Design and layout of a novel temperature sensor in CMOS SOI technology

Melexis NV è un'azienda fabless che sviluppa circuiti integrati, principalmente per l'industria automobilistica. I loro chip includono sensori di temperatura integrati che operano in un'ampia gamma di temperature. Tuttavia, soffrono di una scarsa linearità che induce elevati costi di calibrazione. Lo scopo della mia tesi di Master è stato quello d'implementare un nuovo sensore di temperatura su un chip CMOS SOI di recente sviluppo, al fine di ridurre questi costi. Il Prof. Choo ha sviluppato un circuito Charge-Injection Cell (CIC) per l'implementazione di un Analog-to-Digital Converter (ADC). La sua risposta in uscita mostra una dipendenza lineare alla temperatura. Dopo aver compreso il principio di funzionamento del circuito, sono state eseguite simulazioni utilizzando la piattaforma di progettazione di sistema Virtuoso di Cadence. È stata sviluppata una versione del circuito differenziale per compensare l'impatto delle variazioni di alimentazione. Il layout è stato realizzato con Virtuoso Layout Suite XL di Cadence. Il nostro sensore di temperatura è stato progettato per essere estremamente compatto, raggiungendo un ingombro di 1824 μm² e consumando solo 3 pJ di energia per ogni misura. Ha dimostrato ottime prestazioni in simulazione, raggiungendo un'imprecisione 6σ di solamente ± 10°C dopo una calibrazione a singolo punto e di soli ± 3,6°C dopo una calibrazione a due punti e alcune correzioni digitali. Durante la mia tesi di Master sono stati ottenuti risultati molto interessanti, ma sono necessari ulteriori studi per sviluppare un sistema adatto al settore automobilistico. Il nostro sensore di temperatura dovrebbe essere inserito in un chip di prova in un futuro prossimo in modo da verificarne le prestazioni effettive prima d'integrarlo in prodotti commerciali.