A Supply Voltage Insensitive Two-Transistor Temperature Sensor With PTAT/CTAT Outputs Based on Monolithic GaN Integrated Circuits

晶体管 集成电路 大气温度范围 光电子学 绝对零度 材料科学 电压 电气工程 物理 量子力学 工程类 热力学
作者
Ang Li,Fan Li,Kaiwen Chen,Yuhao Zhu,Weisheng Wang,Ivona Z. Mitrović,Huiqing Wen,Wen Liu
出处
期刊:IEEE Transactions on Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:38 (9): 10584-10588 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tpel.2023.3288937
摘要

The article presents a monolithically integrated temperature sensor using a two-transistor (2 T) configuration based on gallium nitride (GaN) metal–insulator–semiconductor high-electron-mobility transistors (MIS-HEMTs). By adjusting the gate size ratio of the depletion-mode (D-mode) device and enhancement-mode (E-mode) device, the output type of the sensor can be converted from proportional to absolute temperature (PTAT) and complementary to absolute temperature (CTAT). Experimental results demonstrate that the 2 T configuration achieves PTAT/CTAT output with high temperature sensitivity (PTAT/CTAT: 15.86/ $-$ 10.53 mV/ $^\circ$ C) over a wide temperature range of 25 °C–250 °C and a broad supply voltage range of 8–60 V, attributed to the superior characteristics of the GaN transistor. In addition, the integrated over-temperature protection (OTP) block based on this temperature sensor has been fabricated in the laboratory, which features a fast response time (381 ns at 150 $^\circ$ C). These results demonstrate the viability of on-chip integrated sensors in OTP circuits that are fully compatible with 48 V applications and a high-temperature environment, paving the way for the development of high-power density all-GaN smart power systems.
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