Design rules to implement self-calibrated differential temperature sensors

Abstract

The goal of this project is to present a new differential temperature sensor architecture that can digitally compensate for the thermal offset. First, the sources of thermal offset and its implications in temperature measurements are discussed. Measurements performed on a 0.35um CMOS differential temperature sensor are presented to illustrate the discussion. Second, dependence of NMOS transistor with temperature is measured in order to substitute the old BJT transistor for other one of NMOS technology. Then, an automatic calibration procedure and the new sensor topology is presented. With this new topology, not only the thermal offset can be digitally calibrated, but the combination of the digital code that compensates the offset and the analog sensor output voltage widens the application field of differential temperature sensors, being now suitable for use in measurements where both wide input range and high differential sensitivity are required.

El objetivo de este proyecto es presentar una nueva arquitectura para un sensor de temperatura diferencial que puede compensar digitalmente temperaturas de offset. Primero, se discutirán las fuentes de las temperaturas de offset y sus implicaciones en las medidas de temperatura. Segundo, se investigará la dependencia del transistor NMOS con la temperatura. El objetivo de ello es sustituir el uso de los transistores BJT y pasar a utilizar los transistores NMOS. Tercero, se presentarán el proceso de calibración automático y la nueva topología del sensor. Con esta nueva topología, no solo podremos calibrar digitalmente la temperatura de offset, además la combinación del código digital para corregir el offset y la salida analógica del sensor amplia a la aplicación el rango de temperatura diferencial, siendo ahora adecuado para uso en mediciones en las que se requiere tanto amplio rango de entrada como alta sensibilidad diferencial.

L’objectiu d’aquest projecte és presentar una nova arquitectura per un sensor de temperatura diferencial que pugui compensar digitalment temperatures d’offset. Primer, es discutiran les fonts de procedència de les temperatures d’offset i les seves implicacions a les mesures de temperatura. Segon, s’investigarà la dependència del transistor NMOS amb la temperatura. L’objectiu es substituir l’ús dels transistors BJT i passar a utilitzar els transistors NMOS. Tercer, es presentaran el procés de calibratge automàtic i la nova topologia del sensor. Amb aquesta nova topologia, no només podrem calibrar digitalment la temperatura d’offset, a més la combinació del codi digital para corregir l’offset i la sortida analògica del sensor amplia a la aplicació el rang de temperatura diferencial, fent així ara adequat per l’ús en mesures on es requereixen tant un ampli rang d’entrada com una alta sensibilitat diferencial.