一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路

摘要

一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路，能够根据辐照剂量大小的变化输出相应的补偿电流，包括总剂量检测模块、逻辑控制模块和分段补偿电流产生模块，总剂量检测模块包含n条辐照检测剂量点不同的总剂量检测支路，每条总剂量检测支路在检测到不小于其辐照检测剂量点的辐照剂量时输出信号翻转；分段补偿电流产生模块包括与n条总剂量检测支路对应的n条补偿电流产生支路；逻辑控制模块根据n条总剂量检测支路的输出信号产生n个逻辑控制信号分别控制对应的n条补偿电流产生支路；当有i条所述总剂量检测支路的输出信号翻转时，逻辑控制模块控制对应的i条补偿电流产生支路中有至少一条补偿电流产生支路工作并产生补偿电流。

权利要求

1.一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路，其特征在于，包括总剂量检测模块、逻辑控制模块和分段补偿电流产生模块，所述总剂量检测模块包含n条辐照检测剂量点不同的总剂量检测支路，n为正整数，所述总剂量检测支路在检测到不小于其辐照检测剂量点的辐照剂量时输出信号翻转；

所述总剂量检测支路包括第一PMOS管和第一NMOS管，第一PMOS管的源极连接电源电压，其栅极连接第一NMOS管的栅极和源极并接地，其漏极连接第一NMOS管的漏极并作为所述总剂量检测支路的输出端；

所述分段补偿电流产生模块包括与所述n条总剂量检测支路对应的n条补偿电流产生支路；所述补偿电流产生支路包括与其对应的总剂量检测支路中第一PMOS管尺寸相同的第二PMOS管，第二PMOS管的源极连接电源电压，其栅极连接所述逻辑控制模块根据对应的总剂量检测支路的输出信号产生的逻辑控制信号，其漏极作为所述补偿电流产生支路的输出端；

所述逻辑控制模块根据所述n条总剂量检测支路的输出信号产生n个逻辑控制信号分别控制对应的所述n条补偿电流产生支路；

当有i条所述总剂量检测支路的输出信号翻转时，所述逻辑控制模块用于控制对应的i条补偿电流产生支路中有至少一条补偿电流产生支路工作并产生补偿电流，使得产生的补偿电流的总值尽可能接近泄漏电流，i为正整数且i∈[1，n]；

所述n条补偿电流产生支路的输出端连接所述总剂量效应加固电路的输出端。

说明书

一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路

技术领域

[0001] 本发明属于电力电子技术领域，涉及一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路。

背景技术

[0002] 在不断扩展的航天领域应用场景中，集成电路不可避免的工作在辐照环境中。辐照所引起的总剂量效应，会在MOS管的栅氧化层和场氧化层中引入额外的电子空穴对，在电场作用下，电子迁移率较高，易于漂移离开材料，而空穴容易被氧化层中的陷阱俘获，进而在氧化层中堆积。栅氧化层中堆积的电荷，会影响MOS管的阈值电压，场氧化层中堆积的电荷会引入泄流通路，使MOS管产生额外的泄漏电流。

[0003] 随着工艺技术的发展，器件特征尺寸不断缩小，栅氧化层厚度也不断缩小，总剂量效应对MOS管阈值电压的影响也随之变小。但是，场氧化层厚度并未随特征尺寸的缩小而出现大幅缩小，进而使得MOS管泄漏电流变化不大，而且该泄漏电流不受栅压控制。现有的总剂量效应加固方案，多从器件结构、工艺、版图布局布线的角度进行加固，比如STI隔离加固、Halo结构加固、基于绝缘体上硅的加固等，操作复杂且灵活性不大。

发明内容

[0004] 针对辐照引起的总剂量效应在模拟电路中产生泄漏电流的问题，本发明提出一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路，通过根据集成电路受到的辐照剂量大小的变化，输出相应的补偿电流，对待加固电路中辐照敏感的NMOS管支路进行分段补偿，进而达到加固的目的。

[0005] 本发明的技术方案为：

[0006] 一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路，包括总剂量检测模块、逻辑控制模块和分段补偿电流产生模块，

[0007] 所述总剂量检测模块包含n条辐照检测剂量点不同的总剂量检测支路，n为正整数，所述总剂量检测支路在检测到不小于其辐照检测剂量点的辐照剂量时输出信号翻转；

[0008] 所述分段补偿电流产生模块包括与所述n条总剂量检测支路对应的n条补偿电流产生支路；

[0009] 所述逻辑控制模块根据所述n条总剂量检测支路的输出信号产生n个逻辑控制信号分别控制对应的所述n条补偿电流产生支路；

[0010] 当有i条所述总剂量检测支路的输出信号翻转时，所述逻辑控制模块用于控制对应的i条补偿电流产生支路中有至少一条补偿电流产生支路工作并产生补偿电流，i为正整数且i∈[1，n]；

[0011] 所述n条补偿电流产生支路的输出端连接所述总剂量效应加固电路的输出端。

[0012] 具体的，所述总剂量检测支路包括第一PMOS管和第一NMOS管，第一PMOS管的源极连接电源电压，其栅极连接第一NMOS管的栅极和源极并接地，其漏极连接第一NMOS管的漏极并作为所述总剂量检测支路的输出端。

[0013] 具体的，所述补偿电流产生支路包括与其对应的总剂量检测支路中第一PMOS管尺寸相同的第二PMOS管，第二PMOS管的源极连接电源电压，其栅极连接所述逻辑控制模块根据对应的总剂量检测支路的输出信号产生的逻辑控制信号，其漏极作为所述补偿电流产生支路的输出端。

[0014] 本发明的工作原理为：对于待加固电路中辐照敏感的NMOS管支路，每一条辐照敏感的NMOS管支路连接一个本发明提出的总剂量效应加固电路，总剂量效应加固电路中n条辐照检测剂量点不同的总剂量检测支路用于检测当前辐照剂量，当辐照剂量不小于其中某一条或多条总剂量检测支路的辐照检测剂量点时，对应的总剂量检测支路输出翻转。而每一条总剂量检测支路都对应一个补偿电流产生支路，理论上当总剂量检测支路输出翻转时，对应的补偿电流产生支路就会产生补偿电流用于抵消泄漏电流，然而为了综合精度和效率，本发明提出了逻辑控制模块，当有多条总剂量检测支路输出翻转时，逻辑控制模块只会控制对应的多条补偿电流产生支路中有至少一条工作，且优选为产生的补偿电流最大的补偿电流产生支路。本发明针对待加固电路中辐照敏感的NMOS管支路泄漏电流问题，通过引入分段补偿电流，抵消泄漏电流的影响，进而达到抗总剂量效应的目的。

[0015] 本发明的有益效果为：对于工作于辐照环境中的模拟电路，本发明提出的基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路，能够根据辐照剂量的变化，向待加固电路中辐照敏感的NMOS管支路输出分段补偿电流，以抵消总剂量效应引起的泄漏电流，进而达到对待加固电路进行总剂量效应加固的目的；本发明还具有精确度好、灵活性高、适用性广、可分段调节的特点。

附图说明

[0016] 图1为本发明提出的一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路的整体框图。

[0017] 图2为本发明提出的一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路中总剂量效应检测模块在实施例中的一种实现结构示意图。

[0018] 图3为本发明提出的一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路中分段补偿电流产生模块在实施例中的一种实现结构示意图。

[0019] 图4为本发明提出的一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路的具体架构图。

具体实施方式

[0020] 本发明的附图用来提供对发明的进一步理解，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，下面结合附图和具体实施例详细描述本发明的工作原理。

[0021] 针对泄漏电流问题，本发明从电流分段补偿的角度，对待加固电路中辐照敏感的支路，进行抗辐照效应加固。如图1所示是本发明提出的一种基于分段电流补偿的总剂量效应加固电路的整体框图，用于实现对待加固电路中辐照敏感的NMOS管支路进行总剂量效应加固，包括总剂量检测模块、逻辑控制模块、分段补偿电流产生模块。当电路工作在辐照环境下，通过总剂量检测模块对辐照剂量进行检测，将输出翻转的总剂量检测支路的输出信号作为检测信号输出到逻辑控制模块，经逻辑处理之后，进一步地输出至分段补偿电流产生模块，产生分段补偿电流，并输出至待加固电路中辐照敏感的NMOS管支路，从而对待加固电路进行加固。

[0022] 总剂量检测模块，包括n条独立的总剂量检测支路，每条总剂量检测支路的辐照检测剂量点不同，总剂量检测支路在检测到不小于其辐照检测剂量点的辐照剂量时输出信号翻转。如图2所示给出了总剂量检测支路的一种实现形式，其主体结构是一个输入端接地的反相器，各支路的电路连接方式对应相同。以总剂量检测支路i为例，该支路中第一PMOS管MPi的源极接电源电平VDD。第一PMOS管MPi的栅极与该支路第一NMOS管MNi的栅极、源极相连，共同接至地端GND。第一PMOS管MPi的漏极与第一NMOS管MNi的漏极相连，并作为该支路的输出VDI_i传输至逻辑控制模块的对应输入端口。

[0023] 以辐照剂量超过总剂量检测支路i的辐照检测剂量点为例，辐照环境下，总剂量效应会使总剂量检测支路i的第一NMOS管MNi内开始产生寄生的泄流沟道，随着辐照剂量的增大，其中的泄漏电流也会逐渐增大，直至第一NMOS管MNi的泄漏电流大于第一PMOS管MPi的工作电流时，输出被强制翻转为0。

[0024] 总剂量检测支路输出翻转对应的辐照剂量，即辐照检测剂量点，与每条支路中第一PMOS管的尺寸有关，尺寸越大，检测范围越大，尺寸越小，检测精度越高，为了平衡检测范围和检测精度，可以选择对应尺寸的第一PMOS管。总剂量检测模块的输出信号，将作为输入信号，传送至逻辑控制模块。待加固电路中敏感的NMOS管的尺寸确定了总剂量检测模块各支路中的NMOS管尺寸。

[0025] 分段补偿电流产生模块，包括n条补偿电流产生支路，每条支路与逻辑控制模块的输出端口一一对应，受逻辑控制模块输出的逻辑控制信号控制其工作状态。如图3所示给出了补偿电流产生支路的一种实现形式，每条补偿电流产生支路结构相同，包含一个第二PMOS管，其电路连接方式对应相同。以补偿电流产生支路i为例，该支路第二PMOS管MPCi的源极接电源电平VDD；栅极与逻辑控制模块对应的输出端口VDO_i相连；漏极与其他支路第二PMOS管的漏极短接，共同作为总剂量效应加固电路的输出端接至待加固电路中辐照敏感的待补偿NMOS管支路。

[0026] 本实施例中分段补偿电流产生模块的第二PMOS管与对应总剂量检测支路的第一PMOS管尺寸相同，则当辐照剂量刚好为总剂量检测支路i的辐照检测剂量点时，对应的补偿电流产生支路i产生的补偿电流刚好能够抵消泄漏电流。

[0027] 逻辑控制模块，共n个输入端口，与n条逻辑控制支路的输出一一对应；共n个输出端口，逻辑控制模块的输入信号经过逻辑控制处理后，输出至一一对应的分段补偿电流产生模块中的n条支路。无辐照条件下，逻辑控制端口的输入信号均为1，该输入信号经由逻辑控制处理，各输出端口亦输出1至补偿电流产生模块。辐照环境下，当辐照剂量达到总剂量检测支路i的辐照检测剂量点时，该支路的输出翻转，即逻辑控制模块支路i的输入端翻转，进而经逻辑控制处理，处理后的信号经输出端口，传输至分段补偿电流产生模块的支路i，对补偿电流产生支路i的工作状态进行控制。本发明提出的逻辑控制，对不同支路的输入信号进行处理，输出控制信号至分段补偿电流产生模块，调配各补偿电流产生支路的工作，实现分段补偿。不同的辐照剂量，根据所对应辐照检测剂量点的不同，会在总剂量检测模块输出不同的信号，经逻辑控制模块的处理，在分段补偿电流产生模块产生相应的输入。该输入信号使相应的补偿电流产生支路工作，即打开该支路的PMOS管，进而产生一股与泄漏电流相等的补偿电流，对待加固电路中辐照敏感的NMOS管支路进行分段电流补偿，抵消总剂量效应的影响，达到总剂量效应加固的目的。

[0028] 为了使得产生的补偿电流与泄流电流尽可能抵消，本发明的逻辑控制模块采用如下方案：当有i条总剂量检测支路的输出信号翻转时，逻辑控制模块控制对应的i条补偿电流产生支路中有至少一条补偿电流产生支路工作并产生补偿电流，i为正整数且i∈[1，n]。若辐照剂量刚好为总剂量检测支路i的辐照检测剂量点时，逻辑控制模块仅控制对应的补偿电流产生支路i工作，即可产生与泄漏电流相等的补偿电流。若辐照剂量为总剂量检测支路i和总剂量检测支路i+1的辐照检测剂量点的中间值时，逻辑控制模块控制输出信号翻转的多个总剂量检测支路对应多个补偿电流产生支路中至少一个工作，产生尽可能接近泄漏电流的补偿电流。

[0029] 在应用本发明对电路进行抗辐照加固时，可根据具体的电路需求，进行相应的调整：当对补偿电流精度要求较高，可调节支路中PMOS管的尺寸尽可能小；当对补偿电流的大小要求较高，即要在较大辐照剂量下对电路进行加固，则可通过增加支路数量实现。

[0030] 本发明能够较为精确的在不同辐照剂量下，对待加固电路中辐照敏感的NMOS管支路，进行分段电流补偿，以抵消总剂量效应产生的泄漏电流，最终达到总剂量效应加固的目的。此外，本发明还具有普适性、可分段调节等特点。

[0031] 本发明从电路的角度，基于电流的分段补偿，针对不同的辐照剂量，输出相应大小的补偿电流，对电路进行加固。与传统的从器件结构、工艺、版图布局布线的角度进行加固的方案相比，灵活性更高，适用性更广。

[0032] 本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其他各种具体变形和组合，例如在输出端增加驱动能力增强模块、更换总剂量检测模块中的辐照剂量检测电路、采用不同形式的逻辑控制单元等，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围之内。