一种抗单粒子效应辐射加固线性稳压器电路

技术领域

本发明涉及模拟集成电路技术领域，特别涉及一种抗单粒子效应辐射加固线性稳压器电路。

背景技术

线性稳压器一般由参考电压、误差放大器、功率器件组成；其通过线性地调整连接在输入电源和受调制的输出电压之间的串联功率管器件，确保输出电压为参考电压的某个预置的比例值。

单粒子瞬态现象(Single Event Transient，SET)是由于太空中高能量粒子轰击，引起器件寄生电流顺变，诱发集成电路中节点处电压出现瞬时电压偏移(电压尖峰)的现象。该事件主要发生在模拟集成电路当中，会使重要节点电压出现较大偏移导致电路工作异常甚至失效。

目前的线性稳压器电路如图1所示，包括误差放大器EA1、EA2、EA3、表决电路MAJ、PMOS功率晶体管MP；电阻R1、R2。该电路器件采用参考电压VREF连接三个相同的误差放大器的负输入端，三个误差放大器输出接入表决电路MAJ，表决电路MAJ的输出接功率管MP的栅极，功率管MP的漏极连接反馈电阻R2，电阻R2一端连接电阻R1，另一端连接三个误差放大器的正输入端最终构成负反馈。电路利用误差放大器构成的负反馈环路，设定输出电压为：

该电路的辐照加固技术通过三模冗余加固技术实现：将误差放大器进行三重复制，得到三个相同的误差放大器EA1、EA2和EA3，三个误差放大器的输出由表决电路进行比较，最终生成控制功率器件的信号。如果其中有一个误差放大器因为单粒子效应出现错误，由于表决电路只输出占多数误差放大器的输出，因此控制功率器件的信号依然可以保持正常。

但是这种电路采用了三模冗余加固技术，需要复制三个完全相同的误差放大器，大幅增加了芯片面积和功耗开销，使电路应用范围受限；并且误差放大器为模拟电路，由于器件的失配效应会导致三份误差放大器电性能上存在差异，影响线性稳压器的环路调整性能，另外增加表决电路来整合三个误差放大器的输出，增加了设计复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗单粒子效应辐射加固线性稳压器电路，以通过较小的面积和功耗开销，实现良好的环路调整性能和抗辐射能力。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗单粒子效应辐射加固线性稳压器电路，包括：

主环路，用于改善单粒子效应；

次环路，与所述主环路并联设置，跳过速度慢的器件直接控制所述主环路，及时纠正单粒子瞬变引起的误差。

在一种实施方式中，所述抗单粒子效应辐射加固线性稳压器电路包括PMOS晶体管MP1～MP5、NMOS晶体管MN1～MN6、二极管D1、电阻R1～R4、电容C1～C5、误差放大器EA以及等效电流源I1；

PMOS晶体管MP1、MP2和MP3的栅极均连接VB信号，源极均连接电源，PMOS晶体管MP1的漏极连接NMOS晶体管MN1的漏极，PMOS晶体管MP2的漏极同时连接自身栅极和NMOS晶体管MN5的漏极，PMOS晶体管MP3的漏极连接NMOS晶体管MN6的漏极；

NMOS晶体管MN1的栅极同时接自身漏极和NMOS晶体管MN2的栅极，NMOS晶体管MN5的栅极和NMOS晶体管MN6的栅极均接参考电压VREF，NMOS晶体管MN5的源极接NMOS晶体管MN3的漏极，NMOS晶体管MN3的栅极连接NMOS晶体管MN4的栅极，NMOS晶体管MN6的源极接NMOS晶体管MN2的漏极；电容C1的第一端同时接NMOS晶体管MN1的栅极和NMOS晶体管MN2的栅极，NMOS晶体管MN1的源极、NMOS晶体管MN2的源极、NMOS晶体管MN3的源极和电容C1的第二端均接地；

二极管D1的正极同时接PMOS晶体管MP3的漏极和NMOS晶体管MN6的漏极，二极管D1的负极接电源；电容C2的第一端接电源，第二端接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端接二极管D1的正极；PMOS晶体管MP4的源极接电源，栅极同时接电阻R3的第二端和二极管D1的正极，漏极同时接误差放大器EA的电源输入端、PMOS晶体管MP5的源极和输出端VOUT；误差放大器EA的正端连接参考电压VREF，负端同时连接电阻R1的第一端和电容C5的第一端，输出端同时连接PMOS晶体管MP5的栅极、电阻R4的第一端和电容C4的第一端；PMOS晶体管MP5的漏极连接NMOS晶体管MN4的漏极和栅极，NMOS晶体管MN4的源极接地；

等效电流源I1的正极连接电源，负极同时连接电阻R2的第一端和输出端VOUT，电阻R2的第二端同时接电阻R1的第一端和电容C5的第一端，电阻R4的第二端接电容C3的第一端；电容C3的第二端、电容C4的第二端、电阻R1的第二端和电容C5的第二端均接地。

在一种实施方式中，所述主环路由误差放大器EA、PMOS晶体管MP2、MP3、MP4、MP5、电阻R1、R2、电容C5、NMOS晶体管MN3、MN4、MN5、MN6构成；其中所述PMOS晶体管MP4为线性稳压器电路的功率管，所述电阻R2、R1为反馈电阻。

在一种实施方式中，所述电阻R3、所述电容C2为滤波电路，抑制单粒子效应负脉冲产生的电压跌落。

在一种实施方式中，所述电容C5为滤波电容，在改善单粒子效应的同时降低环路调整速度。

在一种实施方式中，所述电阻R4、电容C3、C4为补偿网络，给线性稳压器提供补偿；所述PMOS晶体管MP1、NMOS晶体管MN1用于产生电流镜偏置；所述电容C1对NMOS晶体管MN1的栅极进行滤波，抑制单粒子效应。

本发明提供的一种抗单粒子效应辐射加固线性稳压器电路，具有以下

有益效果：

(1)利用双环路控制结构，提高环路响应速度，及时纠正单粒子瞬变引起的误差，克服了传统三模冗余误差放大器由于器件失配效应导致的三份误差放大器电性能差异，恶化环路调整能力；

(2)利用在重要节点增加二极管和电容的技术来改善抗单粒子瞬态性能，所需电路面积和功耗大幅降低，降低电路成本。

附图说明

图1是现有技术的抗辐射线性稳压器电路原理示意图。

图2是本发明提出的一种抗单粒子效应辐射加固线性稳压器电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种抗单粒子效应辐射加固线性稳压器电路作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供一种抗单粒子效应辐射加固线性稳压器电路，其结构原理如图2所示，包括以下器件：PMOS晶体管MP1～MP5、NMOS晶体管MN1～MN6、二极管D1、电阻R1～R4、电容C1～C5、误差放大器EA以及等效电流源I1。

PMOS晶体管MP1、MP2和MP3的栅极均连接VB信号，源极均连接电源，PMOS晶体管MP1的漏极连接NMOS晶体管MN1的漏极，PMOS晶体管MP2的漏极同时连接自身栅极和NMOS晶体管MN5的漏极，PMOS晶体管MP3的漏极连接NMOS晶体管MN6的漏极。

NMOS晶体管MN1的栅极同时接自身漏极和NMOS晶体管MN2的栅极，NMOS晶体管MN5的栅极和NMOS晶体管MN6的栅极均接参考电压VREF，NMOS晶体管MN5的源极接NMOS晶体管MN3的漏极，NMOS晶体管MN3的栅极连接NMOS晶体管MN4的栅极，NMOS晶体管MN6的源极接NMOS晶体管MN2的漏极；电容C1的第一端同时接NMOS晶体管MN1的栅极和NMOS晶体管MN2的栅极，NMOS晶体管MN1的源极、NMOS晶体管MN2的源极、NMOS晶体管MN3的源极和电容C1的第二端均接地。

二极管D1的正极同时接PMOS晶体管MP3的漏极和NMOS晶体管MN6的漏极，二极管D1的负极接电源；电容C2的第一端接电源，第二端接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端接二极管D1的正极；PMOS晶体管MP4的源极接电源，栅极同时接电阻R3的第二端和二极管D1的正极，漏极同时接误差放大器EA的电源输入端、PMOS晶体管MP5的源极和输出端VOUT；误差放大器EA的正端连接参考电压VREF，负端同时连接电阻R1的第一端和电容C5的第一端，输出端同时连接PMOS晶体管MP5的栅极、电阻R4的第一端和电容C4的第一端；PMOS晶体管MP5的漏极连接NMOS晶体管MN4的漏极和栅极，NMOS晶体管MN4的源极接地。

等效电流源I1的正极连接电源，负极同时连接电阻R2的第一端和输出端VOUT，电阻R2的第二端同时接电阻R1的第一端和电容C5的第一端，电阻R4的第二端接电容C3的第一端；电容C3的第二端、电容C4的第二端、电阻R1的第二端和电容C5的第二端均接地。

本发明的线性稳压器电路采用双负反馈环路控制。主环路由误差放大器EA、PMOS晶体管MP2、MP3、MP4、MP5、电阻R1、R2、电容C5、NMOS晶体管MN3、MN4、MN5、MN6构成。PMOS晶体管MP4为线性稳压器电路的功率管。电阻R2、R1为反馈电阻，设定输出电压为：

误差放大器EA的负端为主环路的反馈节点，是对单粒子效应的敏感节点，利用电容C5抑制单粒子效应的影响。功率管MP4的栅极也是单粒子敏感节点，在功率管MP4的栅极与电源之间串接二极管D1，对单粒子效应产生的正脉冲进行钳位；电阻R3、电容C2为滤波电路，抑制单粒子效应负脉冲产生的电压跌落。

由于在误差放大器EA的负端增加了滤波电容C5，在改善单粒子效应的同时会降低环路调整速度，不利于线性稳压器的抗单粒子能力。因此本发明在主环路基础上并联一条快速的次环路。该次环路由PMOS晶体管MP2、MP3、MP4、MP5、NMOS晶体管MN3、MN4、MN5、MN6构成。次环路可以跳过速度较慢的器件例如误差放大器EA、电阻R2、R1、电容C5，直接控制主环路，提高了线性稳压器面对单粒子效应、负载阶跃等瞬变效应的响应速度。提高了线性稳压器的性能。

电阻R4、电容C3、C4为补偿网络，用于给线性稳压器提供补偿，保证稳定性。等效电流源I1用于给误差放大器EA提供供电电流。PMOS晶体管MP1、NMOS晶体管MN1用于产生电流镜偏置。电容C1对NMOS晶体管MN1的栅极进行滤波，抑制单粒子效应。

本发明的线性稳压器采用并联的双环路控制工作，提高电路响应速度，抑制单粒子效应诱发的瞬态尖峰电压和电流，提高电路抗辐照性能。同时在重要节点增加二极管和电容进行额外的辐照加固。相比于现有技术，不需要采用三模冗余加固技术，减小了电路的功耗，整体版图布局也更加经济紧凑，易于设计和移植，应用范围更广。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。