JSSC 2009第12期Digital Circuits32nmDelta-Sigma ADCProcessor/CPU

A 105 V 16 mW 045 C3 27Resolution 61 Based Temperature Sensor With Parasitic Res

本文介绍了一种用于微处理器核心的32nm CMOS温度传感器，具有高精度和低功耗。

32nm CMOS, 105V, 16mW, 0.45°C分辨率, 10-110°C工作范围

温度传感器微处理器CMOSBJTΣ-Δ ADC

▸创新点1：采用BJT对电流比结合电流斩波技术实现温度信号上转换（方法创新）。通过精确控制BJT对的电流比，结合斩波技术有效抑制低频噪声，提升信号信噪比，实现0.45°C的高分辨率。

▸创新点2：集成二阶Σ-Δ ADC实现高精度数字化（电路创新）。利用过采样和噪声整形技术将模拟信号转换为数字信号，在32 nm工艺下实现27位有效分辨率，支持宽温区（-10°C至110°C）测量。

▸创新点3：数字域下转换与滤波技术优化温度输出（系统创新）。通过数字信号处理消除斩波引入的调制分量，结合滤波算法降低量化噪声，使未校准时的整体误差低于±1.53°C。

▸创新点4：无校准/微调设计（工艺创新）。通过电路架构优化和工艺特性匹配，在16 mW低功耗下实现高精度，避免传统温度传感器所需的额外校准步骤。

Abstract

Monitoring temperature in a microprocessor is im- portant for optimal energy consumption under various workloads. This paper presents a temperature sensor in a 32 nm high-k metal gate digital CMOS process for integration in a microprocessor core. The sensor uses a ratio of currents driven into a BJT pair with current chopping to up-convert the temperature signal. A second order sigma-delta /40/6/1/411-bit ADC is used to digitize the chopped signal, which is then down-converted and ﬁltered in the