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在数字化需求日益增长的信息化时代,高稳定度频率源在电子通信技术和市场的高速发展下变得愈加重要,而石英晶体谐振器产生的频率源在稳定性方面具有明显优势。在工程实践中发现,当环境温度发生较大改变时,电子设备的频率源精确度受到影响,甚者导致设备故障,主要是由于石英晶体谐振器谐振频率会随温度的变化而改变,称此特性为频率温度特性,为了消除环境温度大范围变化对频率源精确度的影响,需要对石英晶体振荡器进行温度补偿,设计内部温度补偿网络产生相应的补偿电压来调节谐振频率,减小其谐振输出频率的偏移,从而改善其频率温度特性。论文针对石英晶体振荡器的温度补偿设计了高精度低功耗温度传感器。论文研究并设计了基于电阻的CMOS温度传感器,电路由感温模块、连续时间相控Σ-Δ模数转换电路组成。采用RC谐振滤波器作为温度感应电路,当输入信号频率为滤波器的工作频率时,温度的变化线性改变了电阻的阻值,进而产生与温度变化线性相关的相移。所设计的感温模块,在-45℃到85℃的测温范围内,产生的总相移为11°。研究了感温模块电路在工业温度范围内变化时的系统误差,分别为相移的非线性误差值0.035℃和系统电阻热噪声造成的温度误差0.216℃。使用连续时间相控Σ-Δ调制器对完成解调的相移模拟量进行数字转换,通过调制器特有的过采样技术和噪声整形技术,降低了带宽内量化噪声和其他噪声的功率。连续时间相控Σ-Δ调制器的设计包括在MATLAB和Verilog-A中两次行为级仿真,在MATLAB中完成了离散时间的噪声传递函数设计、调制器结构选择、非理想因素分析等工作,其信噪比为94.1dB;在Verilog-A中完成了离散时间调制器到连续时间调制的转换验证,其信噪比为89.8dB。完成了晶体管级电路设计,主要电路包括低电压带隙基准源、全差分两级运算放大器、恒定跨导放大器和比较器。电路采用1.2V的电源电压供电,在65nmCMOS工艺中完成后仿真,在-40℃-85℃的测温范围,5ms的转换时间内,温度传感器的温度误差可达到±0.25℃的精度,电路的功耗为0.096mW,芯片面积为1150μm?650μm,可应用在石英晶体振荡器频率基准的温度补偿中。