【摘 要】
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随着芯片尺寸不断缩小,高性能芯片内部的温度保护问题成为了一个值得关注的问题,目前大部分SoC芯片中都设计有片上集成的温度传感器,其能够在不占用太多资源的情况下保护整个芯片不被烧坏,这也成为了一个新的研究热点。论文研究分析了近年来片上集成温度传感器研究的现状以及发展趋势,针对不同应用场景设计了两种不同类型的温度传感器:1)针对一款SoC的过温保护模块,设计了一款低功耗小尺寸的VCO型温度传感器。利用
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随着芯片尺寸不断缩小,高性能芯片内部的温度保护问题成为了一个值得关注的问题,目前大部分SoC芯片中都设计有片上集成的温度传感器,其能够在不占用太多资源的情况下保护整个芯片不被烧坏,这也成为了一个新的研究热点。论文研究分析了近年来片上集成温度传感器研究的现状以及发展趋势,针对不同应用场景设计了两种不同类型的温度传感器:1)针对一款SoC的过温保护模块,设计了一款低功耗小尺寸的VCO型温度传感器。利用CMOS工艺中衬底PNP管ΔVBE的正温度系数特性产生与绝对温度正相关的电流IPTAT,基于该电流设计了一款“电流饥饿型”环形振荡器,振荡器输出频率与IPTAT电流呈正比,从而可以通过检测频率值间接测量出芯片内温度。2)针对一款运算芯片,设计了一款高精度高分辨率的ADC型温度传感器。利用衬底PNP管产生ΔVBE和VREF,采用二阶曲率补偿技术消除VBE的二次非线性项,通过斩波技术可以降低失配和系统误差;在数据处理方面,采用ΔVBE和VREF的结构实现温度信号到时间信号的转换,采用低速高精度的∑-ΔADC输出精度较高的温度相关值μ。本文两种设计均采用UMC28nm工艺,电源电压分别为0.9V和1.8V,测量温度范围-40～125℃,FDC型温度传感器线性度207～220kHz/℃,分辨率12bit,总功耗小于50uA,ADC型温度传感器分辨率14bit,平均误差小于1℃,总功耗小于200uA。
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