液氮温区集成式数字温度传感器设计

张昌锋; 毛文彪; 张济清; 郭强; 钟昇佑; 姚立斌

doi:10.3788/IRLA201847.0422003

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液氮温区集成式数字温度传感器设计

张昌锋, 毛文彪, 张济清, 郭强, 钟昇佑, 姚立斌

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张昌锋, 毛文彪, 张济清, 郭强, 钟昇佑, 姚立斌. 液氮温区集成式数字温度传感器设计[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(4): 422003-0422003(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0422003

引用本文:

Zhang Changfeng, Mao Wenbiao, Zhang Jiqing, Guo Qiang, Zhong Shengyou, Yao Libin. Design of integrated digital temperature sensor for liquid nitrogen temperature[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(4): 422003-0422003(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0422003

Citation:

Zhang Changfeng, Mao Wenbiao, Zhang Jiqing, Guo Qiang, Zhong Shengyou, Yao Libin. Design of integrated digital temperature sensor for liquid nitrogen temperature[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(4): 422003-0422003(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0422003

液氮温区集成式数字温度传感器设计

doi: 10.3788/IRLA201847.0422003

1.
昆明物理研究所,云南昆明 650223

详细信息

作者简介:
张昌锋(1991-),男,工程师,硕士,主要从事混合信号集成电路设计方面的研究。Email:zcf_0526@163.com

通讯作者: 姚立斌(1968-),男,研究员,博士生导师,博士,主要从事混合信号集成电路设计方面的研究。Email:libin.yao@gmail.com

中图分类号: TN492

Design of integrated digital temperature sensor for liquid nitrogen temperature

1.
Kunming Institute of Physics,Kunming 650223,China

摘要: 温度传感器是制冷型红外焦平面探测器的重要组成部分，它用于测量探测器工作温度，其输出用于制冷机控制，从而控制探测器温度。探测器的工作温度将直接影响探测器的性能，如信噪比、探测率和盲元率等。针对传统PN结温度传感器需要模拟信号处理电路及易受电磁干扰的弊端，设计了一种基于CMOS工艺的集成式数字温度传感器，可以集成到红外焦平面探测器读出电路中，直接通过SPI接口输出数字测温值。设计的集成式数字温度传感器采用0.35 m CMOS工艺流片，芯片面积为380 m500 m（不包含PAD），在电源电压2.5 V和采样频率6.1次/s条件下，功耗为300 W，分辨率0.061 6 K。在77 K温度下输出的RMS噪声为0.148 K。测试结果表明，集成式数字温度传感器可以应用于制冷型红外焦平面探测器温度测量。
- 集成式温度传感器 /
- 制冷型红外探测器 /
- 液氮温区 /
- Sigma-Delta ADC
Abstract: The temperature sensor is one of the most important components of the cooled infrared detector assembly which measures and controls the operating temperature of the detector. Its working temperate directly affects the performance of the detector, such as SNR, detectivity and blind pixel rate. Considering that traditional PN junction temperature sensor requires complex analog signal processing and is easily affected by electromagnetic interference, a CMOS integrated digital temperature sensor was proposed. Fabricated in a 0.35 m CMOS process, the chip area of the sensor is 380 m500 m(without PAD), the proposed sensor reached the conversion speed of 6.1 times/s and consumed 300 W when the working voltage is 2.5 V. The resolution of the sensor was 0.061 6 K and RMS noise is 0.148 K@77 K. The mesurement results prove that the proposed integrated digital temperature sensor is suitable for cooled infrared detector temperature measurement.
- integrated temperature sensor /
- cooled infrared detector /
- liquid nitrogen temperature /
- Sigma-Delta ADC

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液氮温区集成式数字温度传感器设计

doi: 10.3788/IRLA201847.0422003

1. 昆明物理研究所,云南昆明 650223

作者简介:
张昌锋(1991-),男,工程师,硕士,主要从事混合信号集成电路设计方面的研究。Email:zcf_0526@163.com

通讯作者: 姚立斌(1968-),男,研究员,博士生导师,博士,主要从事混合信号集成电路设计方面的研究。Email:libin.yao@gmail.com

收稿日期: 2017-11-05
修回日期: 2017-12-03
刊出日期: 2018-04-25

中图分类号: TN492

关键词:

摘要: 温度传感器是制冷型红外焦平面探测器的重要组成部分，它用于测量探测器工作温度，其输出用于制冷机控制，从而控制探测器温度。探测器的工作温度将直接影响探测器的性能，如信噪比、探测率和盲元率等。针对传统PN结温度传感器需要模拟信号处理电路及易受电磁干扰的弊端，设计了一种基于CMOS工艺的集成式数字温度传感器，可以集成到红外焦平面探测器读出电路中，直接通过SPI接口输出数字测温值。设计的集成式数字温度传感器采用0.35 m CMOS工艺流片，芯片面积为380 m500 m（不包含PAD），在电源电压2.5 V和采样频率6.1次/s条件下，功耗为300 W，分辨率0.061 6 K。在77 K温度下输出的RMS噪声为0.148 K。测试结果表明，集成式数字温度传感器可以应用于制冷型红外焦平面探测器温度测量。