一種抗單粒子效應的電流鏡的製作方法
2023-09-24 00:06:40
一種抗單粒子效應的電流鏡的製作方法
【專利摘要】一種抗單粒子效應的電流鏡，包括有第一NMOS管M1和第二NMOS管M2，其中，所述的第一NMOS管M1的柵極和第二NMOS管M2的柵極相連，第一NMOS管M1的源極和第二NMOS管M2的源極接地，第一NMOS管M1的漏極連接所述該第一NMOS管M1的柵極以及連接基準電流Iref，所述的第二NMOS管M2的漏極分別連接負載和用於消除單粒子效應對負載影響的輔助電路。本實用新型可以消除單粒子效應對電流鏡中流過負載的電流的影響，使電路達到抗單粒子效應，因而可以應用於太空等輻射條件下。
【專利說明】一種抗單粒子效應的電流鏡
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電流鏡。特別是涉及一種模擬集成電路中電流鏡的抗單粒子效應的電流鏡。
【背景技術】
[0002]在模擬電路中，電流源的使用非常頻繁，電流源的設計是基於對基準電流的複製，即電流鏡。在不考慮電晶體溝道長度調製效應的前提下，電流鏡可以精確地複製電流而不受工藝和溫度的影響。然而，在輻射環境下工作的模擬電路可能受到輻射影響而發生性能甚至功能的改變。單粒子效應指的是單個高能粒子在穿過微電子器件的靈敏區時，在其軌跡上沉積電荷，這些電荷被器件電極收集，造成器件邏輯狀態的改變或器件損壞。存在電場時，粒子軌跡上的電子空穴對將會分離，被電極收集形成瞬時電流。隨著特徵尺寸的減小，單粒子效應引起的電路響應耦合和電荷共享等效應變得顯著。受到單粒子效應影響的電流鏡電路，由於單粒子效應產生的電流，基準電流不能夠準確複製到所需要的支路上，可能導致使用支路電流的電路不能正常工作，嚴重時還可能引起擊穿甚至器件損壞。
【發明內容】
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種能夠消除單粒子效應對電流鏡中流過負載的電流影響的抗單粒子效應的電流鏡
[0004]本實用新型所採用的技術方案是:一種抗單粒子效應的電流鏡，包括有第一 NMOS管Ml和第二 NMOS管M2，其中，所述的第一匪OS管Ml的柵極和第二 NMOS管M2的柵極相連，第一 NMOS管Ml的源極和第二 NMOS管M2的源極接地，第一 NMOS管Ml的漏極連接所述該第一 NMOS管Ml的柵極以及連接基準電流Iref，所述的第二 NMOS管M2的漏極分別連接負載和用於消除單粒子效應對負載影響的輔助電路。
[0005]所述的輔助電路包括有第一 PMOS管M4、第二 PMOS管M5和第三NMOS管M3，所述第一 PMOS管M4的漏極連接第二 NMOS管M2的漏極，第一 PMOS管M4的源極和第二 PMOS管M5的源級接電源VDD，第一 PMOS管M4的柵極與第二 PMOS管M5的柵極相連，第二 PMOS管M5的漏極連接該第二 PMOS管M5的柵極，第二 PMOS管M5的漏極還連接第三NMOS管M3的漏極，第三NMOS管M3的源極和柵極均接地。
[0006]所述的輔助電路的第三NMOS管M3與第二 NMOS管M2尺寸相同，且版圖設計使用共質心布局，並使第三NMOS管M3與第二 NMOS管M2的漏極相接近。
[0007]本實用新型的一種抗單粒子效應的電流鏡，可以消除單粒子效應對電流鏡中流過負載的電流的影響，使電路達到抗單粒子效應，因而可以應用於太空等輻射條件下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的電路原理圖；
[0009]圖2是本實用新型具體實施的電路原理圖。【具體實施方式】
[0010]下面結合實施例和附圖對本實用新型的一種抗單粒子效應的電流鏡做出詳細說明。
[0011]通用結構的電流鏡能夠準確複製基準電流，但是不具有抗單粒子輻射的能力。為了使電流源具有抗單粒子效應的能力，需要增加輔助電路。
[0012]如圖1所示，本實用新型的一種抗單粒子效應的電流鏡，包括有第一 NMOS管Ml和第二 NMOS管M2，其中，所述的第一 NMOS管Ml的柵極和第二 NMOS管M2的柵極相連，第一NMOS管Ml的源極和第二 NMOS管M2的源極接地，第一 NMOS管Ml的漏極連接所述該第一NMOS管Ml的柵極以及連接基準電流Iref，即流過第一 NMOS管Ml的電流為基準電流Iref，所述的第二 NMOS管M2的漏極分別連接負載C和用於消除單粒子效應對負載C影響的輔助電路B。
[0013]電流鏡正常工作時，流過第二 NMOS管M2及第二 NMOS管M2負載的電流I即可準確鏡像Iref。
[0014]本實用新型的一種抗單粒子效應的電流鏡分為兩種工作模式:未受到單粒子效應影響時，輔助電路不工作，該電路與普通電流鏡沒有區別，此時流過第二 NMOS管M2負載的電流I=Iref ;第二 NMOS管M2漏極(A點)受到單粒子效應影響時，假設單粒子效應產生的電流為Λ I，則流過第二 NMOS管M2的電流I2=Iref+Λ I，此時輔助電路工作，輸出大小為Λ I的電流到A點，此時負載load中流過的電流I』 =12-Λ I=Iref,仍能準確複製基準電流，即消除了單粒子效應對負載load的影響，該電流鏡的後續模擬電路也不會受到單粒子效應的影響。
[0015]如圖2所示，所述的輔助電路B包括有第一 PMOS管M4、第二 PMOS管M5和第三NMOS管M3，所述的第三NMOS管M3與第二 NMOS管M2尺寸相同。所述第一 PMOS管M4的漏極連接第二 NMOS管M2的漏極，第一 PMOS管M4的源極和第二 PMOS管M5的源級接電源VDD，第一 PMOS管M4的柵極與第二 PMOS管M5的柵極相連，第二 PMOS管M5的漏極連接該第二PMOS管M5的柵極，第二 PMOS管M5的漏極還連接第三NMOS管M3的漏極，第三NMOS管M3的源極和柵極均接地。
[0016]設計輔助電路的核心思想是電荷共享。隨著器件間距的持續減小，單次粒子入射，可能在多個相鄰PN結髮生電荷收集。假設單粒子入射對相鄰電晶體的影響相同。輔助電路的第三NMOS管M3與構成電流鏡的第二 NMOS管M2尺寸相同，版圖設計時除了使用共質心布局，還要使兩個電晶體的漏極非常接近，這樣能夠最大化共享電荷收集。輔助電路的第
一PMOS管M4、第二 PMOS管M5為電流鏡形式。
[0017]未受到單粒子效應時，輔助電路中的第三NMOS管M3柵極接地，第三NMOS管M3關斷，沒有電流流過，則第一 PMOS管M4也沒有電流流過，即輔助電路處於不工作的狀態，電流鏡正常工作，I=Iref,與通用電流鏡沒有區別。第二 NMOS管M2漏極(A點)受到單粒子效應影響時，流過第二 NMOS管M2的電流不再是Iref，還包括受單粒子效應影響產生的電流；第
二NMOS管M2和第三NMOS管M3的漏極非常接近，由於電荷共享，第三NMOS管M3會收集到與第二 NMOS管M2等量的電荷，即第三NMOS管M3受到單粒子效應也會產生電流；假設此時流過第二 NMOS管M2和第三NMOS管M3的電流均為Λ I,由於第一 PMOS管Μ4和第二 PMOS管M5構成電流鏡，流過第一 PMOS管M4的電流也為Λ I。這樣輔助電路在電流鏡電路受到單粒子效應影響時輸出電流Λ I，流過第二 NMOS管M2的電流為I2=Iref+A I，則流過負載的電流為Ι』=Ι2-Δ I=Iref,即消除了單粒子效應對負載load電流的影響,單粒子效應也不會影響後續模擬電路。
【權利要求】
1.一種抗單粒子效應的電流鏡，包括有第一 NMOS管Ml和第二 NMOS管M2，其中，所述的第一 NMOS管Ml的柵極和第二 NMOS管M2的柵極相連，第一 NMOS管Ml的源極和第二 NMOS管M2的源極接地，第一 NMOS管Ml的漏極連接所述該第一 NMOS管Ml的柵極以及連接基準電流Iref，其特徵在於，所述的第二 NMOS管M2的漏極分別連接負載(C)和用於消除單粒子效應對負載(C)影響的輔助電路(B)。
2.根據權利要求1所述的一種抗單粒子效應的電流鏡，其特徵在於，所述的輔助電路(B)包括有第一 PMOS管M4、第二 PMOS管M5和第三NMOS管M3，所述第一 PMOS管M4的漏極連接第二 NMOS管M2的漏極，第一 PMOS管M4的源極和第二 PMOS管M5的源級接電源VDD，第一 PMOS管M4的柵極與第二 PMOS管M5的柵極相連，第二 PMOS管M5的漏極連接該第二PMOS管M5的柵極，第二 PMOS管M5的漏極還連接第三NMOS管M3的漏極，第三NMOS管M3的源極和柵極均接地。
3.根據權利要求2所述的一種抗單粒子效應的電流鏡，其特徵在於，所述的輔助電路的第三NMOS管M3與第二 NMOS管M2尺寸相同，且版圖設計使用共質心布局，並使第三NMOS管M3與第二 NMOS管M2的漏極相接近。
【文檔編號】G01F3/26GK203719714SQ201320894188
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】徐江濤, 賈文龍, 高靜, 史再峰, 姚素英 申請人:天津大學