一种抗γ瞬时辐照效应的LDO电路拓扑结构制造技术

本发明专利技术一种抗γ瞬时辐照效应的LDO电路拓扑结构，包括电压基准、误差放大器、输出驱动电路、PMOS功率调整管P1、NMOS晶体管N1和反馈电阻；电压基准与误差放大器反相端连接，误差放大器的输出端与输出驱动电路的输入端连接，输出驱动电路的输出端与PMOS功率调整管P1栅极连接，PMOS功率调整管P1源极与输入节点V

【技术实现步骤摘要】
一种抗
γ
瞬时辐照效应的LDO电路拓扑结构


[0001]本专利技术属于电子元器件抗辐照加固
，涉及电源管理集成电路抗γ瞬时辐照效应能力的提高和电路加固拓扑结构，具体为一种抗γ瞬时辐照效应的LDO电路拓扑结构。

技术介绍

[0002]核爆产生的γ射线脉冲(γ剂量率)会对处于核辐射环境中的电子元器件造成半永久或永久性的损伤甚至失效。辐照损伤机理是：在γ射线脉冲(γ剂量率)的辐照下，电子元器件内部的反偏PN结会产生瞬时光电流；当这种电流足够大时，就会产生瞬时辐照效应，从而导致电子元器件的辐照损伤，进而引起电子系统的瞬时扰动或永久性损伤。国内外文献研究表明：为提高双极型电子元器件抗γ瞬时辐照效应能力，陆续提出了二极管分流、二极管箝位、负反馈分流和射极电阻负反馈等电路拓扑结构，用以限制γ瞬时辐照效应引发的光电流。由于上述这些拓扑结构主要是针对双极集成电路提出的，所以对CMOS集成电路来说就不是很适合了。低压差线性调整器(Low
‑
Dropout regulator，LDO)因具有精度高、纹波小、低功耗和使用简单等优点而广泛应用于各种电子设备和电子系统中。早期的LDO采用双极工艺设计，但随着微电子技术的发展，CMOS工艺已经成为集成电路产品设计的主流工艺。高性能的LDO采用CMOS工艺也是主流，所以研究提高基于CMOS工艺设计的LDO电路的抗γ瞬时辐照效应的电路拓扑结构就非常必要了。
[0003]在γ瞬时高剂量率辐照下，CMOS器件内部会产生二次光电流。这是由于隔离结的光电流上升，使源结或漏结达到正向偏压，从而引起寄生的纵向晶体管导通所致。在这样的情况下，初始光电流得到放大。这种放大了的电流为二次光电流。它会引起电源电流发生突变。所以，基于CMOS工艺设计的集成电路的γ瞬时辐照效应通常主要有：瞬时扰动、闩锁和烧毁。由于先进CMOS工艺均采取了防闩锁的工艺措施，再加上在版图设计上进行抗辐照加固设计，所以现在基于CMOS工艺设计的集成电路在经受γ瞬时辐照时，已经很少出现闩锁效应，γ瞬时辐照效应主要表现为电压瞬时扰动。对多个品种的基于CMOS工艺设计的LDO电路进行γ瞬时辐照试验结果也表明：在瞬时辐照过程中，LDO的输出电压在辐照瞬间发生扰动，扰动时间持续约几百微秒到几毫秒，之后输出电压逐渐稳定，但功能不正常；电源电流也同时发生扰动变化；电路断电后再重新上电后，功能恢复正常，未观测到闩锁现象及永久性损伤。现实的问题是，当LDO作为板级电源时，这种长达几百微秒甚至毫秒级的波动会对它所带的负载产生不良影响，最终可能会导致电子设备灾难性失效，所以需要减小高性能LDO在经受γ瞬时辐照时的扰动幅度和辐照后的输出电压恢复时间。

技术实现思路

[0004]针对现有基于双极工艺的抗γ瞬时辐照效应加固电路拓扑结构无法解决基于CMOS工艺设计的LDO电路的γ瞬时辐照效应问题，本专利技术提出了一种抗γ瞬时辐照效应的LDO电路拓扑结构，能够有效减少基于CMOS工艺设计的LDO的输出电压在经受γ瞬时辐照时
的扰动幅度和辐照后的输出电压恢复时间。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种抗γ瞬时辐照效应的LDO电路拓扑结构，包括电压基准、误差放大器、输出驱动电路、PMOS功率调整管P1、NMOS晶体管N1和反馈电阻；
[0007]电压基准与误差放大器的反相端连接，误差放大器的输出端与输出驱动电路的输入端连接，输出驱动电路的输出端与PMOS功率调整管P1栅极连接，PMOS功率调整管P1源极与输入节点V
IN
连接，PMOS功率调整管P1漏极与输出节点V
OUT
连接，NMOS晶体管N1栅极与输入节点V
IN
连接，NMOS晶体管N1漏极与输出节点V
OUT
连接，NMOS晶体管N1源极通过反馈电阻与误差放大器的正相端连接。
[0008]优选的，反馈电阻包括反馈电阻R1和反馈电阻R1；NMOS晶体管N1源极与反馈电阻R1一端连接，反馈电阻R1另一端与反馈电阻R2一端及误差放大器的正相端连接，反馈电阻R2另一端接地。
[0009]优选的，还包括用于补偿PMOS功率调整管P1栅极光电流的电路拓扑结构。
[0010]进一步的，所述用于补偿PMOS功率调整管P1栅极光电流的电路拓扑结构包括PMOS晶体管P2、NMOS晶体管N2、晶体管Q1、电阻R3和电阻R4；
[0011]PMOS晶体管P2源极和电阻R3的一端均与输入节点V
IN
连接，PMOS晶体管P2栅极与电阻R3另一端、电阻R4一端及NMOS晶体管N2源极连接，PMOS晶体管P2漏极与NMOS晶体管N2漏极及PMOS管P1栅极连接，晶体管Q1发射极与电阻R3另一端、PMOS管P1栅极、电阻R4一端及NMOS晶体管N2源极连接，晶体管Q1基极与电阻R4另一端连接，晶体管Q1集电极接地，NMOS晶体管N2栅极接地。
[0012]进一步的，PMOS晶体管P2的漏极面积和NMOS晶体管N2的漏极面积相等。
[0013]进一步的，PMOS晶体管P2与NMOS晶体管N2的栅极长度相等，宽度比为2：1。
[0014]进一步的，PMOS晶体管P2与PMOS功率调整管P1的栅极长度相等，宽度比为1：10。
[0015]进一步的，NMOS晶体管N2与NMOS晶体管N1的栅极长度相等，宽度比为1：10。
[0016]优选的，PMOS功率调整管P1的漏极面积和NMOS晶体管N1的漏极面积相等。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0017]本专利技术提出了一种新颖的适用于基于CMOS工艺设计的LDO电路或结构类似电路的电源管理集成电路的抗γ瞬时辐照电路拓扑结构，其在经典LDO电路的输出反馈电阻和输出之间增加了一个补偿PMOS功率调整管光电流的NMOS管，PMOS功率调整管P1在γ瞬时辐照效应中产生的光电流是流出输出节点V
OUT
的，而NMOS晶体管N1在γ瞬时辐照效应中产生的光电流是流入输出节点V
OUT
的，所以当总的PMOS功率调整管P1和NMOS晶体管N1的漏极光电流接近匹配时，γ瞬时辐照效应引起的瞬时输出电压可以大幅度减小，有效减少基于CMOS工艺设计的LDO的输出电压在经受γ瞬时辐照时的扰动幅度和辐照后的输出电压恢复时间。本专利技术电路拓扑结构简单，设计合理，能够抗γ瞬时辐照效应。本专利技术提出的抗γ瞬时辐照效应的电路拓扑结构可以应用于任何基于CMOS工艺设计的LDO电路的抗γ瞬时辐照效应的加固设计，从而使得本专利技术具有较大的实用价值。
[0018]进一步的，本专利技术在PMOS功率调整管的栅极增加了一个光电流栅极补偿电路拓扑，当γ瞬时辐照效应中产生光电流达到一定量级时，晶体管Q1开启，拉低PMOS晶体管P2栅极电位，其输出为高，提高了PMOS功率调整管P1栅极电位，减小其输出电流，从而大幅度减
小了因γ瞬时辐照效应引起的瞬时输出电压扰动幅度，进一步减少基于C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗γ瞬时辐照效应的LDO电路拓扑结构，其特征在于，包括电压基准、误差放大器、输出驱动电路、PMOS功率调整管P1、NMOS晶体管N1和反馈电阻；电压基准与误差放大器的反相端连接，误差放大器的输出端与输出驱动电路的输入端连接，输出驱动电路的输出端与PMOS功率调整管P1栅极连接，PMOS功率调整管P1源极与输入节点V
IN
连接，PMOS功率调整管P1漏极与输出节点V
OUT
连接，NMOS晶体管N1栅极与输入节点V
IN
连接，NMOS晶体管N1漏极与输出节点V
OUT
连接，NMOS晶体管N1源极通过反馈电阻与误差放大器的正相端连接。2.根据权利要求1所述的抗γ瞬时辐照效应的LDO电路拓扑结构，其特征在于，反馈电阻包括反馈电阻R1和反馈电阻R1；NMOS晶体管N1源极与反馈电阻R1一端连接，反馈电阻R1另一端与反馈电阻R2一端及误差放大器的正相端连接，反馈电阻R2另一端接地。3.根据权利要求1所述的抗γ瞬时辐照效应的LDO电路拓扑结构，其特征在于，还包括用于补偿PMOS功率调整管P1栅极光电流的电路拓扑结构。4.根据权利要求3所述的抗γ瞬时辐照效应的LDO电路拓扑结构，其特征在于，所述用于补偿PMOS功率调整管P1栅极光电流的电路拓扑结构包括PMOS晶体管P2、NMOS晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智，于洪波，陈泽强，姚思远，葛梅，吴嘉琪，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：