CN103208301A - 一种抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置 - Google Patents

一种抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明适用于抗辐照存储器，提供了一种抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，包括基准电压调整电路，与灵敏放大器相连，调整灵敏放大器基准电压的大小，从而改变灵敏放大器增益；偏置电流调整电路，与所述灵敏放大器相连，调整灵敏放大器偏置电流的大小；辐照检测电路，用于检测辐照剂量的变化并把产生的控制信号发送给所述基准电压调整电路和所述偏置电流调整电路。所述的抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置采用实时检测及动态调整方式对存储器电路进行加固，能够根据实时检测到的辐照剂量大小，对灵敏放大器阈值进行相应的调整，既能够保证电路在辐照条件下仍然能够正常工作，又不会因为过调整导致存储器读出数据错误。

Description

一种抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，尤其涉及一种抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置。
背景技术
随着航天事业的迅猛发展，存储器在航天领域的应用越来越广泛。同时，对存储器的抗辐照性能也提出了更高的要求。读出灵敏放大器读数的模块是存储器中最关键的电路模块之一，也是最为敏感的电路单元，对存储器的读取速度、读取数据可靠性都有重要影响，优化灵敏放大器的辐照性能可以提高存储器在宇宙空间工作时的可靠性，提高航天器飞行的安全性。为了提升辐照环境下器件的性能，需要对存储器及其他电子元器件进行设计加固。加固的方法主要有工艺加固、版图设计加固、电路设计加固等手段。在加固设计的基础上还需一种能够检测空间总剂量效应大小并调整存储器相应参数的设计，以弥补现有集成电路抗辐照加固方法存在的缺点和局限性，最大限度地提高期间抗辐照性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，采用剂量检测传感器或者检测单元对辐照剂量进行检测，并将辐照剂量变化转化为电压变化控制信号，根据辐照剂量的变化，控制灵敏放大器对读出的阈值进行相应调整，从而保证电路在辐照时也能正确读出数据。
本发明是这样实现的，一种抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，包括：辐照检测电路、灵敏放大器、至少一基准电压调整电路或者偏置电流调整电路；
所述辐照检测电路用于检测辐照剂量的变化，并把产生的控制信号发送给所述基准电压调整电路和所述偏置电流调整电路；
所述基准电压调整电路与所述灵敏放大器相连，调整灵敏放大器基准电压的大小，从而改变灵敏放大器增益，对灵敏放大器的读取阈值进行调整；
所述偏置电流调整电路与所述灵敏放大器相连，调整灵敏放大器偏置电流的大小，从而对灵敏放大器的读取阈值进行调整。
进一步地，所述的辐照检测电路包括检测阈值不同的辐照剂量检测电路1至辐照剂量检测电路n，所述的辐照剂量检测电路1至辐照剂量检测电路n分别有两控制信号输出，分别为基准电压控制信号T1至Tn、偏置电流控制信号TN1至TNn;
所述基准电压调整电路根据接收到的基准电压控制信号,将所述灵敏放大器的基准电压进行相应程度的调整;
所述偏置电流调整电路根据接收到的偏置电流控制信号,将所述灵敏放大器的偏置电流进行相应程度的调整。
进一步地，所述辐照剂量检测电路包括：比较器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、NMOS管Q0；
电阻R1的一端与工作电压相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端串联连接，电阻R2的另一端接地，电容C1与电阻R2并联连接；
电阻R3的一端与工作电压相连，电阻R3的另一端与电阻R4的一端串联连接，电阻R4的另一端接地，电容C2与电阻R4并联连接，NMOS管Q0的漏极与电阻R4的一端连接，NMOS管Q0的栅极与源极接地；
电阻R1和电阻R2的串联连接点与比较器的同相输入端连接，电阻R3和电阻R4的串联连接点与比较器的反相输入端连接。
进一步地，所述比较器的输出端分为两线路，其中一线路直接作为基准电压控制信号输出，另一线路接一反相器后作为偏置电流控制信号再输出。
进一步地，所述偏置电流调整电路包括：PMOS管Q01、PMOS管Q02、NMOS管Q03、NMOS管Q04、开关SN1至SNn、电流源I0、电流源I1至In；
所述PMOS管Q01的漏极与所述PMOS管Q02的漏极相连，所述PMOS管Q01的栅极与所述PMOS管Q02的栅极相连，所述PMOS管Q01的栅极、所述PMOS管Q02的栅极与所述NMOS管Q03的漏极、所述PMOS管Q01的源极相连，所述PMOS管Q02的源极与所述NMOS管Q04的漏极相连；
所述NMOS管Q03的栅极作为偏置电流调整电路的电压输入端，所述NMOS管Q03的源极与所述NMOS管Q04的源极相连并输出电流Ibias，所述NMOS管Q04的栅极作为偏置电流调整电路的参考电压输出端；
所述开关SN1至SNn并联连接，开关SN1至SNn的一端接电流Ibias，另一端通过电流源I1至In再接地，所述电流源I0的一端接输出电流Ibias，另一端直接接地。
进一步地，所述基准电压调整电路包括：PMOS管Q05、NMOS管Q06、PMOS管Q1至Qn、开关S1至Sn；
PMOS管Q05的漏极接工作电压，PMOS管Q05的栅极与其源极相连，PMOS管Q05的源极与NMOS管Q06的漏极相连；
NMOS管Q06的栅极与其漏极相连，NMOS管Q06的漏极、PMOS管Q05的源极接参考电压Vref，NMOS管Q06的源极接地；
PMOS管Q1至Qn的漏极接工作电压，栅极与源极相连，源极接开关S1至Sn的一端，开关S1至Sn的另一端全部相连并接入参考电压输出端。
进一步地，所述基准电压控制信号T1至Tn分别控制开关S1至Sn闭合或断开。
进一步地，所述偏置电流控制信号TN1至TNn分别控制开关SN1至SNn闭合或断开。
本发明与现有技术相比，有益效果在于采用实时检测及动态调整方式对存储器电路进行抗辐照加固，与传统的工艺及版图设计加固相比，本发明中的加固方式能够根据实时检测到的辐照剂量大小，对灵敏放大器阈值进行相应的调整，当辐照剂量减小或消失时，电路也能调整相应的灵敏放大器阈值，进行跟随变化，既能够保证电路在辐照条件下仍然能够正常工作，又不会因为过调整导致存储器读出数据错误。
附图说明
图1是本发明的抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置的结构框图；
图2是本发明辐照剂量检测电路的电路图；
图3是本发明灵敏放大器偏置电流调整电路的电路图；
图4是本发明灵敏放大器基准电压调整电路的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，包括辐照检测电路101、灵敏放大器103、至少一基准电压调整电路102或者偏置电流调整电路104。所述辐照检测电路101用于检测辐照剂量的变化，并把产生的控制信号发送给所述基准电压调整电路102和所述偏置电流调整电路104；所述基准电压调整电路102与所述灵敏放大器103相连，用于调整灵敏放大器103基准电压的大小，从而改变灵敏放大器103增益，对灵敏放大器103的读取阈值进行调整；所述偏置电流调整电路104与所述灵敏放大器103相连，用于调整灵敏放大器103偏置电流的大小，从而对灵敏放大器103的读取阈值进行调整。在实际使用中，所述基准电压调整电路和所述偏置电流调整电路可分别单独使用或者结合起来使用，在进行调整时根据实际需要分别调整或者同时调整。
辐照检测电路101包括n个检测阈值不同的辐照剂量检测电路，分别为：辐照剂量检测电路1、辐照剂量检测电路2、辐照剂量检测电路3、辐照剂量检测电路4、……辐照剂量检测电路n。每一单个的辐照剂量检测电路都有两个控制信号输出，分别为基准电压控制信号T和偏置电流控制信号TN，比如，辐照剂量检测电路1的两个输出控制信号为基准电压控制信号T1、偏置电流控制信号TN1，辐照剂量检测电路2的两个输出控制信号为基准电压控制信号T2、偏置电流控制信号TN2，辐照剂量检测电路3的两个输出控制信号为基准电压控制信号T3、偏置电流控制信号TN3，辐照剂量检测电路n的两个输出控制信号为基准电压控制信号Tn、偏置电流控制信号TNn等。所述基准电压调整电路102根据接收到的基准电压控制信号T1至Tn，将所述灵敏放大器103的基准电压进行相应程度的调整。所述偏置电流调整电路104根据接收到的偏置电流控制信号TN1至TNn，将所述灵敏放大器103的偏置电流进行相应程度的调整。
存储器电路设计时，在敏感器件及电路模块附近放置辐照剂量检测电路，比如，存储单元和灵敏放大器附近。辐照剂量检测电路1至n设置不同的检测剂量阈值，比如50K至300Krad（Si），根据实际电路对辐照效应的敏感程度来选择相应阈值的检测电路。辐照剂量检测电路的输出基准电压控制信号T1至Tn控制灵敏放大器103的基准电压，偏置电流控制信号TN1至TNn控制灵敏放大器103的偏置电流，根据辐照剂量的大小，实时调整灵敏放大器103的基准和偏置电压及电流，并对灵敏放大器103的阈值进行调整，使电路在辐照时仍然能够保持正确的工作状态。
辐照剂量检测电路1至n的内部电路结构均相同，如图2所示，所述辐照检测电路101中的一个辐照剂量检测电路包括：比较器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、NMOS管Q0。所述的NMOS管Q0采用Mn进行辐照剂量检测。电阻R1的一端与工作电压VDD相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端串联连接，电阻R2的另一端接地，电容C1与电阻R2并联连接。电阻R3的一端与工作电压VDD相连，电阻R3的另一端与电阻R4的一端串联连接，电阻R4的另一端接地，电容C2与电阻R4并联连接，NMOS管Q0的漏极与电阻R4的一端连接，NMOS管Q0的栅极与源极均接地。电阻R1和电阻R2的串联连接点与比较器的同相输入端Vp连接，电阻R3和电阻R4的串联连接点与比较器的反相输入端Vn连接。比较器的输出端分为两线路，其中一线路直接作为基准电压控制信号输出基准电压控制信号T，另一线路接一反相器后作为偏置电流控制信号再输出偏置电流控制信号TN。电容C1、C2为滤波电容，在电阻R2和电阻R4的两端分别并联电容C1、C2是用来消除电源电压VDD抖动对电压Vp和Vn的影响。比较器输入端电压Vp和Vn通过电阻R1、R2、R3和R4分压得到，Vp和Vn之差为差模输入电压Vd。当Vd>0时，比较器输出高电平；Vd<0时，比较器输出低电平。
如图3所示，偏置电流调整电路包括：PMOS管Q01、PMOS管Q02、NMOS管Q03、NMOS管Q04、开关SN1至SNn、电流源I0、电流源I1至In。所述PMOS管Q01的漏极与所述PMOS管Q02的漏极相连，所述PMOS管Q01的栅极与所述PMOS管Q02的栅极相连，所述PMOS管Q01的栅极、所述PMOS管Q02的栅极与所述NMOS管Q03的漏极、所述PMOS管Q01的源极相连，所述PMOS管Q01的源极与所述NMOS管Q03的漏极相连，所述PMOS管Q02的源极与所述NMOS管Q04的漏极相连。所述NMOS管Q03的栅极作为偏置电流调整电路的电压输入端Vin，所述NMOS管Q03的源极与所述NMOS管Q04的源极相连并输出电流Ibias，所述NMOS管Q04的栅极作为偏置电流调整电路的参考电压输出端Vref。所述开关SN1至SNn并联连接，开关SN1至SNn的一端接入电流Ibias，另一端通过电流源I1至In再接地。所述电流源I0的一端接输出电流Ibias，另一端直接接地。所述电流源I0、电流源I1至In提供灵敏放大器正常工作时需要的偏置电流。通过偏置电流控制信号TN1至TNn的变化，分别控制开关SN1至SNn的断开或者闭合，调整灵敏放大器偏置电流大小，从而改变灵敏放大器增益，对灵敏放大器阈值进行调整。比如，偏置电流控制信号TN1控制开关SN1的断开闭合，偏置电流控制信号TN2控制开关SN2的断开闭合，辐照剂量检测电路输出的偏置电流控制信号TNn控制开关SNn的断开闭合等。
如图4所示，基准电压调整电路包括：PMOS管Q05、NMOS管Q06、PMOS管Q1至Qn、开关S1至Sn。PMOS管Q05的漏极接工作电压VDD，PMOS管Q05的栅极与其源极相连，PMOS管Q05的源极与NMOS管Q06的其漏极相连。NMOS管Q06的栅极与漏极相连，NMOS管Q06的漏极、PMOS管Q05的源极接参考电压输出端Vref，NMOS管Q06的源极接地。PMOS管Q1至Qn的漏极接工作电压VDD，栅极与源极相连，源极分别接开关S1至Sn的一端，开关S1至Sn的另一端全部相连并接入参考电压输出端Vref。辐照剂量检测电路输出的基准电压控制信号T1至Tn分别控制开关S1至Sn的工作，通过T1至Tn信号变化，控制开关S1至Sn的断开和闭合，调整灵敏放大器基准电压大小，从而对灵敏放大器读取阈值进行调整。比如，基准电压控制信号T1控制开关S1的断开闭合，基准电压控制信号T2控制开关S2的断开闭合，基准电压控制信号Tn控制开关Sn的断开闭合等。
辐照前，通过设置电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的值，使Vn>Vp，即Vd<0，且辐照剂量检测电路1至n对应的电压Vd1至Vdn设置不同的值，用于检测不同的辐照剂量。例如，当Vd1>Vd2>……>Vdn时，对应的检测剂量就是50K至300K rad（Si）。未辐照时，流过NMOS管Q0的电流Ids为0，Vp和Vn节点的电压仅由电阻分压决定。由于Vd<0，所以T信号为低电平，TN信号为高电平。因此，开关S1至Sn断开，Vref电平较低。同时，开关SN1至SNn闭合，Ibias为最大值。此时，灵敏放大器读取阈值最小。
当电路受到辐照时，NMOS管Q0的阈值发生漂移，流过NMOS管Q0的电流Ids随着辐照剂量的增大逐渐增大，从而Vn点电压随着辐照剂量的增大逐渐减小，而Vp点电压保持不变，因此，差模输入电压Vd逐渐增大。当辐照剂量达到50K时，Vd1>0，Vd2～Vdn<0。所以，T1由低电平变为高电平，TN1由高电平变为低电平。同时，T1控制开关S1闭合，Vref增大；TN1控制开关SN1断开，Ibias减小。灵敏放大器读出阈值增大。此时，即使存储单元漏电流增大，电路也不会读出错误数据。
当辐照剂量继续增大达到100K时，Vd2>0，Vd3～Vdn<0，T2由低电平变为高电平，TN2由高电平变为低电平。同时，开关S2闭合，SN2断开。此时，开关S1、S2处于闭合状态，开关S3至Sn处于断开状态；开关SN1、SN2断开，开关SN3至SNn闭合。所以，Vref进一步增大，Ibias进一步减小，致使灵敏放大器读出阈值进一步增大。
同理，辐照剂量继续增大，剂量达到150K、200K……300K时，控制信号T3至Tn依次变为高电平，TN3至TNn依次变为低电平。从而，开关S3至Sn的闭合个数随着辐照剂量的增大逐渐增加，Vref电压逐渐升高；同时，开关SN3至SNn断开的个数随着辐照剂量的增大也逐渐增加，灵敏放大器偏置电流Ibias逐渐减小。所以灵敏放大器读取阈值随着辐照剂量的增大逐渐提高。
当辐照剂量逐渐减小或辐照效应逐渐消失时，辐照检测电路仍然能够根据辐照剂量或效应的减小速率，控制开关S1至Sn和开关SN1至SNn闭合和断开的个数，对灵敏放大器的读取阈值进行相应的调整。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，其特征在于，包括：辐照检测电路、灵敏放大器、至少一基准电压调整电路或者偏置电流调整电路；
所述辐照检测电路用于检测辐照剂量的变化，并把产生的控制信号发送给所述基准电压调整电路和所述偏置电流调整电路；
所述基准电压调整电路与所述灵敏放大器相连，调整灵敏放大器基准电压的大小，从而改变灵敏放大器增益，对灵敏放大器的读取阈值进行调整；
所述偏置电流调整电路与所述灵敏放大器相连，调整灵敏放大器偏置电流的大小，从而对灵敏放大器的读取阈值进行调整。
2.根据权利要求1所述的抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，其特征在于，所述的辐照检测电路包括检测阈值不同的辐照剂量检测电路1至辐照剂量检测电路n，所述的辐照剂量检测电路1至辐照剂量检测电路n分别有两控制信号输出，分别为基准电压控制信号T1至Tn、偏置电流控制信号TN1至TNn;
所述基准电压调整电路根据接收到的基准电压控制信号,将所述灵敏放大器的基准电压进行相应程度的调整;
所述偏置电流调整电路根据接收到的偏置电流控制信号,将所述灵敏放大器的偏置电流进行相应程度的调整。
3.根据权利要求2所述的抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，其特征在于，所述辐照剂量检测电路包括：比较器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、NMOS管Q0；
电阻R1的一端与工作电压相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端串联连接，电阻R2的另一端接地，电容C1与电阻R2并联连接；
电阻R3的一端与工作电压相连，电阻R3的另一端与电阻R4的一端串联连接，电阻R4的另一端接地，电容C2与电阻R4并联连接，NMOS管Q0的漏极与电阻R4的一端连接，NMOS管Q0的栅极与源极接地；
电阻R1和电阻R2的串联连接点与比较器的同相输入端连接，电阻R3和电阻R4的串联连接点与比较器的反相输入端连接。
4.根据权利要求3所述的抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，其特征在于，所述比较器的输出端分为两线路，其中一线路直接作为基准电压控制信号输出，另一线路接一反相器后作为偏置电流控制信号再输出。
5.根据权利要求1所述的抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，其特征在于，所述偏置电流调整电路包括：PMOS管Q01、PMOS管Q02、NMOS管Q03、NMOS管Q04、开关SN1至SNn、电流源I0、电流源I1至In；
所述PMOS管Q01的漏极与所述PMOS管Q02的漏极相连，所述PMOS管Q01的栅极与所述PMOS管Q02的栅极相连，所述PMOS管Q01的栅极、所述PMOS管Q02的栅极与所述NMOS管Q03的漏极、所述PMOS管Q01的源极相连，所述PMOS管Q02的源极与所述NMOS管Q04的漏极相连；
所述NMOS管Q03的栅极作为偏置电流调整电路的电压输入端，所述NMOS管Q03的源极与所述NMOS管Q04的源极相连并输出电流Ibias，所述NMOS管Q04的栅极作为偏置电流调整电路的参考电压输出端；
所述开关SN1至SNn并联连接，开关SN1至SNn的一端接电流Ibias，另一端通过电流源I1至In再接地，所述电流源I0的一端接输出电流Ibias，另一端直接接地。
6.根据权利要求1所述的抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，其特征在于，所述基准电压调整电路包括：PMOS管Q05、NMOS管Q06、PMOS管Q1至Qn、开关S1至Sn；
PMOS管Q05的漏极接工作电压，PMOS管Q05的栅极与其源极相连，PMOS管Q05的源极与NMOS管Q06的漏极相连；
NMOS管Q06的栅极与其漏极相连，NMOS管Q06的漏极、PMOS管Q05的源极接参考电压Vref，NMOS管Q06的源极接地；
PMOS管Q1至Qn的漏极接工作电压，栅极与源极相连，源极接开关S1至Sn的一端，开关S1至Sn的另一端全部相连并接入参考电压输出端。
7.根据权利要求2所述的抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，其特征在于，所述基准电压控制信号T1至Tn分别控制开关S1至Sn闭合或断开。
8.根据权利要求2所述的抗辐照存储器跟随剂量适应性调节装置，其特征在于，所述偏置电流控制信号TN1至TNn分别控制开关SN1至SNn闭合或断开。
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