抗辐照高压栅驱动电路的设计

发布时间：2022-01-15 17:08

　　驱动芯片作为智能功率集成电路中的重要组成部分,被广泛应用于各个领域当中。当驱动芯片工作在星用马达电机上时,芯片内部的半导体器件和电路由于长时间工作在辐照环境中,性能和可靠性会受到影响。因此,研究具有抗辐照加固性能的驱动芯片对航空航天事业的发展有重要的现实意义。本文基于1μm 600V BCD工艺平台设计了一款星用抗辐照高压栅驱动芯片,该芯片可兼容3.3V⁵V的TTL或CMOS逻辑输入信号,可实现输出电压120V,芯片内部设置了死区产生模块,用以防止半桥桥臂发生直通,此外还设置有保护模块,使电路在非正常工作状态下关断。本文首先叙述了辐照效应的作用机理,明确了总剂量效应对MOS器件氧化层的影响。之后采用围栅版图结构的抗总剂量加固方案,并利用Sentaurus TCAD进行仿真验证,以及对单粒子入射MOS器件后产生的瞬态电流模型进行建模仿真。随后详细的介绍了高压栅驱动电路的设计过程,并用Cadence仿真软件进行驱动电路子模块的搭建和仿真,之后针对电路级辐照效应影响的分析对不同子模块设计了不同的抗辐照加固方案,包括三模冗余机制和组合逻辑运算加固两种方案。在对抗辐照加固方... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

单粒子瞬态脉冲电流仿真波形

电子科技大学硕士学位论文20图3-3条栅NMOS在不同电荷密度下的转移特性曲线在横坐标轴Vgs小于0时MOS管关断，电流应为0，但随着固定电荷密度的增加，也即辐照总剂量的增加，器件在关断时的漏电流也随之增大。在电荷密度为1.0*102/cm2时，关断的MOS管已有漏电流的出现，这会导致本应关断的MOS管具有驱动负载的能力，使电路性能受到严重的影响；而在电荷密度为2.0*102/cm2时，关断的MOS管漏电流已与开启时电流值相当，此时NMOS管已经无法关闭，电路已无法正常工作。图3-4为环栅结构的NMOS器件在不同电荷面密度的仿真情况：图3-4环栅NMOS在不同电荷密度下的转移特性曲线

电子科技大学硕士学位论文20图3-3条栅NMOS在不同电荷密度下的转移特性曲线在横坐标轴Vgs小于0时MOS管关断，电流应为0，但随着固定电荷密度的增加，也即辐照总剂量的增加，器件在关断时的漏电流也随之增大。在电荷密度为1.0*102/cm2时，关断的MOS管已有漏电流的出现，这会导致本应关断的MOS管具有驱动负载的能力，使电路性能受到严重的影响；而在电荷密度为2.0*102/cm2时，关断的MOS管漏电流已与开启时电流值相当，此时NMOS管已经无法关闭，电路已无法正常工作。图3-4为环栅结构的NMOS器件在不同电荷面密度的仿真情况：图3-4环栅NMOS在不同电荷密度下的转移特性曲线

【参考文献】：
期刊论文
[1]空间辐射环境概述[J]. 李桃生,陈军,王志强.  辐射防护通讯. 2008(02)
[2]MOSFET单粒子翻转效应的二维数值模拟[J]. 郭红霞,张义门,陈雨生,周辉,肖伟坚,龚仁喜,贺朝会,龚建成.  西安电子科技大学学报. 2002(04)

硕士论文
[1]一种抗辐照栅驱动电路设计[D]. 冯垚荣.电子科技大学 2019
[2]功率集成电路中抗辐照技术研究与设计[D]. 雷一博.电子科技大学 2019
[3]高压栅驱动电路中抑制噪声技术的研究与设计[D]. 刘力荣.电子科技大学 2017
[4]一种抗总剂量CMOS电路基本结构研究[D]. 陈孔滨.电子科技大学 2017
[5]42V智能功率直流伺服电机驱动芯片的设计[D]. 陶垠波.电子科技大学 2013



本文编号：3591002