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概述了温度传感器和CMOS集成温度传感器的发展历史、现状和趋势。阐述了CMOS集成温度传感器的优势和特点,指出了本课题的研究意义。对CMOS工艺下的两种感温元件,即亚阈值工作状态下的金属场效应晶体管(MOSFET)及衬底PNP型双极型晶体管(BJT)的温度模型和影响因素进行了分析和比较,指出了衬底PNP型BJT更适合作为温度传感器的温度敏感元件。通过对各种类型CMOS集成温度传感器的性能和特点的比较,结合∑-△转换型以及占空比调制型集成温度传感器的特点提出了一种新的低功耗CMOS集成温度传感器结构。设计了感温电路、一阶∑-△调制器电路和数字低通滤波抽取电路。感温电路采用电流输出模式,利用带隙基准原理设计获得与绝对温度成正比(PTAT)电流作为与温度相关的原始电信号。并对传统带隙基准电路进行了改进,采用自偏置结构和共源共栅电流镜结构,用最简单的电路形式获得了低功耗、高线性度和高电源抑制比的PTAT电流产生电路。针对电流输入型信号对∑-△调制器电路进行改进设计,将∑-△调制电路与前级感温带隙基准电路进行一体化设计,将带隙基准电路中的自偏置电压作为∑-△调制器中比较器的偏置电压,采用两极比较器,其增益大于100dB,且功耗低、灵敏度高。对数字低通滤波抽取电路进行了简化设计,采用了13位可置位带锁存功能异步计数器作为核心单元。基准电压产生电路为带隙电路的扩展,节省了资源并得到了高稳定度的基准电压。对∑-△调制器的输出进行了非线性化校正,利用Matlab软件辅助计算得到分段线性化输出方程。所设计的模拟数字转换器具有10位分辨率以及51dB信噪比。在设计中加入了窄脉冲发生电路,使计数器能够在每次计数前自动置位。选择了华晶上华0.6μm CMOS工艺库,利用Cadence Spectre仿真工具对整个温度传感器电路进行仿真测试,结果显示所设计温度传感器在-40℃～140℃的温度范围内具有0.5℃的测温精度和500μW的最小功耗。