A R-RC Oscillator Based Temperature Sensor with Wide Temperature Range

Abstract

이 논문은 저항의 이차항의 영향를 보상하여 넓은 온도에서 동작 가능한 저항 기반 온도센서를 제시한다. 제안하는 swing-boosted R-RC 발진기는 두 가지 타입의 저항(poly 와 diffusion)을 사용한다. 두 가지 저항의 비율을 조절함으로써 저항의 이차항의 영향을 보상할 수 있다. 전원 민감도는 셀프-클락 차지 펌프를 갖는 레귤레이터를 사용함으로 완화된다. 더 높은 전력 효율성을 달성하기위해, 변환 시간을 4배 감소시키는 주파수 쿼드러플러가 사용되었다. 40nm CMOS 공정에서 제작된, 제안하는 센서는 152 μ s의 변환시간동안 32 μ W 를 소모하며 27.78mKLSB의 해상도를 달성한다. 이는 5pJ ∙ K2 의 해상도 FoM을 의미한다. 이 센서는 또한 2942μm2의 작은 면적에서 2점 교정과 3차항 피팅을 통해 넓은 온도 범위(- 60℃에서 160℃까지) 에서 -0.83/+1.31℃(3σ)의 부정확도를 달성한다. ©2025 Haseong Song ALL RIGHTS RESERVED MS/EC 20231138|This paper presents a resistor based temperature sensor capable of operating over a wide temperature range (from -60℃ to 160℃) by compensating second order influence of resistor. The proposed swing-boosted R-RC oscillator(R-RCOSC) employs two types of resistors (poly and diffusion). By adjusting the ratio of two resistors, second order influences of resistors are compensated. Supply sensitivity is suppressed by using regulator with self-clock charge pump. To achieve higher power efficiency, frequency quadrupler is used which reduce conversion time by a factor of four. Fabricated in a 40nm CMOS process, the proposed sensor achieves 27.78mKLSB while consuming 32μW in 152us conversion time. This corresponds resolution figure-of-merit(FoM) of 5pJ∙ K2. It also achieves inaccuracy of -0.83/+1.31℃(3σ) with 2-point calibration and 3rd order polynomial fitting, over wide temperature range (from -60℃ to 160℃) while occupying 2942μm2 small area. ©2025 Haseong Song ALL RIGHTS RESERVED MS/EC 20231138