Термостабильный радиационно-стойкий генератор опорного тока на базе полевых транзисторов

Автор(и)

  • Иван Михайлович Викулин Национальный университет «Одесская морская академия», Одесса, Ukraine http://orcid.org/0000-0003-3887-6676
  • Лидия Федоровна Викулина Одесский государственный аграрный университет, Одесса, Ukraine http://orcid.org/0000-0002-5467-5439
  • Виктор Эдуардович Горбачев Одесская национальная академия связи им. А. С. Попова, Ukraine http://orcid.org/0000-0002-6668-6864
  • Н. С. Михайлов Национальный университет «Одесская морская академия», Одесса, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021060042

Ключові слова:

полевой транзистор, МОП-транзистор, температурный коэффициент опорного тока, генератор опорного тока, температурная стабильность, радиационная стойкость

Анотація

Экспериментально исследовано влияние температуры и ионизирующего излучения на характеристики стабилизаторов тока на основе полевых транзисторов (ПТ) с p–n-переходом в качестве затвора и МОП ПТ в режиме насыщения при двухполюсном включении, когда затвор замкнут с истоком. Показано, что у первого типа транзисторов температурный коэффициент изменения тока отрицательный, а у второго типа — положительный. Включение в цепь истока ПТ стабилизирующего резистора соответствующей величины позволяет свести температурные изменения выходного тока стабилизатора на одном ПТ к минимуму и для ПТ с p–n-переходом, и для МОП ПТ. Однако при таком способе температурной стабилизации выходного тока значительно снижается выходная мощность стабилизатора. Впервые предложенная авторами конструкция генератора опорного тока использует принцип компенсации внешнего воздействия на прибор, собранный из двух различных типов ПТ с противоположной реакцией на это воздействие. Экспериментально установлено, что при параллельном соединении пар таких транзисторов получаем генератор стабильного тока в широком диапазоне температур. Более того, эксперименты показали, что если для изготовления генератора опорного тока выбрать МОП ПТ с малыми значениями тока насыщения стока, то воздействие ионизирующего излучения на весь прибор будет компенсироваться, поскольку после облучения ток через такой МОП ПТ будет увеличиваться, а ток через ПТ с p–n-переходом будет уменьшаться.

Біографія автора

Виктор Эдуардович Горбачев, Одесская национальная академия связи им. А. С. Попова

кафедра Физики оптической связи, доцент

Посилання

S. Pettinato, A. Orsini, S. Salvatori, “Compact current reference circuits with low temperature drift and high compliance voltage,” Sensors, vol. 20, no. 15, p. 4180, 2020, doi: https://doi.org/10.3390/s20154180.

R. Carvalho et al., “A low-power CMOS current reference for piezoelectric energy harvesters,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 67, no. 8, pp. 3403–3410, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TED.2020.2998095.

D. van Treeck et al., “Electroluminescence and current–voltage measurements of single-(In,Ga)N/GaN-nanowire light-emitting diodes in a nanowire ensemble,” Beilstein J. Nanotechnol., vol. 10, pp. 1177–1187, 2019, doi: https://doi.org/10.3762/bjnano.10.117.

C. Palacios-Berraquero, “Atomically-thin quantum light emitting diodes,” in Quantum Confined Excitons in 2-Dimensional Materials. Springer Theses, Cham: Springer, 2018, pp. 71–89.

М. Г. Находкін, Ф. Ф. Сизов, Елементи Функціональної Електроніки. Київ: Укр. ІНТЕІ, 2002.

D. Osipov, S. Paul, “Compact extended industrial range CMOS current references,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 66, no. 6, pp. 1998–2006, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2019.2892182.

D. Osipov, S. Paul, “Temperature-compensated $beta$-multiplier current reference circuit,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 64, no. 10, pp. 1162–1166, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2016.2634779.

Y. Wenger, B. Meinerzhagen, “A stable CMOS current reference based on the ZTC operating point,” in 2017 13th Conference on Ph.D. Research in Microelectronics and Electronics (PRIME), 2017, pp. 273–276, doi: https://doi.org/10.1109/PRIME.2017.7974160.

D. Cordova, A. C. de Oliveira, P. Toledo, H. Klimach, S. Bampi, E. Fabris, “A sub-1 V, nanopower, ZTC based zero-VT temperature-compensated current reference,” in 2017 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), 2017, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/ISCAS.2017.8050289.

K. Kondo, H. Tamura, K. Tanno, “High-PSRR, low-voltage CMOS current mode reference circuit using self-regulator with adaptive biasing technique,” IEICE Trans. Fundam. Electron. Commun. Comput. Sci., vol. E103.A, no. 2, pp. 486–491, 2020, doi: https://doi.org/10.1587/transfun.2019EAP1061.

L. Wang, C. Zhan, “A 0.7-V 28-nW CMOS subthreshold voltage and current reference in one simple circuit,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 66, no. 9, pp. 3457–3466, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2019.2927240.

L. Ding, Y. Wang, Z. Bao, H. Liao, X. Jin, “A nano-ampere current reference circuit in a 0.5 μm CDMOS technology,” Microelectron. J., vol. 90, pp. 336–341, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.mejo.2019.02.003.

Y. Chen, X. Tan, B. Yu, C. Li, Y. Guo, “A new all-in-one bandgap reference and robust zero temperature coefficient (TC) point current reference circuit,” in 2017 IEEE 12th International Conference on ASIC (ASICON), 2017, pp. 541–544, doi: https://doi.org/10.1109/ASICON.2017.8252532.

Y. Siddiqi, N. Ahmed, M. A. Shahbaz, S. A. Jawed, “Process and temperature invariant on-chip current reference circuit,” in 2017 First International Conference on Latest trends in Electrical Engineering and Computing Technologies (INTELLECT), 2017, pp. 1–5, doi: https://doi.org/10.1109/INTELLECT.2017.8277643.

K. Kondo, K. Tanno, H. Tamura, S. Nakatake, “Low voltage CMOS current mode reference circuit without operational amplifiers,” IEICE Trans. Fundam. Electron. Commun. Comput. Sci., vol. E101.A, no. 5, pp. 748–754, 2018, doi: https://doi.org/10.1587/transfun.E101.A.748.

Z. Huang, X. Zhu, Z. Li, “Design of a high precision current mode band gap reference circuit,” in 2019 3rd International Conference on Electronic Information Technology and Computer Engineering (EITCE), 2019, pp. 178–181, doi: https://doi.org/10.1109/EITCE47263.2019.9095076.

R. Torres, E. Roa, L. E. Rueda G., “On the design of a reliable current reference for systems‐on‐chip,” Int. J. Circuit Theory Appl., vol. 49, no. 7, pp. 2032–2046, 2021, doi: https://doi.org/10.1002/cta.2955.

J. Hu, C. Lu, H. Xu, J. Wang, K. Liang, G. Li, “A novel precision CMOS current reference for IoT systems,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 130, p. 153577, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2020.153577.

R. Torres, L. E. G. Rueda, N. Cuevas, E. Roa, “On the design of reliable and accurate current references,” in 2020 IEEE 11th Latin American Symposium on Circuits & Systems (LASCAS), 2020, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/LASCAS45839.2020.9069041.

S. V. Shinde, “Ultra-low power current reference based on flat band difference of MOSFETs,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 1729, p. 012011, 2021, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1729/1/012011.

И. М. Викулин, В. И. Стафеев, Физика Полупроводниковых Приборов. Москва: Радио и связь, 1990.

И. М. Викулин, Л. Ф. Викулина, В. Э. Горбачев, Н. С. Михайлов, “Полупроводниковые инжекционные сенсоры магнитного поля комбинированного типа для беспроводных информационных сетей,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 7, pp. 437–447, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020070043.

M. K. Amaljith, G. Hanumantha Rao, S. Rekha, “Low voltage current reference circuit with low temperature coefficient,” in 2018 IEEE Distributed Computing, VLSI, Electrical Circuits and Robotics (DISCOVER), 2018, pp. 60–63, doi: https://doi.org/10.1109/DISCOVER.2018.8674109.

В. Г. Литовченко, М. В. Стріха, Сонячна Енергетика. Київ: К.І.С., 2015.

I. M. Vikulin, V. E. Gorbachev, S. D. Kurmashev, “Degradation of the parameters of transistor temperature sensors under the effect of ionizing radiation,” Semiconductors, vol. 51, no. 10, pp. 1354–1359, 2017, doi: https://doi.org/10.1134/S1063782617100190.

И. М. Викулин, В. Э. Горбачев, А. А. Назаренко, “Радиационно чувствительный детектор на основе полевых транзисторов,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 60, no. 9, pp. 515–520, 2017, doi: https://doi.org/10.20535/s0021347017090035.

G. S. Ristić, M. Andjelković, A. B. Jakšić, “The behavior of fixed and switching oxide traps of RADFETs during irradiation up to high absorbed doses,” Appl. Radiat. Isot., vol. 102, pp. 29–34, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2015.04.009.

Стабилизатор тока на основе ПТ с p–n-переходом и температурная зависимость его выходного тока при различных значениях стабилизирующего резистора

Опубліковано

2021-06-30 — Оновлено 2021-06-30

Як цитувати

Викулин, И. М., Викулина, Л. Ф., Горбачев, В. Э., & Михайлов, Н. С. (2021). Термостабильный радиационно-стойкий генератор опорного тока на базе полевых транзисторов. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(6), 362–373. https://doi.org/10.20535/S0021347021060042

Номер

Розділ

Статті