偏压电路。
[0020]可选的，所述两个薄膜晶体管均为单栅薄膜晶体管或双栅薄膜晶体管，它们的沟道长宽比可以相同，也可以不同。当同一电路中的两个薄膜晶体管物理尺寸不一致特别是沟道尺寸不一致时，其测温灵敏度也会受到影响。为了提高该温度传感器电路的测温灵敏度，可以根据实际使用情况，设计不同的两个薄膜晶体管沟道宽长比。
附图说明
[0021]下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
[0022]图1为现有的单p-n结二极管温度传感器的电路图；
[0023]图2为现有的双p-n结二极管温度传感器的电路图；
[0024]图3为现有的单BJT温度传感器的电路图；
[0025]图4为现有的双BJT温度传感器的电路图；
[0026]图5为现有的MOSFET温度传感器的电路图；
[0027]图6为实施例1的恒压源偏置下的单栅TFT集成温度传感器电路图；
[0028]图7为实施例1的恒压源偏置下的单栅TFT集成温度传感器TCAD混合电路仿真结果示意图；
[0029]图8为实施例2的恒流源偏置下的单栅TFT集成温度传感器电路图；
[0030]图9为实施例3的恒压源偏置下的双栅TFT集成温度传感器电路图；
[0031]图10为实施例3的恒压源偏置下的双栅TFT集成温度传感器TCAD混合电路仿真结果(不同R2阻值)示意图；
[0032]图11为实施例3的恒压源偏置下的双栅TFT集成温度传感器TCAD混合电路仿真结果(不同VTG偏压)示意图；
[0033]图12为实施例4的恒流源偏置下的双栅TFT集成温度传感器电路图；
[0034]图13为实施例5的恒压源偏置下的单栅TFT集成温度传感器TC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度绝对温度测量电路，其特征在于，包括：两个薄膜晶体管，任一薄膜晶体管的漏极和栅极短接；电源，对两个薄膜晶体管进行偏置；外接差分放大器，其两个输入端分别与两个薄膜晶体管的栅源电压连接，对两个薄膜晶体管的栅源电压进行差分放大处理。2.根据权利要求1所述的高灵敏度绝对温度测量电路，其特征在于，所述两个薄膜晶体管均为单栅薄膜晶体管，有源层材料为非晶硅、多晶硅、有机半导体或氧化物半导体中的任一种。3.根据权利要求2所述的高灵敏度绝对温度测量电路，其特征在于，所述电源为恒压源，其通过两个支路的负载电阻分别与两个单栅薄膜晶体管的漏极连接；所述两个单栅薄膜晶体管的源极与恒压源负极连接或接地。4.根据权利要求2所述的高灵敏度绝对温度测量电路，其特征在于，所述电源为两个电流大小不同的恒流源，它们分别直接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，许忆彤，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：新型
国别省市：