吴梦维，王振铎

(哈尔滨理工大学 软件与微电子学院，黑龙江 哈尔滨 150000)

近年来，互补金属氧化物半导体(CMOS)已广泛用于传感器电路设计。2016年，Mansoor等人[1]设计了一种硅绝缘体CMOS多传感器微机电系统芯片，其可以同时测量温度、压力和流量。2017年，Wen-Sheng等人[2]提出了一种用于变温系统中光探测器的暗电流抑制技术。CMOS温度传感器的优点包括体积小、成本低、性能高，且易于批量生产。在众多工业应用中，温度传感器可在-30～125 ℃的宽温度范围内工作[3]。通常使用双极型和金属氧化物半导体(MOS)晶体管来实现片上传感器，例如温度传感器[4]。在双极型晶体管中，基极-发射极电压与饱和电流用于提取基本信号。而在MOS晶体管的情况下，基本信号来源于阈值电压和迁移率。然而，温度传感器的大部分电路均是由双极晶体管使用的，因双极晶体管的温度特性比MOS晶体管更好[5]。

本文设计基于CMOS的集成温度传感器，其主要由偏置电路、运算放大器以及热传感器组成。文中讨论了电路的主要设计，包括偏置电路、运算放大器电路、热传感器。并在50 nm工艺下对电路进行仿真，得出该传感器的温度系数为5.9 mV /℃。

1 温度传感器设计

1.1 温度传感器原理

图1所示为温度传感器电路的结构。传感器电路由电流镜像源，一对双极型晶体管和一个电阻组成。Q1和Q2是两个NPN双极晶体管；I1和I2分别为Q1和Q2的集电极电流，分别由恒流源提供；电阻R上的电压是VBE1和VBE2之间的电压差。电压和电流之间的关系[6]为

(1)

(2)

其中K是玻尔兹曼常数，q是电子电荷，T是绝对温度；……