CC BY
50
Krutchinsky Sergey Georgevich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”
E-mail: [email protected]
44, Nekrasovsky, Taganrog, 347928. Phone: 88634-371-689
Titov Alexei Evgenevich
E-mail: [email protected] Phone: 37-17-73
УДК 621.375
H.H. Прокопенко, Д.Н. Конев, АЛ. Серебряков
СИНТЕЗ СТРУКТУР АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ С ПОВЫШЕННОЙ СТАБИЛЬНОСТЬЮ НУЛЕВОГО УРОВНЯ В УСЛОВИЯХ РАДИАЦИИ
Предлагается концепция синтеза аналоговых микросхем с малым напряжением смещения нуля при радиационных и температурных воздействиях. Радиация; напряжение смещения нуля.
N.N. Prokopenko, D.N. Konev, A.I. Serebryakov
SYNTHESIZE OF ANALOG CHIPS WITH IMPROVED STABILITY OF
ZERO IN RADIATION
A concept of the synthesis of analog circuits with a small bias voltage of zero under influence the radiation and elevated temperature.
Radiation; the voltage bias of zero.
Радиационное и температурное воздействия изменяют напряжение эмиттер-база (иэб), обратный ток коллекторного перехода 1кб.о и коэффициент усиления по току базы (Р) транзисторов. При этом два последних фактора приводят к нестабильности тока базы.
U .1, -
ленной дрейфом иЭб, применяются хорошо известные параллельно-бадансные
( ),
компенсация нестабильности иэб двух одинаковых входных транзисторов ДК. В результате эта составляющая напряжения смещения, например, операционных усилителей (ОУ), уменьшается: UCM.1 “ 0.
U .2, -
, -
( ) ( ), реализуются эффекты взаимной компенсации абсолютных значений токов базы и их приращений, обусловленных температурной, радиационной или режимной зависимостью параметров транзисторов.
Анализ современных операционных усилителей с одним выходом показывает, что большинство их схем приводятся к архитектуре рис. 1,а, в которой можно выделить высокоимпедансный узел «А», обеспечивающий суммирование выходных токов (I3 и I4) обобщенного входного дифференциального каскада ( 1) (I ) ( , ):
si
^ (Рі.п,Р^ Ду,ивх ) I4(Рк.п,Рт.р Дк.т, ивх ) + ^У(Рз.п,Pf.p,Isf ) где Iij, Ікт, І8І- - координаты источников тока, устанавливающих статический режим транзисторов схемы;. рІп, ркп, р,.п; рІр, ртр, р£р - коэффициенты усиления по току базы р-п-р- и п-р-п- транзисторов, влияющих на токи узлов 3 (І3), 4 (І4) и входной ток (ІБУ) буферного усилителя.
Рис. 1. Обобщенная структурная схема ОУ с высокоимпеданснымузлом «А» (а) и пример его практической реализации (б)
Если в статическом режиме (ивх = 0) сумма токов в узле «А» Ір = І3 -14 - ІБУ при коротком замыкании узла «А» на эквипотенциальную общую шину не равна нулю (Ір Ф 0), то для компенсации статической ошибки ОУ
в рабочем режиме необходимо на его дифференциальный вход (Вх.1, Вх.2) подавать некоторое напряжение, соответствующее Э.Д.С. смещения нуля
исм,2 “ ^дуІр , где 8ду = Ід/ивх - крутизна усиления входного ДК1 при коротком замыкании узла «А» на эквипотенциальную шину.
Раздел II. Сложнофункциональные блоки смещенных систем на кристалле
Таким образом, одним из условий синтеза архитектур ОУ с малыми значениями второй систематической составляющей э.д.с. смещения нуля ^м.2 “ 0 является такое построение архитектуры и основных подсхем ДК1 и БУ рис. 1,а, и ДК, ПТ, БУ рис. 1,6, при которых во всем диапазоне внешних воздействий (температура, радиация), а также режимных изменений параметров транзисторов и их статических токов при вариациях напряжений питания будет обеспечиваться равенство 13 = 14 +1бу . Минимизация систематической составляющей исм2 -это «зона ответственности» схемотехников, разрабатывающих аналоговую мик.
В зависимости от знака входного тока БУ (1БУ), а также свойств конкретной базовой архитектуры ОУ, которую необходимо модернизировать для уменьшения исм.2, обусловленный влиянием Р-транзисторов, возможен синтез различных структур ОУ, обладающих высокой стабильностью нулевого уровня.
Найдем ограничения на уровни токов смещения 1СМ1 относительно идеальных проходных характеристик входного каскада (ДК) и токового зеркала (ПТ1) при произвольных значениях и знаке входного тока БУ (1БУ), полагая, что эти смещения обусловлены влиянием деградирующих под действием радиации токов базы р-п-р- и п-р-п-транзисторов (рис. 2).
Рис. 2. Возможные варианты смещения характеристик подсхем ДК
в
Рис. 2. Возможные варианты смещения характеристик подсхем ДК (а, б), ПТ1 (в), БУ(г), зависящее от численных значений и знаков масштабных коэффициентов с, g, f, 2, п, т, ё, к
В зависимости от схемотехники функциональных узлов ДК, ПТ1, БУ (рис. 1, б) их смещения нуля могут быть как положительными, так и отрицательными. Поэтому коэффициенты £ 7, п, т, к, 4 с, g, характеризующие 1смл, принимают как положительные, так и отрицательные значения. За счет выбора свойств на постоянном токе подсхем ДК, ПТ1 и БУ, можно обеспечить малое результирующее смещение нуля исм.2 в архитектуре ОУ (рис. 1,6) и его температурный и радиационный дрейф.
Будем считать, что каждая из подсхем ДК, ПТ1, БУ (рис. 1,6) отличается от идеальной и имеет токовые координаты, смещенные относительно «идеального» уровня на величины:
!см.2 = %п + ^б^, (1)
!см.4 = й6.п + ^б^, (2)
!см.ПТ = ^б^ + ^бл , (3)
1бУ = ^^6.п + ^б^ (4)
где f, z, n, m, d, k, c, g - масштабные коэффициенты при токах базы I6.n, I6p, характеризующие смещение нулевых уровней подсхем ДК, ПТ1 и БУ.
Поэтому, для узла «А» (см. рис. 1,6):
I0 + %.n + zI6.p + n^6.p + mI6.n + dI6.n = kI6.p +10 + cI6.n + gI6.p (5) Последнее уравнение можно представить в виде
%n (f + m + d - c) = %p (k + g - z - n) . (6)
Таким образом, для минимизации составляющей UCM.2 необходимо синтезировать подсхемы ДК, ПТ1, БУ, масштабные коэффициенты которых, f, m, d, c, k, g, z, n при известных значениях токов базы I6 p и I6.n , применяемых n-p-n- и p-n-p-транзисторов удовлетворяют условию (6). При этом целесообразно обеспечить f+m+d=c и k+g=z+n.
В связи с большим многообразием вариантов построения трех функциональных узлов ДК, ПТ1, БУ, можно синтезировать более 1000 практических схем ОУ с малыми значениями систематической составляющей UCm2 « 0 в условиях радиационных воздействий.
Приведенные в [1-4] примеры иллюстрируют методику синтеза ОУ с архитектурой (см. рис. 1,6).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Каскодный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля [Текст] : заявка на патент Российской Федерации, МПК8 H 03 F 3/45, H 03 F 3/34 / Прокопенко Н.Н., Серебряков АЛ., Будяков П.С. - № 2009119092/09; заявл.
20.05.2009. (186(B)).
2.
нуля [Текст] : заявка на патент Российской Федерации, МПК8 H 03 F 3/45, 3/34 / Прокопенко Н.Н., Серебряков АЛ., Будяков П.С. - № 2009119631/09; заявл.
25.05.2009 (195).
3.
нуля [Текст] : заявка на патент Российской Федерации, МПК8 H 03 F 3/45, 3/34 / Прокопенко Н.Н., Будяков П.С., Серебряков АЛ. - № 2009119952/09; заявл.
26.05.2009 (194).
4.
[Текст] : заявка на патент Российской Федерации, МПК8 H 03 F 3/45, 3/34/ Прокопенко Н.Н., Серебряков АЛ., Будяков П.С. - № 2009120332/09; заявл.
28.05.2009.
Прокопенко Николай Николаевич
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»
Email: [email protected]
346500, Шевченко, 147, Шахты. Тел: 88636 22-20-37
Конев Даниил Николаевич Email: [email protected] Тел: 88636 22-20-37
Серебряков Александр Игоревич Email: [email protected] Тел: 88636 22-20-37
Prokopenko Nicolay Nicolaeich
State educational institution of the higher vocational training «South Russian State University of Economics and Service»
E-mail: [email protected]
147, Shevchenko, Shakhti, 346500, Phone: 88636 22-20-37
Konev Danil Nicolaevich
E-mail: [email protected] Phone: 88636 22-20-37
Serebryakov Alexandr Igorevich
E-mail: [email protected] Phone: 88636 22-20-37
УДК 621.375
H.H. Прокопенко, Д.Н. Конев, АЛ. Серебряков
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ АНАЛОГОВЫЙ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЙ НА БАЗЕ ТОКОВЫХ ЗЕРКАЛ
Рассматривается архитектура широкополосного (0 + 6 ГГц) аналогового перемножителя потенциальных сигналов с малым (1,5 В) напряжением питания,. являющаяся альтернативой широко распространенной ячейке Джильбер-.
Перемножитель; квадратор; удвоитель частот; система на кристалле.
N.N. Prokopenko, D.N. Konev, A.I. Serebryakov
BROADBAND ANALOG MULTIPLIERS OF VOLTAGE BASED ON CURRENT MIRRORS
A multiplier architecture of the potential signal with a reduced voltage to a level less than 1.5V is shown. The proposed technical solution is an alternative to multiply Gilbert cell.
Cell; multiplier; architecture.
B цифровых интегральных микросхемах и их приложениях в области систем управления энергетическими комплексами результатом увеличения скорости обработки информации стали тенденции постоянного уменьшения напряже. -. 350 ( -
3,3 ) -
( ), 5
предпочтительнее. При нормах 180 нм (1,8 В) процесс проектирования усложняется и некоторые характеристики AM деградируют. При 90^130 нм необходимо развитие новых подходов к проектированию AM, ориентированных на обеспечение работоспособности при низковольтном питании (Еп=1 ^ 1,5 В).
8б
