Термостабильный радиационно-стойкий генератор опорного тока на базе полевых транзисторов

Автор(и)

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

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

##submission.downloads##

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

Том 64 № 6 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.