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JSSC 2015第11期Data ConvertersDelta-Sigma ADC

A CMOS Thermistor-Embedded Continuous-Time Delta-Sigma Temperature Sensor With a

提出一种嵌入热敏电阻的连续时间ΔΣ温度传感器,实现高效温度采集。
1.5V, 64.5μW, 0.01°C rms, 100μs转换时间
温度传感器连续时间ΔΣ调制器热敏电阻硬件效率能量效率
创新点1:热敏电阻嵌入连续时间ΔΣ调制器(方法创新)。通过将热敏电阻直接集成到连续时间ΔΣ调制器中,实现了温度传感前端与模数转换器的功能合并,显著降低了硬件复杂度和能耗(64.5μW@1.5V),同时保持0.01°C的高分辨率。
创新点2:电阻梯与开关导通电阻补偿方案(电路创新)。提出了一种创新的电阻梯结构,结合开关导通电阻补偿技术,有效解决了传统 trimming 电路中的精度损失问题,使温度不准确性从1°C提升至0.4°C(经批量校准后)。
创新点3:二阶1位CTDSM架构(系统创新)。采用二阶1位连续时间ΔΣ调制器实现温度信号量化,在保证0.01°C RMS分辨率的同时,仅需100μs的单次转换时间,达成0.65pJ·°C的能效指标,兼顾高速度与低功耗。
创新点4:硬件-能效协同优化设计(系统创新)。通过传感与量化模块的深度融合,在45°C-125°C范围内实现0.01°C分辨率,其硬件复杂度远低于传统分立式传感器+ADC方案,为物联网边缘节点提供超低功耗解决方案。
Abstract
In a smart temperature sensor system, two individual building blocks, a sensing front-end and an analog-to-digital converter, are cascaded to imple ment the temperature-to-digital conversion. In this work, a thermistor-embedded continuous-time delta-sigma modulator (CTDSM), which merges these two building blocks into one, is proposed for a hardware- and en- ergy-efficient temperature acqui sition. The thermistor-based s e n s i n gf r o n t - e n di sr e u s e di na2 n d - o r d e r1b i tC T D S