成果展示
微電子所在“熱電堆傳感器配套芯片”項(xiàng)目中取得顯著成果
由中國(guó)科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心（十室）牽頭，專用集成電路與系統(tǒng)研究室（二室）混合信號(hào)模擬IP團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的“熱電堆傳感器配套芯片”課題，近日完成熱電堆模擬前端及高精度溫度傳感器芯片測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，芯片在功能和性能上均達(dá)到較高水平，是目前國(guó)內(nèi)首款針對(duì)熱電堆應(yīng)用的高性能專用集成電路芯片。
近年來(lái)隨著紅外傳感技術(shù)的不斷進(jìn)步，采用微機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)制作的非致冷熱電堆紅外探測(cè)器以其能耗低，重量輕，體積緊湊、開(kāi)機(jī)預(yù)熱時(shí)間短和成本低等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注。且因其制作工藝與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，易于與外圍信號(hào)處理電路進(jìn)行單片集成等特點(diǎn)，更是成為了工業(yè)界和科研單位研究的熱點(diǎn)。
在二室主任黑勇研究員的規(guī)劃指導(dǎo)下，由胡曉宇副研究員、范軍、陳鋮穎組成的模擬IP項(xiàng)目組對(duì)熱電堆外圍配套芯片關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，在本課題中成功完成了低噪聲低失調(diào)模擬前端以及高精度溫度傳感器的芯片研發(fā)。測(cè)試結(jié)果表明，該芯片性能達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平。其中低噪聲低失調(diào)模擬前端采用斬波技術(shù)，包括低噪聲低失調(diào)運(yùn)算放大器以及高精度Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器。測(cè)試結(jié)果顯示，該芯片有效檢測(cè)精度達(dá)到9bit，在-40~125℃溫度范圍內(nèi)，模擬前端放大增益線性度變化僅為4.5％。在高精度溫度傳感器設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目組充分考慮了運(yùn)算放大器失調(diào)、BJT失配、電流鏡失配、BJT工藝誤差、后端量化電路失調(diào)等非理想因素，采用離散時(shí)間的工作方式，結(jié)合分時(shí)平均的控制測(cè)量思路，結(jié)合BJT增益非線性校正、器件失配校正等技術(shù)，最終完成了設(shè)計(jì)。通過(guò)溫箱測(cè)試，該溫度傳感器在20～125 ℃范圍內(nèi)，檢測(cè)精度控制在±0.1℃以內(nèi)。
目前，項(xiàng)目組重點(diǎn)突破了部分低噪聲、低失調(diào)模擬前端關(guān)鍵技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步探索高性能熱電堆傳感器單芯片集成技術(shù)，為開(kāi)展高性能的紅外傳感器配套芯片研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化奠定了良好的基礎(chǔ)。
熱電堆模擬前端芯片及有效精度測(cè)試結(jié)果
高精度溫度傳感器芯片