应用于自供电路面监测的集成温度传感器研究与设计
发布时间：2021-05-21 21:13
随着沥青路面的广泛应用,由车辆超载、自然天气及地质等原因造成的路面损坏问题日益严重,沥青道路内部的数据监测变得越来越重要,而温度是路面检测中最重要的数据信息之一。相比于传统的分立式温度传感器,CMOS温度传感器具有成本低、功耗低、检测范围广及与自供电系统易集成等优势,在路面环境监测中有极大的应用价值。为提高道路建设与养护管理水平,针对传统的路面检测方法存在的耗时、耗力、效率低下,难以做到检测的周期性和实时性的缺点,提出了一种简单实用、成本低、数据量大、可重复验证的自供电路面传感器系统方案。针对实现自供电路面传感器系统的温度传感器关键技术进行了研究和分析,采用UMC 0.18μm CMOS工艺完成了电路设计与仿真,主要研究内容如下:（1）温度传感电路的分析与设计。设计并完成的关键电路包括:采用折叠式共源共栅两级运放的带隙电压源;基于不同电流密度下双极型晶体管感温原理的具有宽输出区间的温度检测电路;2MHz时钟控制的弛张振荡器。（2）模数转换器设计。设计了一种10位分段电容式逐次逼近寄存器型ADC,以及一种基于D触发器级联的13位可逆计数器的一阶Σ-ΔADC。（3）针对不同的模数转换方式,...
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 自供电路面传感器系统方案
1.3 温度传感器的研究现状与发展趋势
1.4 主要研究内容及安排
第二章 CMOS温度传感器感温原理与设计指标
2.1 双极型晶体管的基本特性
2.1.1 双极型晶体管的负温度特性
2.1.2 双极型晶体管的正温度特性
2.1.3 双极型晶体管的零温度特性
2.2 CMOS温度传感器系统设计
2.3 CMOS温度传感器的设计指标分析
2.4 本章小结
第三章 温度传感电路设计
3.1 带隙基准电路设计与仿真
3.1.1 带隙基准电路设计
3.1.2 带隙基准的启动和偏置电路
3.1.3 带隙基准电路的仿真与分析
3.2 温度检测电路设计与仿真
3.2.1 温度检测电路设计
3.2.2 感温模块仿真结果与误差分析
3.3 振荡器设计与仿真
3.3.1 振荡器设计
3.3.2 振荡器的瞬态仿真
3.4 本章小结
第四章 模数转换器设计与仿真
4.1 ADC分类与基本特点
4.2 SAR ADC设计与实现
4.2.1 SAR ADC的基本原理
4.2.2 两相非交叠时钟电路设计
4.2.3 10位电荷分布型DAC设计与仿真
4.2.4 比较器设计
4.2.5 SAR逻辑电路设计
4.3 一阶Σ-ΔADC设计与仿真
4.3.1 一阶Σ-ΔADC基本原理
4.3.2 一阶Σ-Δ调制器的设计
4.3.3 调制器的仿真结果与分析
4.3.4 可逆计数器的设计
4.3.5 可逆计数器仿真结果
4.4 本章小结
第五章 温度传感器系统仿真与非理想因素分析
5.1 整体电路
5.1.1 整体电路结构
5.1.2 温度传感器系统仿真结果
5.2 版图的Floor Plan
5.2.1 版图设计流程
5.2.2 版图的Floor Plan
5.3 温度传感器系统非理想因素分析
5.3.1 晶体管的有限电流增益
5.3.2 晶体管的厄利效应
5.3.3 积分器中运放的直流增益的非理想性
5.3.4 开关的非理想性
5.4 减小误差的理论方案
5.4.1 晶体管有限电流增益影响的削弱
5.4.2 开关的非理想性的抑制
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种10位250 MS/s电荷域流水线ADC[J]. 刘琦,李蕾蕾,魏敬和,苏小波,薛颜,陈珍海. 微电子学. 2019(01)
[2]一种低复杂度逐次逼近型模数转换器设计与仿真[J]. 胡云峰,易子川,水玲玲,何志红,陈李胜,文毅,李楠,周国富. 华南师范大学学报(自然科学版). 2018(06)
[3]无源温度标签中的超低功耗CMOS温度传感器设计[J]. 冯鹏,邓元明,伯林,刘力源,于双铭,李贵柯,王开友,吴南健. 半导体技术. 2018(08)
[4]一种超低功耗RC振荡器设计[J]. 胡安俊,胡晓宇,范军,袁甲,于增辉. 半导体技术. 2018(07)
[5]高性能低功耗10 bit 100 MS/s SAR ADC[J]. 廉鹏飞,易波,吴斌,王晗. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(03)
[6]一种用于Σ-ΔADC的低功耗数字抽取滤波器[J]. 汪杰,刘慧君,谢亮,金湘亮. 电子元件与材料. 2017(11)
[7]用于BAN的自校准SAR ADC设计[J]. 周前能,徐海峰,李云松,唐政维,李红娟,罗伟. 微电子学. 2017(05)
[8]集成于无源RFID标签的温度传感器设计[J]. 王磊,邓芳明,吴翔,付智辉,谭畅. 传感器与微系统. 2017(06)
[9]半导体温度传感器特性研究[J]. 程路,石浩辰. 科技展望. 2016(24)
[10]低温漂系数共源共栅CMOS带隙基准电压源[J]. 邓玉斌,曾以成,陈星燕,张东亮. 微电子学. 2016(04)
硕士论文
[1]一种高精度CMOS温度传感器的设计[D]. 周小洁.天津工业大学 2018
[2]用于温补晶振的低功耗CMOS温度传感器设计[D]. 沈兵.东南大学 2017
[3]CMOS温度传感器的研究与设计[D]. 赵萌.东南大学 2017
[4]片上数字温度传感器的研究与设计[D]. 冯晓龙.电子科技大学 2017
[5]基于65nm CMOS工艺高精度片上温度传感器设计[D]. 朱婷.湖南大学 2016
[6]基于BJT的温度传感器的研究与设计[D]. 杨凡.复旦大学 2014
[7]轨至轨自动调零运算放大器的分析与设计[D]. 张永水.厦门大学 2014
[8]8位纳米级高速SAR A/D转换器设计[D]. 王祁钰.西安电子科技大学 2014
[9]埋入式压电沥青混凝土的制备及其电学输出研究[D]. 唐宁.武汉理工大学 2012
本文编号：3200390
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 自供电路面传感器系统方案
1.3 温度传感器的研究现状与发展趋势
1.4 主要研究内容及安排
第二章 CMOS温度传感器感温原理与设计指标
2.1 双极型晶体管的基本特性
2.1.1 双极型晶体管的负温度特性
2.1.2 双极型晶体管的正温度特性
2.1.3 双极型晶体管的零温度特性
2.2 CMOS温度传感器系统设计
2.3 CMOS温度传感器的设计指标分析
2.4 本章小结
第三章 温度传感电路设计
3.1 带隙基准电路设计与仿真
3.1.1 带隙基准电路设计
3.1.2 带隙基准的启动和偏置电路
3.1.3 带隙基准电路的仿真与分析
3.2 温度检测电路设计与仿真
3.2.1 温度检测电路设计
3.2.2 感温模块仿真结果与误差分析
3.3 振荡器设计与仿真
3.3.1 振荡器设计
3.3.2 振荡器的瞬态仿真
3.4 本章小结
第四章 模数转换器设计与仿真
4.1 ADC分类与基本特点
4.2 SAR ADC设计与实现
4.2.1 SAR ADC的基本原理
4.2.2 两相非交叠时钟电路设计
4.2.3 10位电荷分布型DAC设计与仿真
4.2.4 比较器设计
4.2.5 SAR逻辑电路设计
4.3 一阶Σ-ΔADC设计与仿真
4.3.1 一阶Σ-ΔADC基本原理
4.3.2 一阶Σ-Δ调制器的设计
4.3.3 调制器的仿真结果与分析
4.3.4 可逆计数器的设计
4.3.5 可逆计数器仿真结果
4.4 本章小结
第五章 温度传感器系统仿真与非理想因素分析
5.1 整体电路
5.1.1 整体电路结构
5.1.2 温度传感器系统仿真结果
5.2 版图的Floor Plan
5.2.1 版图设计流程
5.2.2 版图的Floor Plan
5.3 温度传感器系统非理想因素分析
5.3.1 晶体管的有限电流增益
5.3.2 晶体管的厄利效应
5.3.3 积分器中运放的直流增益的非理想性
5.3.4 开关的非理想性
5.4 减小误差的理论方案
5.4.1 晶体管有限电流增益影响的削弱
5.4.2 开关的非理想性的抑制
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种10位250 MS/s电荷域流水线ADC[J]. 刘琦,李蕾蕾,魏敬和,苏小波,薛颜,陈珍海. 微电子学. 2019(01)
[2]一种低复杂度逐次逼近型模数转换器设计与仿真[J]. 胡云峰,易子川,水玲玲,何志红,陈李胜,文毅,李楠,周国富. 华南师范大学学报(自然科学版). 2018(06)
[3]无源温度标签中的超低功耗CMOS温度传感器设计[J]. 冯鹏,邓元明,伯林,刘力源,于双铭,李贵柯,王开友,吴南健. 半导体技术. 2018(08)
[4]一种超低功耗RC振荡器设计[J]. 胡安俊,胡晓宇,范军,袁甲,于增辉. 半导体技术. 2018(07)
[5]高性能低功耗10 bit 100 MS/s SAR ADC[J]. 廉鹏飞,易波,吴斌,王晗. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(03)
[6]一种用于Σ-ΔADC的低功耗数字抽取滤波器[J]. 汪杰,刘慧君,谢亮,金湘亮. 电子元件与材料. 2017(11)
[7]用于BAN的自校准SAR ADC设计[J]. 周前能,徐海峰,李云松,唐政维,李红娟,罗伟. 微电子学. 2017(05)
[8]集成于无源RFID标签的温度传感器设计[J]. 王磊,邓芳明,吴翔,付智辉,谭畅. 传感器与微系统. 2017(06)
[9]半导体温度传感器特性研究[J]. 程路,石浩辰. 科技展望. 2016(24)
[10]低温漂系数共源共栅CMOS带隙基准电压源[J]. 邓玉斌,曾以成,陈星燕,张东亮. 微电子学. 2016(04)
硕士论文
[1]一种高精度CMOS温度传感器的设计[D]. 周小洁.天津工业大学 2018
[2]用于温补晶振的低功耗CMOS温度传感器设计[D]. 沈兵.东南大学 2017
[3]CMOS温度传感器的研究与设计[D]. 赵萌.东南大学 2017
[4]片上数字温度传感器的研究与设计[D]. 冯晓龙.电子科技大学 2017
[5]基于65nm CMOS工艺高精度片上温度传感器设计[D]. 朱婷.湖南大学 2016
[6]基于BJT的温度传感器的研究与设计[D]. 杨凡.复旦大学 2014
[7]轨至轨自动调零运算放大器的分析与设计[D]. 张永水.厦门大学 2014
[8]8位纳米级高速SAR A/D转换器设计[D]. 王祁钰.西安电子科技大学 2014
[9]埋入式压电沥青混凝土的制备及其电学输出研究[D]. 唐宁.武汉理工大学 2012
本文编号：3200390
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3200390.html
