今天為大家介紹一項國家發明專利——一種低功耗、高線性度CMOS溫度傳感器。該專利由中國科學院上海高等研究院申請，并于2019年1月4日獲得授權公告。

內容說明

本發明涉及一種溫度傳感器電路，特別是涉及一種低功耗、高線性度的CMOS溫度傳感器。

發明背景

溫度是一個基本的物理現象，它是生產過程中應用最普通、最重要的工藝參數，無論是工農業生產，還是科學研究和國防現代化，都離不開溫度測量，因此，在各種傳感器中，溫度傳感器是應用最廣泛的一種。集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是在PN結溫度傳感器的基礎上發展起來的，具有體積小，穩定性好和價格低廉等特點。

目前，CMOS集成溫度傳感器的主要實現方式包括：基于MOS管的溫度傳感器以及基于CMOS工藝下的寄生雙極型晶體管（BJT）的CMOS BJT溫度傳感器。常見的基于MOS管的溫度特性實現溫度傳感器的方法有兩種：

1）利用處于亞閾值狀態的MOS管的漏源電流具有與絕對溫度成正比（PTAT）特性來實現溫度傳感。由于MOS管在高溫情況下，其自身的泄漏電流非常明顯，使得高溫下處于亞閾值狀態下的MOS管的漏源電流所具有的PTAT特性受到嚴重影響，因此利用MOS管的亞閾值電流的PTAT特性的這種方法來實現的溫度傳感器的測溫范圍不能太寬，否則會嚴重影響其測溫精度；

2）利用強反型狀態下MOS管中的載流子遷移率以及閾值電壓依賴于溫度這樣的溫度特性來實現溫度傳感器。這種方法的優點是溫度精度很好，主要缺點在于受工藝波動的影響較大，在高性能要求時必須有大范圍的微調和校準工作。

CMOS BJT溫度傳感器是利用CMOS工藝下的寄生雙極型晶體管產生正比于溫度的電壓特性來實現溫度的檢測。相比于MOS溫度傳感器，該結構線性度較好且工藝穩定。功耗和精度是衡量CMOS集成溫度傳感器的主要技術指標，盡管如今的CMOS集成溫度傳感器在這兩項指標上比過去有了較大的進步，但是，現有的CMOS集成溫度傳感器仍然存在功耗與精度不可兼顧的問題，因此，實有必要提出一種技術手段，以解決上述問題。

發明內容

為克服上述現有技術存在的不足，本發明之一目的在于提供一種低功耗、高線性度的CMOS溫度傳感器，實現了一種基于標準CMOS工藝的全集成低功耗、高線性度的溫度傳感器，可用于溫度監控。

為達上述及其它目的，本發明提出一種低功耗、高線性度CMOS溫度傳感器，至少包括：啟動電路，包括三個P型MOS晶體管，于系統正常工作時消耗的電流為pA級，該啟動電路用于防止電路鎖定工作在截止狀態；與溫度相關的電流產生電路，與該啟動電路連接，該與溫度相關的電流產生電路利用MOS管的亞閾值特性，產生一功耗低且與溫度相關的電流；溫度感應電路，通過電流鏡將該與溫度相關的電流產生電路所產生的電流提供給一基極-集電極短接的PNP晶體管，在該PNP晶體管發射極產生一與溫度線性相關的電壓。

該啟動電路包括第六PMOS管、第七PMOS管以及第八PMOS管，該第六PMOS管與該第七PMOS管源極接電源電壓，該第七PMOS管漏極接該與溫度相關的電流產生電路，柵極接該第六PMOS管漏極，該第六PMOS管柵極接該與溫度相關的電流產生電路，該第八PMOS管柵漏相接組成反向二極管，該反向二極管陰極接至該第六PMOS管漏極和該第七PMOS管柵極，陽極接地。

該與溫度相關的電流產生電路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、電流鏡以及第五PMOS管，該第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管源極接電源電壓，該電流鏡偏置端連接該第二PMOS管漏極和第五PMOS管漏極，該電流鏡輸出端連接該第三PMOS管與第七PMOS管漏極、第五PMOS管源極以及該第一NMOS管柵極，該第一PMOS管的柵漏相接組成正向二極管，并連接至該第二PMOS管、第三PMOS管與該第六PMOS管柵極、該第一NMOS管漏極以及該溫度感應電路，該第一NMOS管源極接該電流鏡，柵極接該第三PMOS管、第七PMOS管漏極、第五PMOS管源極以及該電流鏡輸出端，該第五PMOS管柵極地，其橫向連接在該電流鏡偏置端和輸出端之間。

該電流鏡包括第二NMOS管、第三NMOS管以及一偏置電阻，該第二NMOS管柵漏相接組成正向二極管，其源極連接該偏置電阻至地而漏極連接至該第二PMOS管以及該第五PMOS管漏極，該第三NMOS管柵極和該第二NMOS管柵極相接，其源極接地而漏極接該第三PMOS管和第七PMOS管漏極、第五PMOS管源極以及第一NMOS管的柵極。

該溫度感應電路由包括第四PMOS管和一PNP三極管，該第四PMOS管源極接電源電壓，柵極接該第二PMOS管、第三PMOS管與第六PMOS管柵極、柵漏相接的第一PMOS管的柵極與漏極以及第一NMOS管的漏極，以在柵極電壓的控制下跟隨該電流產生電路的電流，該第四PMOS管漏極接該PNP三極管的發射極，該PNP三極管的基極和集電極相接組成正向二極管，其發射極為該CMOS溫度傳感器的輸出端。

與現有技術相比，本發明一種低功耗、高線性度CMOS溫度傳感器通過防止電路鎖定工作在截止狀態的啟動電路、利用MOS管亞閾值特性產生一與溫度相關的電流的與溫度相關的電流產生電路以及將溫度相關電流產生電路所產生的與溫度相關的電流提供給基極-集電極短接的PNP晶體管的溫度感應電路，達到了實現一種基于標準CMOS工藝的全集成低功耗、高線性度溫度傳感器的目的。