一种总剂量效应检测电路制造技术

一种总剂量效应检测电路，属于电力电子技术领域。包括检测阵列和编码器，检测阵列包括多个基本检测单元；基本检测单元包括检测模块，检测模块利用输入接地的反相器结构进行检测；基本检测单元的输出端连接检测模块的输出端并输出基本检测单元的输出信号，通过设置各个检测模块中构成反相器的MOS管的尺寸来设置各个基本检测单元输出信号的翻转剂量点；编码器的输入信号为各个基本检测单元的输出信号，其输出信号作为总剂量效应检测电路的输出信号。本发明专利技术提出的总剂量检测电路能够对不同大小的辐射剂量进行检测，检测范围宽，具有结构简单、版图面积小、普适性强的特点；本发明专利技术适用于普通集成电路工艺，工艺选择更灵活，应用场合范围更广。

【技术实现步骤摘要】
一种总剂量效应检测电路
本专利技术属于电力电子
，涉及一种总剂量效应检测电路。
技术介绍
在航空航天或核实验等领域的应用环境中，集成电路始终暴露在辐射环境中。辐射环境具有大量的不同种类的高能粒子和射线，会对集成电路造成总剂量效应、电离损伤以及单粒子效应等。这些效应会使集成电路的性能衰退甚至失效。对于模拟集成电路，尤其是使用较大线宽的功率集成电路，总剂量效应是使其失效的主要原因。对模拟集成电路来说，总剂量效应是指半导体材料在辐射期间会吸收并累积辐射剂量，这些辐射剂量会改变半导体器件的电荷分布，进而对器件的电学特性产生影响。因此，对集成电路进行总剂量效应的检测是非常有必要的。该检测结果可被用于集成电路的抗辐射加固和抗辐射性能评估等领域。这一总剂量效应检测电路的设计需求是：1)能够对集成电路受辐射的剂量累积大小即总剂量效应进行检测；2)易于集成，能够集成在普通工艺中，并且其输出信号能被便捷地采集和处理。现有的成熟的辐射检测设备主要有盖格计数器、热释光剂量计、光电二极管等，这些检测设备多用于某一环境的辐射强度检测，无法用于集成电路总剂量检测。针对集成电路的检测，在文章中有一些报道，它们的基本原理是半导体器件的阈值电压在辐射环境下会产生变化，其基本的拓扑结构是差分放大器、基准电路等。这些电路的结构往往比较复杂，且需要额外的偏置电路。复杂的电路结构在辐射环境下容易引入更多的误差，影响电路的检测精度。
技术实现思路
针对总剂量效应检测电路的设计需求和现有的总剂量检测电路存在的结构复杂和误差问题，本专利技术提出一种总剂量效应检测电路，该电路的特点是：1)能对集成电路的总剂量效应进行检测，检测范围宽；2)能够在普通工艺中集成；3)结构简单，易于实现且不需要额外的偏置结构。本专利技术的技术方案为：一种总剂量效应检测电路，包括检测阵列和编码器，所述检测阵列包括多个基本检测单元；所述基本检测单元包括检测模块，所述检测模块包括第一NMOS管和第一PMOS管，第一PMOS管的栅极连接第一NMOS管的栅极和源极并接地，其源极连接电源电压，其漏极连接第一NMOS管的漏极并作为所述检测模块的输出端；所述基本检测单元的输出端连接所述检测模块的输出端并输出所述基本检测单元的输出信号，通过设置各个所述检测模块中第一NMOS管或第一PMOS管的尺寸来设置各个所述基本检测单元输出信号的翻转剂量点；所述编码器的输入信号为各个所述基本检测单元的输出信号，其输出信号作为所述总剂量效应检测电路的输出信号。具体的，所述基本检测单元还包括接在所述检测模块的输出端和所述基本检测单元的输出端之间的驱动能力增强模块，所述驱动能力增强模块包括多个串联的反相器。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的总剂量检测电路能够对不同大小的辐射剂量进行检测，检测范围宽；易于在普通工艺中集成；结构简单，不需要额外的偏置结构。附图说明图1为本专利技术提出的一种总剂量效应检测电路的整体结构示意图。图2为本专利技术提出的一种总剂量效应检测电路中基本检测单元的结构示意图。图3为本专利技术提出的一种总剂量效应检测电路中检测模块的结构示意图。具体实施方式本专利技术的附图用来提供对专利技术的进一步理解，本专利技术的实施例及其说明用于解释本专利技术，下面结合附图和具体实施例详细描述本专利技术的工作原理。本专利技术提出的一种总剂量效应检测电路如图1所示，包括检测阵列和对检测阵列输出信号进行处理的编码器模块，检测阵列包括多个基本检测单元，各个基本检测单元统一电源和地电位，各个基本检测单元的输出信号分别为Vsensei(i＝1……n)，n为正整数；编码器模块对各个基本检测单元的结果Vsensei(i＝1……n)进行编码输出，便于后续电路的应用。基本检测单元是总剂量检测电路的基本结构，可以对预设的某一剂量大小进行检测，由该基本检测单元构成的检测阵列可以对不同大小的剂量进行检测。基本检测单元包括检测模块，如图3所示是检测模块的结构示意图，单个检测模块包括第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1，第一PMOS管MP1的栅极连接第一NMOS管MN1的栅极和源极并作为检测模块的地端口(GND端口)接地，其源极作为检测模块的电源端口(VDD端口)连接电源电压VDD，其漏极连接第一NMOS管MN1的漏极并作为检测模块的输出端，检测模块的输出端口标记为X，第一NMOS管MN1的衬底接地，第一PMOS管MP1的衬底连接电源电压VDD。如图3所示，检测模块的本质是一个由第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1构成的输入接地的反相器。在正常情况下，由于输入接地，该检测模块的输出为高电位。检测模块受到辐射产生总剂量效应后，第一NMOS管MN1内会产生寄生的泄流沟道，泄漏电流随着辐射剂量的不断累积逐渐增大，当第一NMOS管MN1的泄漏电流大于第一PMOS管MP1的工作电流时，该检测模块的输出信号由高电位翻转为低电位。第一PMOS管MP1的尺寸越大，该检测模块越难翻转，即需要更大的辐射剂量累积。因此，第一PMOS管MP1的尺寸可以确定该检测模块的翻转点，从而确定该基本检测单元的翻转点。同理MN1管的尺寸也可以确定该基本检测单元的翻转点。由不同尺寸的第一PMOS管MP1或第一NMOS管MN1构成的检测单元阵列，可以实现对不同大小的辐射剂量进行检测。每个基本检测单元中，检测模块的输出信号可以直接作为基本检测单元的输出信号；一些实施例中为了增强检测模块输出信号的驱动能力，可以在每个基本检测单元中设置驱动能力增强模块接在检测模块的输出端和基本检测单元的输出端之间，将检测模块的输出信号经过驱动能力增强模块增强驱动后再作为基本检测单元的输出信号。驱动能力增强模块包括多个串联的反相器，如图2所示给出了两级反相器构成的驱动能力增强模块的示意图，包括第三PMOS管MP3和第三NMOS管MN3构成的第一级反相器、以及第二PMOS管MP2和第二NMOS管MN2构成的第二级反相器。第三PMOS管MP3的源极和衬底接电源VDD，第三PMOS管MP3的漏极接MN3的漏极，第三PMOS管MP3的栅极和MN3的栅极接检测模块的输出端口X，第三NMOS管MN3的源极和衬底接地。第二PMOS管MP2的源极和衬底接电源VDD，第二PMOS管MP2的漏极接第二NMOS管MN2的漏极并作为驱动能力增强模块的输出端连接基本检测单元的输出端，第二PMOS管MP2的栅极和第二NMOS管MN2的栅极接第三PMOS管MP3和第三NMOS管MN3的漏极，第二NMOS管MN2的源极和衬底接地。驱动能力增强模块中的第三PMOS管MP3、第三NMOS管MN3和第二PMOS管MP2、第二NMOS管MN2是串接的反相器，用来提高检测模块输出信号的驱动能力。编码器的输入为各基本检测单元的输出信号(Vsensei(i＝1……n))，编码器输出信号即为总剂量效应检测电路的输出，根据每个基本检测单元输出是否翻转得到对应的编码值，再与预设的对应表比较获得编码代表的辐射大小信息。本专利技术的工作原理和工作过程为：将本专利技术提出的总剂量效应检测电路应用于辐射剂量检测时，每个基本检测单元中检测模块受到的辐射相同，但由于每个检测模块中第一NMOS管或第一PMOS管的尺寸设计不同，使得每个检测模块在辐射下会有不同表现，即各个检测模块的输出信号会在不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种总剂量效应检测电路，其特征在于，包括检测阵列和编码器模块，所述检测阵列包括多个基本检测单元；所述基本检测单元包括检测模块，所述检测模块包括第一NMOS管和第一PMOS管，第一PMOS管的栅极连接第一NMOS管的栅极和源极并接地，其源极连接电源电压，其漏极连接第一NMOS管的漏极并作为所述检测模块的输出端；所述基本检测单元的输出端连接所述检测模块的输出端并输出所述基本检测单元的输出信号，通过设置各个所述检测模块中第一NMOS管或第一PMOS管的尺寸来设置各个所述基本检测单元输出信号的翻转剂量点；所述编码器模块的输入信号为各个所述基本检测单元的输出信号，其输出信号作为所述总剂量效应检测电路的输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种总剂量效应检测电路，其特征在于，包括检测阵列和编码器模块，所述检测阵列包括多个基本检测单元；所述基本检测单元包括检测模块，所述检测模块包括第一NMOS管和第一PMOS管，第一PMOS管的栅极连接第一NMOS管的栅极和源极并接地，其源极连接电源电压，其漏极连接第一NMOS管的漏极并作为所述检测模块的输出端；所述基本检测单元的输出端连接所述检测模块的输出端并输出所述基本检测单元的输出信号，通过设...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗萍，凌荣勋，周枭，蒋鹏凯，吴昱操，肖皓洋，李博，王强，甄少伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51