CMOS器件单粒子效应电荷收集机理

针对90 nm CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）工艺,采用三维数值模拟方法,研究了反相器中NMOS（Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor）晶体管与PMOS（Positive channel-Metal-Oxide-Semiconductor）晶体管的单粒子瞬变（SET,Single Event Transient）电流脉冲,深入分析了PMOSFET（Positive channel-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）与NMOSFET（Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）发生单粒子效应时电荷输运过程和电荷收集机理.研究结果表明,由于电路耦合作用,反相器中晶体管的电荷收集与单个晶体管差异显著;反相器中PMOS晶体管电荷收集过程中存在寄生双极放大效应,NMOS晶体管中不存在寄生双极放大效应;由于双极放大效应,90 nm工艺下PMOS晶体管产生的SET电压脉冲比NMOS晶体管产生的电压脉冲持续时间更长,进而导致PMOS晶体管的SET效应更加敏感.研究结果为数字电路SET的精确建模、进行大规模集成电路SET效应模拟提供了参考依据.      

一种有电压补偿电路的高性能低压CFOA及其小信号分析

提出了一种新型的电流反馈型运算放大器,该电路所具有的电压补偿电路克服了以往基于CMOS的CFOA两个输入端静态条件下不平衡的缺点,NMOS与PMOS互补的输入结构提高了电路的信噪比。采用0.6μm工艺参数(低阈值),1.5V电源电压,利用HSPICE进行了仿真,获得了4.95mW的功耗,4.5 kΩ的输入电阻,53.5°的相位裕度以及与增益无关的带宽和极大的转换速率。     

量子阱激光器的Pspice电路温度模型

在考虑量子阱激光器的温度特性基础上,对激光器的速率方程进行了适用性修正,增加了与温度相关的势垒区的辐射复合电流I_br、非辐射复合电流I_bnr和有源区的非辐射复合电流I_wnr、俄歇复合电流Ia等项,并根据修正后的速率方程得出了量子阱激光器的大信号等效 Pspice电路温度模型和直流稳态工作时的等效Pspice电路温度模型,然后采用GaAS/AlGaAS 量子阱激光器,根据量子阱激光器直流稳态工作时的等效Pspice电路温度模型对量子阱激光器的输出光功率、驱动电流和结点温度之间特性进行了模拟,得出它们之间的关系曲线.     

一种低压低功耗CMOS运算放大器的设计

采用0.6μm CMOS工艺设计了一种低压低功耗的运算放大器。该放大器利用工作在亚阈值区的CMOS基准源,在此基础上运用了PMOS差分输入级,以及CMOS推挽输出级结构。电源工作电压1.8 V~5.5 V,静态工作电流仅为μA级,并具有80 dB的开环增益、高电源电压抑制比和高共模抑制比等特点。     

基于衬底偏置的超低耗电流复用混频器

基于SMIC 0. 18μm 1P6M CMOS工艺,设计实现了一种工作在0.6V超低电源电压下的混频器.该混频器跨导级采用自偏置的互补跨导结构,并与开关级构成折叠结构,大大降低了电源电压;电路中所有的MOS管衬底均加有固定偏置电压,减小了MOS管的阈值电压,实现了超低电压超低功耗的设计;并采用电流复用技术,改善了电路的噪声性能,并提高了其转换增益和线性度.该混频器核心电路尺寸为460μm×400μm,当射频信号、本振信号和中频信号分别为1575MHz,1400MHz和175MHz时,仿真表明,该混频器转换增益(G_c)为6.1dB,双边带噪声系数为14dB,输入1dB压缩点为-16.67dBm,在0.6V的电源电压条件下,功耗仅为0.76mW,可用于航空航天领域的电子系统中.     

抗辐射模拟CMOS集成电路研究与设计

为研究宇宙辐射环境中航天器里的模拟互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)集成电路性能和各种效应,并在辐射效应所产生机制的基础上,从设计和工艺方面提出了模拟CMOS集成电路主要抗辐射加固设计方法.在宇宙环境中,卫星中的模拟CMOS集成电路存在CMOS半导体元器件阈值电压偏离、线性跨导减小、衬底的漏电流增加和转角1/f噪声幅值增加.所以提出了3种对模拟CMOS集成电路进行抗辐射加固的方法:1)抗辐射模拟CMOS集成电路的设计;2)抗辐射集成电路版图设计;3)单晶半导体硅膜(Silicon on Insulator,SOI)抗辐射工艺与加固设计.根据上面的设计方法研制了抗辐射加固模拟CMOS集成电路,可以取得较好的抗辐射效果.     

一种图腾柱式驱动电路参数优化设计方法

图腾柱式MOSFET驱动电路被广泛应用于空间机电伺服系统，其电路拓扑中多个参数共同决定着MOSFET开关特性，进而影响着机电产品的伺服性能.针对三相全桥上桥臂PMOS驱动电路设计过程中，电路参数多而导致不易实现最优开关特性的问题，从图腾柱式驱动电路的基本拓扑结构出发，通过理论推导，深入分析了图腾柱式驱动电路中的关键参数对PMOS开通、关断过程的调节规律，提出了一种电路参数优化设计方法，仿真分析与实验结果验证了该方法的有效性，能够为该类驱动电路的设计提供借鉴.     

无电阻CMOS带隙基准电压源的设计

设计了一种高准确度无电阻的带隙基准电压源。该电路采用差分结构的电压传输单元来代替电阻,并且没有使用运算放大器,从而避免了运算放大器所带来的高失调和必须补偿的缺陷。电流源采用共源共栅结构,提高了电源抑制比。增加了启动电路,保证电路可以正常工作。在0.6μm CMOS工艺条件下,电路的各项性能指标采用Sm artSp ice进行模拟验证,结果表明有效温度系数可以达到6×10-6/℃,电源电压从3.8 V变化到5.5 V时,输出的基准电压波动不到3 mV。     

130nm体硅反相器链的单粒子瞬态脉宽特性研究

针对130 nm体硅反相器链,利用脉冲激光和重离子实验研究了目标电路单粒子瞬态（SET）的脉宽特性,并分析了电路被辐射诱发的SET脉宽特性受激光能量、重离子线性能量传递（LET）值、PMOS管栅长尺寸等因素的影响机制。重离子和脉冲激光实验结果类似,均表现为随激光能量、LET值的增加,电路被辐射诱发的SET脉宽逐步增大,且表现出明显的双（多）峰分布趋势,但辐射诱发的SET脉冲个数呈先增加再减少规律。此外,实验结果表明,在不同激光能量、LET值下,PMOS管栅长尺寸影响反相器链SET脉冲的特征不同。当激光能量、LET值较低时,PMOS管栅长尺寸大的电路产生的SET脉宽较大,而当激光能量、LET值较大时,PMOS管栅长尺寸小的电路反而产生更宽的SET脉冲。分析表明,较高激光能量、LET辐照时,寄生双极放大效应被触发可能是导致PMOS管栅长尺寸影响电路SET特征差异的主要原因。      

一种超低压超低耗NMOS衬底偏置混频器

使用两对NMOS管和衬底偏置技术,采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,为卫星导航双系统兼容接收机的射频集成电路芯片设计了一种超低压、超低耗NMOS衬底偏置混频器(NBBM,NMOS Bulk-Biased Mixer).以其中的GPS系统为例:射频信号、本振信号和中频信号分别为1575.42MHz,1570MHz和5.42MHz.测试表明:在1V电源电压下,驱动差分负载阻抗1000Ω时,混频器消耗电流约为1.37mA,变频增益( G_C )超过2.11dB,输入1dB压缩点( P _in-1dB)约为-13dBm;若加入运放驱动,变频增益可超过14dB,但会带来线性度的降低、功耗以及面积的增加.     

Boost电路开关瞬间电压尖峰产生机理及抑制方法

Boost变换器常用作两级式逆变器的前级升压电路,由于电路中寄生参数的存在,开关瞬间输出电压叠加有瞬态尖峰,降低了波形质量,甚至影响逆变器的正常工作。为了抑制直流环节电压尖峰,研究了Boost电路开关瞬态过程,针对瞬态电路开关特性和开关器件工作状态,建立了基于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和肖特基二极管（SBD）的换流单元的解析模型,进一步分析了不同寄生参数对开关瞬态电流特性的影响,以及导致电压尖峰的机理等。仿真分析了寄生参数与输出电压尖峰大小的关系,提出了“减缓开关速度”和“降低输出端寄生电感”2种从源头抑制输出电压尖峰的方法。仿真和实验表明,这2种抑制方法能够有效减小电压尖峰,提高Boost电路的输出电压性能。      

电离辐射对部分耗尽SOI器件关态电流的影响

针对辐射前后环栅与条栅结构部分耗尽绝缘体上硅(SOI,Silicon On Insulator)器件关态电流的变化展开实验,研究结果表明辐射诱使关态电流增加主要取决于侧壁泄漏电流、背栅寄生晶体管导通、带-带隧穿与背栅泄漏电流的耦合效应.在条栅结构器件中,辐射诱生场氧化层固定电荷将使得器件侧壁泄漏电流增加,器件前、背栅关态电流随总剂量变化明显;在环栅结构器件中,辐射诱使背栅晶体管开启将使得前栅器件关态电流变大,而带-带隧穿与背栅泄漏电流的耦合效应将使得器件关态电流随前栅电压减小而迅速增加.基于以上结果,可通过改良版图结构以提高SOI器件的抗总剂量电离辐射能力.     

低压NMOS衬底偏置折叠级联输入Gilbert混频器

利用衬底偏置技术和折叠级联输入的方法,采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺,解决了在0.8 V电源电压下输入管和开关管的"堆叠"问题,实现了一种低压N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管衬底偏置折叠级联输入Gilbert混频器,用于某双系统接收机.以其中的GPS(Global Position System)系统为例:射频信号、本振信号和中频信号分别为1575.42MHz,1570MHz和5.42MHz.测试表明:该混频器变频增益超过15.66dB,双边带噪声系数为16.5dB,输入1dB压缩点约为-10dBm,在0.8V的电源电压条件下,消耗功率约为1.07mW.该混频器功耗低、增益高、线性度好,可用于航空航天领域的电子系统.      

150kV/30kW逆变式电子束焊接高压电源设计

针对150kV/30kW电子束焊接高压电源高电压、大功率输出的要求,低压电路采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)逆变隔离直流电源与逆变全桥串联的主电路拓扑,高压电路由3组升压变压器与10倍压整流电路的串联结构并联组成;设计了高压采样电路、束流采样电路,以及双闭环控制电路.基于上述技术,实现了150kV/30kW高电压大功率输出.实验结果表明高压加速电源的输出线性度和束流输出线性度较好,同时高压稳定度和束流稳定度均在0.5%左右,能够满足电子束焊接的要求.     

考虑寄生参数的集成电路ESD损伤仿真方法

在传统的基于设计电路的ESD (Electro-Static Discharge)损伤仿真中,通常不考虑版图物理结构的影响,其仿真结果往往与实际损伤情况出现较大偏差,因此提出了一种考虑版图设计中寄生参数的集成电路ESD损伤的仿真方法.首先给出了仿真应用的具体分析流程.然后按照经验公式提取法明确了各种寄生参数的计算模型.最后,以集成运算放大器LM741为例,对其进行了ESD损伤模拟,再通过击打实验、失效定位与电性能测试,结果表明:仿真与实验结果具有较好的一致性,验证了该方法的有效性.      

晶体管老化筛选设备计量参数的校准

晶体管老化筛选设备是对大功率、小功率三极管（NPN、PNP型）、二极管等电子元器件进行老化筛选的计量装置。通过对被筛选的晶体管施加电压、电流等影响量来对晶体管的可靠性进行检查。介绍了老化筛选装置输出的基极电压、集电极电压、集电极电流等参数的校准方法以及对同一个参数采用不同校准方法的比较研究。