1. ISTCMTM
  2. Всі випуски
  3. Volume 86, no.4, 2025
  4. АНАЛІЗ СТАБІЛЬНОСТІ CMOS-СЕНСОРА ТЕМПЕРАТУРИ ПРИ ВАРІАЦІЯХ ТЕМПЕРАТУРИ ТА ЖИВЛЕННЯ

АНАЛІЗ СТАБІЛЬНОСТІ CMOS-СЕНСОРА ТЕМПЕРАТУРИ ПРИ ВАРІАЦІЯХ ТЕМПЕРАТУРИ ТА ЖИВЛЕННЯ

ISTCMTM.
2025;
Випуск 86(4), Номер 4
: 26-32
https://doi.org/10.23939/istcmtm2025.04.026
Автори:
  1. Oleksandr Maliuk
  2. Volodymyr Martyniuk
1
Vinnytsia National Technical University
2
Vinnytsia National Technical University

У роботі розглянуто проблему стабільності CMOS-сенсорів температури при варіаціях
температури та напруги живлення. Виконано критичний аналіз існуючих методів (SPICE-
моделювання, PTAT/CTAT-моделі, Монте-Карло аналіз, калібрування, статистичні
підходи) та визначено їхні обмеження, зокрема недостатнє врахування нелінійних ефектів,
шумів і багатофакторного впливу зовнішніх умов. Запропоновано математичну модель з
урахуванням лінійних, квадратичних та змішаних залежностей, що дозволяє кількісно
оцінити чутливість і стабільність сенсора. Отримані результати мають практичне значення
для створення високонадійних CMOS-сенсорів у промислових, автомобільних та
авіаційних застосуваннях.

Сенсорні елементи; температурна чутливість; нормована похибка; багатоточкова калібровка; моделювання; статистичний аналіз; компенсація нелінійностей; надійність вимірювань.
  1. Chen, C.-C.,  Chen, C.-L.,  Chu, Y.-C.,  &  Lin, G.-Y.(2023). An Area-Effective High-Resolution All-Digital CMOS  Time-Domain  Smart  Temperature Sensor. Circuits,                                      Systems,            and            Signal Processing. https://doi.org/10.1007/s00034-023-02507-y
  2. Chen, C.-C., Chen, C.-L., Fang, W., & Chu, Y.-C. (2020).All-Digital CMOS Time-to-Digital Converter With Temperature-Measuring Capability. IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, 28(9), 2079–2083. https://doi.org/10.1109/tvlsi.2020.3007587
  3. El-Zarif, N., Amer, M., Ali, M., Hassan, A., Oukaira, A., Fa- yomi, C. J. B., & Savaria, Y. (2024). Calibration of ring oscil- lator-based integrated temperature sensors for power mana- gement systems. Sensors, 24(2), 440. https://doi.org/10.3390/ s24020440
  4. Jain, A., Jiang, H., Pochet, C., & Hall, D. A. (2021). A 310 nw temperature sensor achieving 9.8 mk resolution using a dfll-based readout circuit. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, 1.-https://doi.org/ 10.1109/tcsii.2021.3106265
  5. Khabay, A.,             Baktybayev, M.,             Ibekeyev, S., Sarsenbayev, N., Junussov, N., & Zhumakhan, N. (2024). Improvement of fiber optic sensor measurement methods for temperature and humidity measurement in microelectronic circuits. Eastern-European Journal of Enterprise   Technologies, 3(5   (129)),    36–44. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.306711
  6. Peng, H. (2023). High performance low power CMOS temperature sensor. Journal of Computational Methods in Sciences and Engineering, 23(6), 3447–3460. https://doi.org/ 10.3233/jcm-237012
  7. Qian, F., Li, Y., Zhang, X., Xi, J., & He, L. (2022). An all-digital CMOS temperature sensor with a wide supply voltage range. IEICE Electronics Express. https://doi.org/ 10.1587/elex.19.20220280
  8. Rinaldi, N., Liguori, R., May, A., Rossi, C., Rommel, M., Rubino, A., Licciardo, G. D., & Di Benedetto, L. (2023). A 4H-SiC CMOS Oscillator-Based Temperature Sensor Operating from 298 K up to 573 K. Sensors, 23(24), 9653. https://doi.org/10.3390/s23249653
  9. Stancu, C., Neacsu, A., Profirescu, O., Dobrescu, D., & Dobrescu, L. (2023). Temperature and power supply com- pensated CMOS clock circuit based on ring oscillator. Electronics, 12(3), 507. https://doi.org/10.3390/ electronics12030507
  10. Tolić, I. P., Kleinschuster, M., Schatzberger, G., Mandić, T., & Barić, A. (2025). Smart temperature sensor using ring oscillators and all-igital sigma-delta modulator in 180 nm technology. International Journal of Circuit Theory and Applications. https://doi.org/10.1002/cta.4549
  11. Tolic, I. P., Schatzberger, G., & Baric, A. (2022). Ring oscillator based smart temperature sensor using all-digital sigma-delta modulator. 2022 austrochip workshop on microelectronics (austrochip). IEEE. https://doi.org/ 10.1109/austrochip56145.2022.9940813
  12. Wei, R., & Bao, X. (2018). A low power energy-efficient precision CMOS temperature sensor †. Micromachi- nes, 9(6), 257. https://doi.org/10.3390/mi9060257
  13. Xie, L., Liu, J., Wang, Y., & Wen, G. (2014). A low-power CMOS smart temperature sensor for RFID application. Journal of Semiconductors, 35(11), 115002. https://doi.org/10.1088/1674-4926/35/11/115002
  14. Xu, Z., Zhang, X., Chen, S., Cheong, J., & Yao, L. (2023). A temperature-to-frequency converter-based on-chip tem- perature sensor with an inaccuracy of +0.65 °C/−0.49 °C. Sensors, 23(11), 5169. https://doi.org/10.3390/s23115169