A Fully-Integrated 71 nW CMOS Temperature Sensor for Low Power Wireless...

A  Fully-Integrated  71  nW  CMOS  Temperature  Sensor  for  Low  Power  Wireless  Sensor  Nodes

作者：Seokhyeon  Jeong,  Zhiyoong  Foo,  Yoonmyung  Lee,  Jae-Yoon  Sim,  David  Blaauw,  Dennis  Sylvester

摘要：We  propose  a  fully-integrated  temperature  sensor  for  battery-operated,  ultra-low  power  microsystems.  Sensor  operation  is  based  on  temperature  independent/dependent  current  sources  that  are  used  with  oscillators  and  counters  to  generate  a  digital  temperature  code.  A  conventional  approach  to  generate  these  currents  is  to  drop  a  temperature  sensitive  voltage  across  a  resistor.  Since  a  large  resistance  is  required  to  achieve  nWs  of  power  consumption  with  typical  voltage  levels  (100  s  of  mV  to  1  V),  we  introduce  a  new  sensing  element  that  outputs  only  75  mV  to  save  both  power  and  area.  The  sensor  is  implemented  in  0.18  μm  CMOS  and  occupies  0.09  mm²  while  consuming  71  nW.  After  2-point  calibration,  an  inaccuracy  of  ＋1.5℃/-1.4℃  is  achieved  across  0℃  to  100°C.  With  a  conversion  time  of  30  ms,  0.3  °C  (rms)  resolution  is  achieved.  The  sensor  does  not  require  any  external  references  and  consumes  2.2  nJ  per  conversion.  The  sensor  is  integrated  into  a  wireless  sensor  node  to  demonstrate  its  operation  at  a  system  level.