一种高精度片上电阻型CMOS温度传感器设计

摘要

针对多相滤波器（Poly-Phase Filter,PPF）加锁频环（Frequency-Locked Loop,FLL）架构的温度传感器需要多点校准以实现低于±1℃温度误差的问题，设计一种高精度片上电阻型CMOS温度传感器，以减小比较器失调电压对精度的影响。该传感器的感温前端由两个温敏电阻和两个基准电容构成的RC多相滤波器组成，通过锁频环读出与温度相关的频率。通过引入失调校准放大器和双边沿检测频率相位检测器，实现了带预放大电路的双过零检测方案。这两项技术的结合显著降低了失调电压对系统精度的影响。基于TSMC 65nm CMOS工艺，设计并仿真实现了一款温度传感器。该传感器在0.9V电源电压下的功耗为88.6μW，在0.85V至1.3V电源电压范围内表现出0.33℃/V的电源灵敏度。在250μs和1ms的转换时间里，传感器的温度分辨率分别达到0.013℃和0.002 3℃。经过单点修调后，在-40℃至125℃的宽温度范围内，传感器的前仿真测量精度为±0.9℃，后仿真测量精度为±1.03℃。仿真结果表明，采用带预放大电路的双过零检测方案能够显著提高PPF+FLL架构温度传感器的精度。

关键词

电阻型温度传感器 / 单点修调 / 双过零检测方案 / 失调校准放大器 / 锁频环