采用电荷平衡模数转换器的高精度CMOS温度传感器

针对传统CMOS温度传感器芯片精度低,功耗高和温度范围窄的问题,提出了一种采用电荷平衡模数转换器(ADC)的高精度CMOS温度传感器。为了避免使用高精度带隙基准源,传感器中基于寄生双极晶体管的温度感知电路分别产生与温度成正比和反比的两个电压,再用一个电荷平衡ADC对这两个电压交替量化,得到与实时温度对应的数字量;工艺波动引起的感知误差采用一个外置基准电压来校准;整个温度传感器电路采用0.18μm CMOS工艺设计。仿真结果表明:在-40～125℃的温度范围内,传感器的测量精度可达±0.2℃,完成一次测量的时间仅为42ms,工作电流为130μA,芯片版图面积为0.55mm~2。该温度传感器可应用在植入式医疗、射频标签和物联网等系统中实现对温度的高精度测量。     

基于GA-BP神经网络的温度传感器校准系统

鉴于制药厂对温度的严格要求,对温度传感器DS18B20在10℃-30℃(制药厂要求温度范围)内进行校准.经BP神经网络校准后,最大误差从0.5℃降至0.24℃.BP神经网络随机生成初始参数易造成局部最优和收敛速度慢,故利用遗传算法对其进行优化.优化后收敛轮数从25降为13,最大误差从0.24℃降为0.21℃,精度在原BP神经网络基础上提升了12.5％.实验结果表明,利用遗传算法优化BP神经网络可加快训练收敛速度,提升校准结果精度.此外,采用以Cortex-M3为内核的STM32F103系列MCU开发温度传感器校准系统,将训练好的神经网络搭载到相应的校准模块.经调试,此系统校准精度与Matlab测试结果一致.     

一种新型光纤温度传感器

本文提出一种新型的光纤温度传感器,利用光纤微弯产生光强损耗的原理,测温范围为0℃～200℃,在20℃～95℃时的测量相对精度可达±1%.这种温度传感器可以发展成为测温范围更宽,并同时进行远距离多点检测的系统.     

变压器绕组光纤光栅温度传感器的优化设计

基于光纤光栅原理,研制了直接测量变压器绕组内部温度的光纤传感器,对传感器的封装工艺、材料进行了优化设计,解决了热力场和应力影响问题。经过温度标定实验,对光纤温度传感器进行了温度校准。现场实验表明,光纤温度传感器与电子传感器的测量温度能够保持较好的一致性和重复性,测量灵敏度小于0.1℃,测量精度可达到±0.5℃,满足变压器绕组内部温度的实时在线检测要求。     

一种高精度CMOS温度传感器的设计

介绍了一种基于55nm CMOS工艺实现的温度传感器。该温度传感器包括了温度传感电路与SAR ADC两个部分。温度传感电路产生与温度正相关的模拟电压,再通过SAR ADC进行模数转换从而得到代表温度信息的数字信号。ADC采用改进的R-2R DAC结构,省略了运算放大器,消除运放失调对温度精度的影响。仿真结果表明,在1.2V的供电电源下,该温度传感器在-20℃~100℃的温度范围内,温度分辨率为0.2℃,温度精度为+0.32℃。     

电子电压表校准仪的研制

该校准仪是用于校准各种电子电压表基本误差的专用标准仪器,具有定点频率下正弦波信号输出的标准电压源.校准仪内设有热点转换器式电压基准,可以准确地校准各频率点的输出电压值.该仪器采用微差法计量原理设计的误差电路,能直读被校表偏离定点电压的误差值.     

双热敏电阻温度传感器的设计

运用计算机辅助设计结合三点零误差法与切补法,可以设计宽温区双热敏电阻温度传感器.这种方法线性好、精度高.     

低功耗高电源抑制比CMOS带隙基准源设计

基于Ahujia基准电压发生器设计了低功耗、高电源抑制比CMOS基准电压发生器电路.其设计特点是采用了共源共栅电流镜,运放的输出作为驱动的同时还作为自身的偏置电路;其次是采用了带隙温度补偿技术.使用CSMC标准0.6μm双层多晶硅n-well CMOS工艺混频信号模型,利用Cadence的Spectre工具对其仿真,结果显示,当温度和电源电压变化范围为-50-150℃和4.5-5.5 V时,输出基准电压变化小于1.6 mV(6.2×10-6/℃)和0.13 mV;低频电源抑制比达到75 dB.电路在5 V电源电压下工作电流小于10 μA.该电路适用于对功耗要求低、稳定度要求高的集成温度传感器电路中.     

一种宽温度范围低温度系数的CMOS带隙基准电路

为得到适用于温度传感器、AD/DA和LDO等精密系统的高精度基准电压,提出基于高阶非线性补偿的5段分段补偿技术,在-40～125℃的宽温度范围内,实现一种高精度带隙基准(BGR)电路. 5段分段补偿技术基于电流镜组合构成的电流加减电路实现. BGR电路基于3.3 V电源供电的0.18μm CMOS工艺完成设计.仿真结果表明,所设计BGR电路的温度系数(TC)为0.05×10~(-6)/℃,工作电流约为28μA,电源抑制比(PSRR)约为-100 dB@dc,线性调整率约为11.8μV/V.     

一种低温度系数带隙基准电压源的设计

设计采用双极性结型晶体管产生一个二阶温度补偿电压,并将其与一阶温度补偿电压加权叠加得到一个低温度系数的带隙电压.通过采用增大运放增益和负反馈回路提高电源抑制比.电路基于0.13μm BCD工艺实现,使用Cadence中Spectre环境进行仿真.在工作电源电压为5 V的情况下,温度等于27℃时输出电压为1.209 V,电源电压抑制比为-58 d B@100 Hz,在-40-130℃温度范围内,输出电压变化范围为0.93 mV,平均温度系数为4.51 ppm/℃.     

采用分段曲率补偿的新型带隙基准电压源设计

设计了一种利用MOS晶体管产生正负温度系数电流的新型带隙基准电压源,并采用分段曲率补偿技术,从而降低基准电压的温度系数,同时增加工作温度范围.该电路使用TSMC 0.6 um标准CMOS工艺进行设计,Spectre仿真结果表明,电源电压为1.5 V,温度范围为-15~95℃时,温度系数为107 ppm/℃,采用分段曲率补偿后,温度系数降为4.28 ppm/℃.     

高阶曲率补偿电流模式的CMOS带隙基准源

为获得一个稳定而精确的基准电压,提出了一种适用于低电源电压下高阶曲率补偿的电流模式带隙基准源电路,通过在传统带隙基准源结构上增加一个电流支路,实现了高阶曲率补偿。该电路采用Chartered 0.35μm CMOS工艺,经过Spectre仿真验证,输出电压为800mV,在-40～85℃温度范围内温度系数达到3×10^-6℃^-1,电源抑制比在10kHz频率时可达-60dB,在较低电源电压为1．7V时电路可以正常启动,补偿改进后的电路性能较传统结构有很大提高．     

一种高阶温度补偿的CMOS带隙参考源

介绍了一种基于CSMC 0.5-μm 2P3M n-阱混合信号CMOS工艺的高阶温度补偿的带隙参考源。该CMOS带隙参考源利用了Buck电压转换单元和与温度无关的电流,提供了一种对基极-发射极电压V_BE的高阶温度补偿。它还采用共源共栅结构以提高电源抑制比。在5V电源电压下,温度变化范围为-20～100℃时,该带隙参考源的温度系数为5.6ppm/℃。当电源电压变化范围为4～6V时,带隙参考源输出电压的变化为0.4mV。     

电流型电子式电压互感器的温度稳定性研究

针对一种电流型电子式电压互感器(EVT)的温度稳定性进行了分析,指出高压电容器和一次侧信号处理单元中的积分电路是影响其温度稳定性的主要环节. 设计了利用正、负温度系数数值相等的多个电容单元串联组成高压电容器的温度补偿方案,有效地改善了高压传感部分的温度稳定性;提出利用热敏电阻对积分电容的温度特性进行补偿的方法,减小了温度变化给积分电路带来的误差. 依照IEC60044-7的要求,对研制的110 kV电流型EVT样机进行了温度影响准确度试验,试验结果表明设计的温度补偿方案有效,互感器在-40 ℃～+70 ℃温度范围内,满足0.2级测量准确度要求.      

自偏置的多段曲率校正带隙基准源

典型的帶隙基准电压源电路是由CMOS工艺产生的具有负温度系数的寄生横向BJT的发射结电压VEB和具有正温度系数的热电压Vt相补偿产生零温度系数的基准帶隙电压源.但是VEB与温度不是线性关系, 因此VREF需要被校正.本文介绍了一种高精度自偏置多段二次曲率补偿的CMOS帶隙基准电压源.采用0.5 μm CMOS工艺、工作电压为3.3 V,该芯片室温下功耗为94 μW.设计在0 ℃~75 ℃有效温度系数达到了0.7 ppm/℃.     

数字式测温系统在铜合金炉上的应用与设计

工频炉及电源系统的冷却水回路温度检测点多,传统温度传感器布线多而繁杂,无法实现全面监控所有冷却水回路的温度.DS18B20数字式温度传感器采用单总线技术,只需一根总线,就能够连接128个传感器,解决了测温线路繁杂而无法布线的问题.运用组态王软件,采集并归档各测量点的温度测量数据,根据其温度变化趋势分析,及时制定冷却水回路的清理计划,避免因电腐蚀而造成水路堵塞事故,在感应熔炼及感应加热设备上具有参考价值.     

基于恒电流源的电阻式气敏传感器检测系统

为保证电阻式气敏元件的高精度检测,设计了一种基于恒流源的气体浓度检测系统。该系统利用恒电流源,使传感元件电阻与电压变化呈线性关系,以提高气敏元件阻值随
气体浓度变化的准确度。恒电流源包括基准稳压电源、电流负反馈电路、稳压二极管和待测气敏元件。经过参数整定,其测电阻范围可达0～1 000 kΩ,平均测量误差小于0.027 2%。利用SnO2传感器检测浓度为0～2 05357 mg/m³的乙醇气体,测量出传感器电阻随浓度增加呈e指数下降趋势,系统最大测量误差小于±1.5%。     

一种电磁耦合集成角度传感器的关键模块设计

设计了一种基于电磁耦合原理的集成角度传感器.该传感器由两块电路板与一片专用信号处理芯片组成,在电路板上实现了激励线圈、接收线圈和反馈线圈的设计,通过交变电磁场之间的电磁耦合完成角度信息的转换.传感器芯片设有增益编程模式、零度标定模式,可消除制作工艺与装配过程带来的误差,并实现零度标定;以CORDIC算法为核心设计了角度解码电路,经过误差补偿,大大减小了CORDIC算法在反正弦运算中的误差.经实验测试,数字电路组成的关键模块工作正确,其角度解码范围为0°～120°,误差小于0.05°,满足传感器0.5°的整体设计要求.     

一种新型的高电源抑制比带隙基准源的设计

利用有源PMOS负载反相器组成电压减法器,将电源噪声引入运放反馈,得到了一种高电源抑制比的基准电压源。对基准源的低频电源噪声抑制进行了推导和分析。仿真结果表明,在3 V电源电压下,在-40~85℃范围内,温度系数低于1.976 ppm/℃;在27℃下,1 KHz时,电源抑制比达88 dB.     

一种新型的数字式陶瓷湿度计

介绍的数字式陶瓷湿度计具有两个显著的特点：一是用对称三角波代替通常所用的方波作基准信号源,提高了测量精度;二是采用对数放大器跟踪补偿了湿敏元件的指数型湿阻特性,实现测量与刻度的线性化．整个电路采用集成器件并加以必要的温度补偿．实验表明,电路设计合理,测量结果准确、可靠,宜于推广应用