[发明专利]一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路

说明书

一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路，属于数字模拟集成电路技术领域。本发明利用N个第一延时单元首尾相连构成延时链产生第一振荡器输出，利用N个第二延时单元首尾相连构成延时链产生第二振荡器输出，N为正奇数，第二延时单元包括一个第一延时单元串联一个与温度线性度比第一延时单元更好的第一电阻；再利用分频器和计数器获得第一振荡器输出信号的周期和第二振荡器输出信号的周期，根据第一振荡器输出信号和第二振荡器输出信号的周期差获得温度信息。在低电源电压供电条件下降低了数字温度传感器的功耗，实现了数字温度传感器的高线性度。

技术领域

本发明属于数字模拟集成电路技术领域，特别涉及一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路。

背景技术

随着工艺尺寸的不断缩小和对功率消耗的不断降低，电源电压也随之不断降低，从而给模拟电路的设计带来了巨大挑战。电源电压下降带来最直接的影响就是电路内部信号摆幅的下降，在模拟电路中，信号的摆幅决定了电路的动态范围。

现如今温度传感器逐渐向着微型化、数字化、智能化的方向发展，但是功耗、成本、高精度以及对电源噪声的敏感度等几个方面的挑战也越来越大。数字温度传感器由于在速度、面积、功耗和精度方面具有较好的折衷，在设计时留给设计师较大的优化空间，所以是实现高精度、低功耗的较好架构选择，但是高精度的数字温度传感器需要高精度和高线性度的反相器延时链。电源电压的下降，使实现高线性度的数字温度传感器变得非常困难。

目前常见的数字温度传感器电路如附图1所示，其中振荡器VCO通常为由首尾相连的延时单元链构成的震荡环路，延时单元可以由CMOS反相器构成，CMOS反相器总延时T_p主要包括高电平到低电平延时(NMOS管放电)t_{p HL}以及低电平到高电平延时(PMOS管放电)t_{p LH}。

NMOS管的放电电流分为三部分：1)当V_GS-V_THV_Dsat时的饱和电流；2)当0V_GS-V_THV_Dsat时的线性区电流；3)当0V_GSV_TH时的亚阈区电流，其中V_GS指的是NMOS管的栅源电压，V_TH指的是NMOS管栅源电压的阈值电压，V_Dsat指的是NMOS管栅源电压的饱和电压。

首先，NMOS管的饱和电流I_Dsat可表示为：

μ_n表示NMOS管的电子迁移率，C_OX表示NMOS管的栅氧电容，表示NMOS管的沟道宽长比。

其次，NMOS管的线性区电流I_DL可表示为：

V_DS表示NMOS管的漏源电压。

最后，NMOS管的亚阈区电流I_sub可表示为：

η表示大于1的常数，T为温度，k和q表示与温度T无关的常数。

则由式

经过数学近似得到CMOS反相器高电平到低电平延时t_{p HL}的表达式：

k_N＝μC_OX(W/L)_N

其中，C_L表示负载电容，V_TN表示NMOS管的阈值电压。