데이터 변환기를 사용한 고정밀 CMOS 온도 센서의 설계

Abstract

반도체 생산 공정이 발전함에 따라 단위 면적당 트랜지스터의 숫자가 증가되어왔다. 이것은 반도체의 소면적 및 저비용에 지대한 공헌을 해왔다. 하지만 이것은 반도체 단위 면적당 발열도 증가시킨다. 예를 들어 DRAM 셀에서 MOSFET 의 누설전류에 영향을 미치게 된다. 이를 보상하는 리프레쉬는 고온일 경우 주기가 증가하여 메모리 전체 전력소모의 증대를 초래하게 된다. 그러므로 저전력 메모리를 구현하기 위해 각 온도에 알맞은 리프레쉬 주기를 실행하기 위해 CMOS 온도 센서의 사용이 필요하다. 그리고 LDI는 고온에 의한 스트레스에 매우 취약한 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 LDI의 손상을 피하기 위해 LDI 에 응용 가능한 CMOS 온도 센서를 제안하였다. 일반적으로 CMOS 온도센서의 구성은 PTAT 전압 발생기, 기준 전류와 전압 발생 회로, 아날로그-디지털 데이터 변환기, 14비트 디지털 카운터로 구성되어 있다. 본논문에서는 dual-slope 데이터 변환기를 이용하여 높은 정확도를 가지는 CMOS 온도센서를 제안하였다. 이 온도 센서는 저항과 커패시터의 공정 변수에 영향을 받지 않는 dual-slope 데이터 변환기를 사용함으로써 고정밀 CMOS 온도 센서를 구현하였다. 제안된 CMOS 온도 센서는 온도 -40℃에서 125℃사이의 온도를 모의 실험한 결과 0.018℃/LSB 의 해상도를 나타내었다. 칩의 면적은 0.69 x 0.58 um2 , 동작주파수는 25MHz 이고 공급 전압은 1.2V 이다. 이 온도 센서는 고정밀 및 작은 소모전력으로 모바일 기기에 많은 이점이 있을 것으로 예상된다. 제안하고 설계된 CMOS 온도 센서는 동부 하이텍 0.11um 공정을 사용하여 모의실험 및 레이아웃을 수행하였다.|With the advance in the semiconductor production process, the number of transistor per unit area has increased. This has contributed to the small size and low cost of semiconductor. However, this is also increasing the heat per unit area of semiconductor. For example, high temperature problem effects on a leakage current from DRAM cell to MOSFET. Refresh to compensate these problems causes the increase of power consumption through the whole memories because its period goes sharply in high temperature. Therefore DRAM need to introduce temperature sensors for controlling suitable refresh period of each temperature to develop low power memories. And LDI is generally known that it is highly vulnerable to stress by high temperature. In this paper, to prevent the damage to the LDI from high temperature, CMOS temperature sensors in applicalbe to the LDI, is proposed. CMOS temperature sensors consists of PTAT voltage generator, band gap reference circuit generating both reference voltage and current, analog-to-digital data converter, 14bit digital counter. This paper proposes a high precision CMOS temperature sensors using dual slope ADC. The simulation of the CMOS temperature sensors showed a resolution of 0.018℃/LSB in the range from -40℃ to 125℃. The chip area is 0.69 x 0.58 um2 , the operating frequeny is 25MHz and supply voltage is 1.2V. This temperature sensors has high precision and low power dissipation, so it could expect large profit in mobile application. Proposed and designed CMOS temperature sensors is simulated and layout with Dongbu HiTek 0.11um process.; With the advance in the semiconductor production process, the number of transistor per unit area has increased. This has contributed to the small size and low cost of semiconductor. However, this is also increasing the heat per unit area of semiconductor. For example, high temperature problem effects on a leakage current from DRAM cell to MOSFET. Refresh to compensate these problems causes the increase of power consumption through the whole memories because its period goes sharply in high temperature. Therefore DRAM need to introduce temperature sensors for controlling suitable refresh period of each temperature to develop low power memories. And LDI is generally known that it is highly vulnerable to stress by high temperature. In this paper, to prevent the damage to the LDI from high temperature, CMOS temperature sensors in applicalbe to the LDI, is proposed. CMOS temperature sensors consists of PTAT voltage generator, band gap reference circuit generating both reference voltage and current, analog-to-digital data converter, 14bit digital counter. This paper proposes a high precision CMOS temperature sensors using dual slope ADC. The simulation of the CMOS temperature sensors showed a resolution of 0.018℃/LSB in the range from -40℃ to 125℃. The chip area is 0.69 x 0.58 um2 , the operating frequeny is 25MHz and supply voltage is 1.2V. This temperature sensors has high precision and low power dissipation, so it could expect large profit in mobile application. Proposed and designed CMOS temperature sensors is simulated and layout with Dongbu HiTek 0.11um process.