1、 PDF外文：http:/ 附录 A 译文 一种用于 CMOS 集成宽量程的电阻式气敏传感器的高精度温度控制系统 Giuseppe Ferri Vincenzo Stornelli 发行： 2005 年 10 月 22 日 / 修订： 2005 年 12 月 22 日 / 公认： 2005 年 12月 28 日 / 网上发行： 2006 年 4 月 3 日 C 施普林格商业科技媒体有限公司， 2006 年 摘要： 在这篇文章中我们提出一种适用于宽量程的电阻式气体传感器集成界面，它能够通过恒功
2、率加热器在 0 350的工作温度下加热传感器。该温度控制系统是由一个传感器加热器（设置传感器温度大约在 200温度），一个 R/f (或 R/T)转换器，即把电阻阻值转换为一段频率（或时间），且可以揭示六十年的变化（ 10K 到 10G ），和一个控制整个系统循环的数字子系统组成。该界面拥有高灵敏度和精度，并且在合适温度时有良好的稳定性，可供电漂移和低功率特性，所以它能被用于便携式电子产品。在制造的芯片上检验其测量值，其理论值和仿真结果极其一致性。 关键词： 智能传感器、 CMOS 传感器界面、电阻式气敏传感器、温度控制、低功率、 CMOS 集成电路 1
3、、简介 最近，由于传感器界面在敏感元素和电子接口方面的优势，人们对其越来越感兴趣。我们设计一个传感器界面时，最重要且须牢记的规则是：精确度，重复性，互换性，长时间稳定性，对化学和物理污染物的抵抗性，尺寸，能量 功耗，便携性。传感器研究发现，具有低功耗和良好综合能力的 联合微系统和技术公司实际有很大需求。主要应用于以下领域：环境，医学，生物技术学，自动化，消费电子产品，等等。敏感元件界面接口所用的合适集成电路工具叫做智能传感器 1-4。从这种意义讲， CMOS技术能够应用硅技术的低成本和有设计新的 低压低功耗的接口电路的可能，所以它被广泛使用。在科学界和完整的系统环境，有
4、一些气体传感器已经很完善，但其中许多都是体积大、能耗高和成本高。而且对于特殊传感器这些接口不是总是优化的。传感器操作温度的精确控制是气体监测系统的一个重要问题。事实上是加热特性对灵敏度确定和气体传感器选择是必要的。电阻式传感器可用于监测物理量，如气体，它能改变电阻的阻值。对大多数金属氧化物气体传感器，设实际上，气体工作温度是在 25和 350之间，不同于氢气和一氧化碳混合物，其在干燥空气中占 101000百分比 5-9。 在这篇文章 中提出低电压（ 1.5V）宽量程（ 10K到 10G）的 CMOS集成系统解决方案，使用热敏电阻来控制电阻式气体传感器的工作温度。接下来我们将介绍一种
5、新型的监测周围气体便携接口的一部分 温度控制系统，它是由传感器，集成电路和有用来从前端获得数据的加热和逻辑控制模块的温度控制系统组成。在这里提出了一种新的芯片制造尺寸测试。他们已经证实了单独模块和整个系统本身优异的终合性能。 2、温度控制系统架构 拟议温度控制时利用加热电路来执行，这里是控制阻值大小来实现（见图 1）。当前 （或更普遍的）传递到加热器电阻的电源必须能够保证温度一直保持不变。由于逻辑块的存在这项任务很容易，因为利用温度做阻值和频率（ R/F）之间转换（在第 3 部分介绍），测量和阻力的控制。适当的控制逻辑计算频率（和，因此，电阻），并生成一种反馈信号保持在
6、所需的温度传感器，所以加热器电阻的输入功率由数字子系统进行电控。作为热敏传感器存在的温度控制因与传感器相匹配的第二阻值而被简化了。如此无干扰控制传感器的温度是由可能的。该解决方案已被证明是更有趣的和负担得起的考虑 1.5 V 可用的电源电压。温度控制电路，显示了一个 60 兆瓦的电力消耗，使整个系统可以被认为适合于便携式应用10， 11。 逻辑块被分为两个独特的子模块，模拟和数字模块，如图 2 所示。 R/f (R/T)转换器产生周期与热敏电阻 sensR 阻值成正比的方波信号。数字计数器的指定时间窗口的使用取决于几个因素，譬如分辨率和热敏电阻 sensR 的灵敏度。
7、关于模拟和数字这两独特的模块的法则和细节将在一下章节中介绍。 图 1. 拟议的界面温度控制系统 图 2. 温度控制系统基本结构 3、阻值和周期的转换 以揭示阻值大的变化，阻值和周期 (R/T)或频率 (R/f)的转换时必要的 12。这样在早先的文章提到当存在大阻值变化时使用 CMOS 移相器是没有必要的且不适用的 10-11。图 3 说明了拟议 R/T(R/f)界面在基本模块层次的原理。原先的电路 13在简化，线性度和工作范围方面已经有所修改和完善。而且，在国内已经以标准的 CMOS 技术来在晶体管内部设计它（见第三节） 14。在 VOUT 输出节点 振荡周期 T 与 sensR 值成正比。图 3 所提及 的流过 sensR 的恒定电流给电容 C 充电或放电。在积分电路中，如果inpV是输入电压，则有：
