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제안 방법
- 받아 비트스트림을 출력한다. -55℃~ 125℃의 전체 온도 범위에서, 제안한 0.01℃의 레벨을 만족시키기 위해서는 약 50㎶를 비교할 수 있어야 하기 때문에, 본 논문에서는 ±5㎶까지 비교할 수 있는 comparator를 설계하였으며 설계된 회로는 pre-amplifier를 갖는 dynamic latch구조를 갖는다.
- BJT Core와 2차 ΣΔ 변조기의 OTA에 필요한 바이어스 전압을 온도의 변화에 상관없이 일정하게 제공하기 위해 Bandgap reference 회로를 설계하였다. Bandgap reference로부터 생성된 2개의 전압은 BJT Core에서 PMOS 전류원들의 바이어스 전압으로 사용되어 1㎂의 전류를 흐르게 하고, wide-swing cascode current mirror 회로에 연결하여 ΣΔ 변조기의 OTA에 필요한 5개의 바이어스 전압을 얻는데 사용하였다.
- Bandgap reference로부터 생성된 2개의 전압은 BJT Core에서 PMOS 전류원들의 바이어스 전압으로 사용되어 1㎂의 전류를 흐르게 하고, wide-swing cascode current mirror 회로에 연결하여 ΣΔ 변조기의 OTA에 필요한 5개의 바이어스 전압을 얻는데 사용하였다.
- DEM(Dynamic Element Matching) Controle BJT Core의 PMOS 전류원들 사이의 mismatch와 ΣΔ integrator의 capacitors로 인한 errors를 평균화하기 위해 사용되었다. 그림 6에 나타낸 DEM 은 5개의 블록(3·bit upcounter, 3-to-8 decoder, BJT sw control, Itrim control, Cs control)으로 구성되고, BJT Core와 ΣΔ 변조기에서 요구하는 ±0.
- PTAT Bias 회로를 통해 1㎂의 전류를 공급받는 BJT Core는 온도변화에 따라 각각 다른 VBE와 ΔVBF를 2차로 구성된 ΣΔ 변조기의 입력으로 전달하며 적분된 전압 ΔVinf는 Comparator에 의해 비트스트림으로 출력된다. Mismatch와 offset에 의한 에러를 줄이기 위해 DEM(Dynamic Element Matching)설계와 double-sampling을 하였고, 0.01℃ 레벨의 온도출력을 위해 약 ±5㎶를 비교할 수 있는 Comparator를 설계하였다. 제안된 회로는 100㎳의 conversion 시간동안 400bit의 비트스트림을 출력한다.
- 만든다. ΣΔ 변조기에 필요한 non-overlapping되는 클럭을 만들기 위해 delay inverter를 이용하여 최소 3ns 이상으로 설계했고, delay가 필요한 클럭은 최소 2ns 이상 delay 시켰다. 추가로 Clocked Comparator에 필요한 클럭과 DEM에 필요한 클럭도 함께 생성한다.
- 본 논문에서는 0.18㎛ CMOS 공정으로 기존의 CMOS 온도센서[1]보다 저전압 작은 면적으로 설계했으며, 대부분의 CMOS 온도센서처럼 parasitic bipolar 트랜지스터의 온도 특성을 이용하였고 -55℃~125℃의 온도 범위에서 ±0.1℃의 정확도를 갖도록 설계하였다.
- 본 논문에서는 parasitic bipolar 트랜지스터의 온도 특성과 ΣΔ 변조기를 이용하여 0.18㎛ CMOS 공정으로 -55℃~ 125℃의 온도 범위에서 동작하는 온도 센서를 설계하였다. 설계된 회로를 모의실험한 결과 100ms의 conversion 시간동안 400bit의 비트스트림을 출력한다.
- 그림 4는 2차 EA 변조기의 circuit diagram을 나타낸다. 본 논문에서는 ±0.1℃의 정확도를 제안하며 이를 위한 offset제거와 DEM Control의 용이한 구현을 위해 switched capacitor구조가 사용되었다. 비트스트림 bs=0 일 때 입력는 두 개의 사이클에서 적분되고, bs=1 일 때 VBE는 한 개의 사이클에서 적분되는데 ΔVBE가 적분될 땐 8개의 capacitors이 사용되고 Vbe가 적분될 땐 1개의 capacitor만이 사용된다.
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