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温度是工农业生产和科学研究过程中需要测量的重要参数,因此温度传感器是应用最广泛的一种传感器。现代VLSI的集成度和性能要求不断提高,导致了芯片互连线的电流密度迅速增大,衬底功耗也随之增大。,这些功耗很大一部分转化为热能,芯片表面温度也急剧升高。这就需要大量的轻巧、可靠性高和功耗低的温度传感器来检测芯片温度和进行功耗管理。与传统类型温度传感器相比,集成电路温度传感器具有线性好、功耗低、灵敏度高和易于集成等优点。而且CMOS电路已经成为主流工艺,所以能在标准CMOS工艺中实现的集成温度传感器在VLSI芯片功耗控制、消费电子产品的温度控制中具有广阔的应用前景。本文在学习和分析了各种利用寄生三极管进行设计的CMOS温度传感器电路的基础上,设计了带隙基准的感温结构,即是PTAT (proportional to absolute temperature)电流源电路。通过降低运算放大器失调电压的影响,以及在PTAT电路后加上一个电流镜,产生与绝对温度成正比的电流。研究了各种ADC的结构和应用场合,确定采用差分环型振荡器和测频电路作为温度传感器数模转换模块。综合利用了各种噪声消除技术,设计低相位噪声的差分环型振荡器,利用PTAT电流源产生的电流控制振荡器,产生振荡频率与温度成正比的振荡信号。通过测频和校准电路,得到代表芯片表面温度的八位无符号数据。整体电路设计充分考虑了测试方案;研究了CMOS电路功耗的组成和产生原因;分析降低功耗的主要途径。我们设计出了面积小、功耗低、精度高的温度传感器电路。本设计采用TSMC 0.13μm 2P6M CMOS工艺,电源电压为1.2V,仿真结果显示,本设计数字输出8位无符号数据,测量精度为±3℃,温度检测范围-60℃到160℃,功耗为25μW (测量频率为25/sec),芯片面积为0.025 mm 2,满足设计指标要求。