【摘 要】
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电池供电的低功耗无线传感器节点通过定时唤醒的方式进入工作状态传输数据,它们大部分时间处于仅维持时钟计时的休眠状态。为了避免因节点唤醒时同步时间过长导致动态能耗浪
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电池供电的低功耗无线传感器节点通过定时唤醒的方式进入工作状态传输数据,它们大部分时间处于仅维持时钟计时的休眠状态。为了避免因节点唤醒时同步时间过长导致动态能耗浪费以及节省休眠能耗,就需要使用高精度低功耗的时钟系统。温度补偿是实现高精度时钟的常用方法,但其功耗远大于时钟电路的功耗,因此设计低功耗温度传感器是实现低功耗时钟系统的关键。本文用在亚阈值区工作的MOSFET设计低功耗感温元件和两级运算放大器,并用频率-数字转换器取代传统的模数转换器,结合定制电路技术,设计了一种低功耗CMOS温度传感器。主要工作如下:1)用亚阈值电路设计技术,基于2T电压基准结构设计了低功耗感温元件。2)以基本的两级运算放大器为基础,调整晶体管工作区,设计亚阈值两级运放。3)利用电压-电流转换器的堆叠结构取代电流镜,避免产生双电流路径,节省电流产生电路一半的电流消耗。4)设计由环形振荡器和异步计数器组成的频率-数字转换器,利用传输门和反相器级联形式设计新型结构的环形振荡器,减少了振荡器级数,并采用定制电路技术设计反相器和触发器,用全定制的触发器设计异步计数器,优化计数器的控制逻辑和时序。本文基于台积电0.18μn CMOS工艺完成了温度传感器的设计,面积大小为0.078mm2。后仿真结果表明:在1.2V、TT工艺角、25℃下,温度传感器的功耗为84nW,转换时间为17ms时,每次转换消耗能量1.428nJ。4点校准后,在-40℃～85℃范围内测量误差为-1.88℃～1.86℃,分辨率达到 0.14℃/LSB。
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