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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林南君
研究生(外文):Nan-Jiun Lin
論文名稱:非線性曲率修正之互補式金氧半場效電晶體溫度感測器
論文名稱(外文):CMOS Temperature Sensor Using Nonlinear Curvature Correction
指導教授:林明權林明權引用關係
指導教授(外文):Ming-Chuan Lin
口試委員:陳耀煌王瑞祿
口試委員(外文):Yaw-Hwang ChenRuey-Lue Wang
口試日期:2013-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:崑山科技大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:38
中文關鍵詞:溫度感測器線性度帶差參考
外文關鍵詞:TemperatureSensorLinearityBandgap reference
相關次數:
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本論文中,以一個傳統的帶差參考電流電路(Bandgap Reference Current Circuit)中使用PNP雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistors, BJT's)及疊接一個有穩定偏壓電流的P型的互補式金氧半場效電晶體(P-Type Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, PMOSFET)。PNP BJT在偏壓電流與絕對溫度成正比例的偏壓下以及PMOSFET在溫度穩定偏壓電流的的偏壓下,兩者的偏壓V_EB及V_SG與溫度呈現負溫度係數。在這項電路中,輸出的總電壓是BJT、PMOSFET和NMOSFET的電壓總和。前述兩個電晶體的偏壓呈現近似互補式的非線性溫度特性,但是NMOSFET的電壓呈現高線性溫度特性。因此,溫度感測器模擬狀況呈現良好的線性度為99.9993%。在0℃~120℃的溫度範圍,量測結果呈現-3.73mV/℃的靈敏度且線性度約為99.974%。
In this paper, a traditional bandgap reference current circuit using pnp bipolar junction transistors (BJTs) is cascaded with a constant-current biasing p-type metal-oxide-semiconductor field effect transistor (PMOSFET). Under a biasing current proportional to or insensitive to absolute temperature for a pnp BJT and a temperature-stable biasing current for a PMOSFET, the plots of emitter-base and source-gate bias voltages versus temperature show negative temperature coefficients. In this work, the output voltage is the sum of bias voltages of a BJT, a PMOSFET, and an NMOSFET. The bias voltages of the former two transistors exhibit nearly complementary nonlinear temperature characteristics, but the bias voltage of the NMOSFET exhibits highly linear temperature characteristics. Therefore, the temperature sensor exhibits good simulated linearity of 99.9993%. For a temperature range from 0℃ to 120℃, the fabricated temperature sensor has the sensitivity of -3.73 mV/℃ or so with linearity of 99.974%.
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 v
圖目錄 vi
符號說明 vii
一、 緒論 1
二、 溫度感測器介紹 6
2.1 溫度感測器歷史 6
2.2 溫度感測器設計考量 7
2.2.1 操作溫度範圍(Operation Temperature Range) 8
2.2.2 精確度(Accuracy) 8
2.2.3 解析度 9
2.2.4 成本 9
2.3 帶差參考電路(Bandgap Reference Circuit) 10
2.3.1 帶差參考電壓電路(Bandgap Reference Voltage Circuit) 10
2.3.2 操作溫度範圍(Operation Temperature Range) 16
2.4 雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor, BJT) 17
2.4.1 BJT-MOS溫度感測器 21
2.4.2 改良的BJT-MOS溫度感測器 25
三、 BJT-MOS溫度感測器的量測和模擬比較 33
四、 結論與未來展望 37
參考文獻 38

[1]H. Sanchez, R. Philip, J. Alvarez, G. Gerosa, “A CMOS Temperature sensors for power PC TM RISC Microprocessors,” VLSI circuit, Digest of Technical Symposium on IEEE CNF, pp. 13-14, June 1997.
[2]A. Bakker and J.H. Huijsing, “Micropower CMOS temperature sensor with digital output,” IEEE Trans. Solid-State Circuits, vol. 31, pp. 933-937, July, 1996.
[3]C. Renato T. de Mori, P. Cesar Crepaldi, T. Cleber Pimenta, “A 3-V 12-Bit second order sigma-delta modulator design in 0.8-um CMOS,” Grupo de Microeletronic a-Escola federal de Engenharia de Itajuba pp. 124-129, 2001.
[4]陳拓光,“具備可程式數位設定點之時間軸混合模式溫度感測器”,國立台灣科技大學電子工程系碩士論文,中華民國九十六年六月。
[5]黃聖嘉,“金氧半無線溫度感測晶片之研製”,國立成功大學電機工程學系碩士論文,中華民國九十四年六月。
[6]洪裕隆,“三角積分調變器與CMOS溫度感測晶片之研製”,國立成功大學電機工程學系碩士論文,中華民國九十三年六月。
[7]劉德璿,“高精準型電壓輸出之CMOS溫度感測器”,崑山科技大學電子工程研究所碩士論文,中華民國一百年七月。
[8]C. Popa, “Low-voltage Low-power Superior-order Curvature-corrected Voltage Reference,” Analog Integr. Circ. Sig. Process, vol. 63, pp.233-238, 2010.
[9]Ruey-Lue Wang, Chen-Wei Yu, Chi Yu, Te-Hsuan Liu, Chiung-Min Yeh, Chen-Fu Lin, Hann-Huei Tsai and Ying-Zong Juang, “A temperature sensor using a BJT-MOSFET pair,” Electronics Letters, vol. 48, No.9, pp.503-504. 26 April, 2012.

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