CMOS温度传感器从模块设计到系统设计

本文介绍了基于读出电路信号处理域的 CMOS 温度传感器分类方法，并根据应用需求，提出了两种设计方法：模块化设计方法和系统级设计方法。

CMOS 温度传感器分类：根据读出电路的信号处理域，CMOS 温度传感器可分为电压/电流域和时域/频率域两类。

• 电压/电流域传感器：将温度相关的电压或电流转换为数字代码。例如，基于 BJT 的温度传感器利用 PTAT 和 CTAT 电压或电流，通过运算放大器等电路进行放大、组合和数字化。电压域传感器精度较高，但电流域传感器更省电。
• 时域/频率域传感器：将温度相关的延迟或频率数字化。例如，利用 BJT 或 MOSFET 产生与温度相关的脉冲或频率，再通过时间数字转换器 (TDC) 或频率数字转换器 (FDC) 进行数字化。时域/频率域传感器面积更小，更易于数字电路处理，但精度可能略低。

设计方法：

• 模块化设计方法：将传感器分为模拟前端、读出电路和数字后端等模块，分别设计再进行整合。该方法灵活度高，易于复用，适用于通用应用。
• 系统级设计方法：将模拟前端和读出电路进行协同设计，优化整体性能。该方法可以进一步提高传感器的精度和能效，适用于对性能要求较高的应用。

研究结论：本文介绍了多种基于不同读出电路的 CMOS 温度传感器设计实例，并分析了不同设计方法的优缺点。根据应用需求，可以选择合适的传感器类型和设计方法，以优化性能。