辐射探测电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种辐射探测电路，包括：用于感测待测辐射的第一PMOS晶体管；与第一PMOS晶体管连接的第一放大器；不感测待测辐射的第二PMOS晶体管；与第二PMOS晶体管相连的第二放大器；以及比较模块，用于将第一放大器和第二放大器的输出进行比较，并将其差值进行放大输出。本发明简化了辐射探测电路的结构，与现有技术相比极大地降低了功耗。
【专利说明】辐射探测电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体【技术领域】，尤其涉及一种辐射探测电路。
【背景技术】
[0002] 在太空中，很多电子设备都会暴露在一定的辐射环境下。为了保证这些电子设备 的可靠性，对总剂量辐射的检测很有必要。因为一旦辐射总剂量超过某一额度，就会导致电 子系统的失效。
[0003] PMOS总剂量辐射探测器主要包括由特定工艺制成的辐射敏感场效应晶体管。由于 辐射后产生的氧化物陷阱与界面陷阱电荷使得MOSFET阈值电压发生漂移。通过标定阈值 电压漂移量与辐照剂量的关系，测出阈值电压漂移量得到辐射剂量的大小。一般说来，NMOS 辐射后，氧化物陷阱电荷使其阈值电压发生负向漂移，但是界面电荷使其阈值电压发生正 向漂移；PMOS辐射后产生的氧化物陷阱电荷和界面电荷都使得其阈值电压负向漂移，因此 大部分的总剂量辐射探测电路一般采用PMOS场效应晶体管作为总剂量辐射探测器。
[0004] 由上述原理可知，可以根据pMOS晶体管阈值电压产生的变化设计出电路，使之能 够反映出所受总剂量辐射环境的大小。如图1所示，为现有技术的探测电路示意图，该读出 电路由四个主要的模块构成，能够将模拟信号转化为数字信号输出。因此这个探测电路为 了满足某些数字自动化系统而过于复杂。但是在一般的应用中，并不需要AD转换。
[0005] 因此，希望提出一种能应用在实验室中，较为简单的pMOS总剂量辐射监测电路。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个目的是提供一种结构更简单、功耗更低的辐射探测电路。
[0007] 本发明提供了一种一种辐射探测电路，包括：用于感测待测辐射的第一PMOS晶体 管；与第一PMOS晶体管连接的第一放大器；不感测待测辐射的第二PMOS晶体管；与第二 PMOS晶体管相连的第二放大器；以及比较模块，用于将第一放大器和第二放大器的输出进 行比较，并将其差值进行放大输出。
[0008] 可选地，第一放大器是运算放大器，所述第一PMOS晶体管的源极接电源电压，漏 极连接第一放大器的共模输入端，栅极连接所述第一放大器的差模输入端，所述第一放大 器的输出连接所述比较模块的共模输入端。
[0009] 可选地，所述第一PMOS晶体管的栅极和第一放大器的差模输入端之间存在第一 稳流电阻。
[0010] 可选地，第二放大器是运算放大器，所述第二PMOS晶体管的源极接电源电压，漏 极连接第二放大器的差模输入端，栅极连接所述第二放大器的共模输入端，所述第二放大 器的输出连接所述比较模块的差模输入端。
[0011] 可选地，所述第二PMOS晶体管的栅极和第二放大器的共模输入端之间存在第二 稳流电阻。
[0012] 可选地，第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管配置完全相同，第一放大器和第二放 大器的配置完全相同。
[0013] 可选地，所述第一、第二PMOS晶体管工作于饱和区。
[0014] 可选地，所述比较模块包括第三放大器，其输出信号反映待测辐射的大小。
[0015] 可选地，所述辐射探测电路还包括稳流模块，所述稳流模块用于为第一PMOS晶体 管和第二PMOS晶体管的漏极提供相等的稳定电流。
[0016] 可选地，所述稳流模块包括：恒定电压源，其正极连接所述第一放大器的共模输入 端和第二放大器的差模输入端，负极接地；第三稳流电阻，其一端接恒定电压源的正极，一 端接地；第四稳流电阻，其一端接恒定电压源的正极，一端接地；所述第三稳流电阻和第四 稳流电阻阻值相等。
[0017] 现有技术的辐射探测电路采用AD转换。本发明的发明人发现，不用AD转换，采 用模拟器件，同样能实现准确的辐射探测，这样结构更简单、功耗更低。本发明利用PMOS辐 射后产生的氧化物陷阱电荷和界面电荷都使得阈值电压负向漂移的特点，利用阈值电压漂 移量与辐照剂量的关系，用第一PMOS晶体管感测待测辐射。由于待测辐射的影响，使第一 PMOS晶体管的输出偏移，经第一放大器放大。而第二PMOS晶体管是未经受辐射的，它的输 出也经第二放大器放大。第一放大器和第二放大器放大的信号再经比较模块比较，这个输 出就能够反映由于辐射的影响造成的第一PMOS晶体管的输出电压的偏移，该偏移反映了 辐射量。通过这种方式，采用简单的模拟电路，仍然能够实现探测待测辐射的目的，达到了 以更简单的辐射、更低的功耗探测辐射的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它 特征、目的和优点将会变得更明显。
[0019] 图1为现有技术的辐射探测电路示意图；
[0020] 图2根据本发明的实施例的辐射探测电路的结构图。
【具体实施方式】
[0021] 下面详细描述本发明的实施例。
[0022] 所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类 似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅 用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或 例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设 置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。
[0023] 本发明提供了一种基于运算放大器的PMOS辐射探测电路。下面，将通过本发明的 一个实施例对图2所示的辐射探测电路进行具体描述。如图2所示，本发明所提供的辐射 探测电路包括以下结构：
[0024] 用于感测待测辐射的第一PMOS晶体管Ml;
[0025] 与第一PMOS晶体管Ml连接的第一放大器Al;
[0026] 不感测待测辐射的第二PMOS晶体管M2;
[0027] 与第二PMOS晶体管M2相连的第二放大器A2;以及
[0028] 比较模块，用于将第一放大器Al和第二放大器A2的输出进行比较，并将其差值进 行放大输出。
[0029] 可选地，第一放大器Al是运算放大器，所述第一PMOS晶体管Ml的源极接电源电 压，漏极连接第一放大器Al的共模输入端，栅极连接所述第一放大器Al的差模输入端，所 述第一放大器Al的输出连接所述比较模块的共模输入端。但第一放大器也可以采用其它 放大器，只要能对第一PMOS管输出的信号放大即可。由于第一PMOS输出的信号太小，无法 直接测量或进入比较模块比较，因此要经过第一放大器。采用运算放大器有利于结构进一 步简单、进一步降低功耗。
[0030] 可选地，所述第一PMOS晶体管Ml的栅极和第一放大器Al的差模输入端之间存在 第一稳流电阻R3。它有利于稳定所述第一PMOS晶体管Ml的栅极和第一放大器Al的差模 输入端之间的电流。
[0031] 优选地，第二放大器A2是运算放大器，所述第二PMOS晶体管M2的源极接电源电 压，漏极连接第二放大器A2的差模输入端，栅极连接所述第二放大器A2的共模输入端，所 述第二放大器A2的输出连接所述比较模块的差模输入端。但第二放大器也可以采用其它 放大器，只要能对第二PMOS管输出的信号放大即可。由于第二PMOS输出的信号太小，无法 直接测量或进入比较模块比较，因此要经过第二放大器。采用运算放大器有利于结构进一 步简单、进一步降低功耗。
[0032] 可选地，所述第二PMOS晶体管M2的栅极和第二放大器A2的共模输入端之间存在 第二稳流电阻R4。它的作用与R3类似。
[0033] 其中，第一PMOS晶体管Ml和第二PMOS晶体管M2配置完全相同，第一放大器Al 和第二放大器A2的配置完全相同。
[0034] 其中，所述第一、第二PMOS晶体管Ml、M2工作于饱和区。
[0035] 可选地,所述比较模块包括第三放大器A3,，其输出信号反映待测辐射的大小。但 也可以采用其它比较模块，如搭建的比较电路。
[0036] 其中，所述辐射探测电路还包括稳流模块，所述稳流模块用于为第一PMOS晶体管 Ml和第二PMOS晶体管M2的漏极提供相等的稳定电流。
[0037] 其中，所述稳流模块包括：
[0038] 恒定电压源V，其正极连接所述第一放大器Al的共模输入端和第二放大器A2的差 模输入端，负极接地；
[0039] 第三稳流电阻R1，其一端接恒定电压源的正极，一端接地；
[0040] 第四稳流电阻R2,其一端接恒定电压源的正极，一端接地；
[0041] 所述第三稳流电阻Rl和第四稳流电阻R2阻值相等。
[0042] 下面对详细结构进行具体介绍。
[0043] 所述辐射感应探测器主要是由特定工艺制成的辐射敏感场效应晶体管。由于辐射 后产生的氧化物陷阱与界面陷阱电荷使得MOSFET阈值电压发生漂移。通过标定阈值电压 漂移量与辐照剂量的关系，测出阈值电压漂移量得到辐射剂量的大小。一般说来，NMOS辐 射后，氧化物陷阱电荷使其阈值电压发生负向漂移，但是界面电荷使其阈值电压发生正向 漂移；PMOS辐射后产生的氧化物陷阱电荷和界面电荷都使得其阈值电压负向漂移，这就是 一般采用PMOS场效应晶体管作为总剂量辐射探测器的原因。
[0044] 辐射后，处于饱和区的PMOS的阈值电压产生负向漂移，根据PMOS晶体管饱和区的 电流公式：
[0045] 根据PMOS晶体管饱和区的电流公式：
[0046]
【权利要求】
1. 一种福射探测电路，包括： 用于感测待测福射的第一 PMOS晶体管（Ml); 与第一 PMOS晶体管（Ml)连接的第一放大器（A1); 不感测待测福射的第二PMOS晶体管（M2); 与第二PMOS晶体管（M2)相连的第二放大器（A2) 及 比较模块，用于将第一放大器（A1)和第二放大器（A2)的输出进行比较，并将其差值进 行放大输出。
2. 根据权利要求1所述的福射探测电路，其特征在于，第一放大器（A1)是运算放大器， 所述第一 PMOS晶体管（Ml)的源极接电源电压，漏极连接第一放大器（A1)的共模输入端， 栅极连接所述第一放大器（A1)的差模输入端，所述第一放大器（A1)的输出连接所述比较 模块的共模输入端。
3. 根据权利要求2所述的福射探测电路，其特征在于，所述第一 PMOS晶体管（Ml)的栅 极和第一放大器（A1)的差模输入端之间存在第一稳流电阻化3)。
4. 根据权利要求1所述的福射探测电路，其特征在于，第二放大器（A2)是运算放大器， 所述第二PMOS晶体管（M2)的源极接电源电压，漏极连接第二放大器（A2)的差模输入端， 栅极连接所述第二放大器（A2)的共模输入端，所述第二放大器（A2)的输出连接所述比较 模块的差模输入端。
5. 根据权利要求4所述的福射探测电路，其特征在于，所述第二PMOS晶体管（M2)的栅 极和第二放大器（A2)的共模输入端之间存在第二稳流电阻（R4)。
6. 根据权利要求1至5中的任何一项所述的福射探测电路，其特征在于，第一 PMOS晶 体管（Ml)和第二PMOS晶体管（M2)配置完全相同，第一放大器（A1)和第二放大器（A2)的 配置完全相同。
7. 根据权利要求1所述的福射探测电路，其特征在于，所述第一、第二PMOS晶体管 (Ml、M2)工作于饱和区。
8. 根据权利要求1所述的福射探测电路，其特征在于，所述比较模块包括第H放大器 (A3)，其输出信号反映待测福射的大小。
9. 根据权利要求1所述的福射探测电路，其特征在于，所述福射探测电路还包括稳流 模块，所述稳流模块用于为第一 PMOS晶体管（Ml)和第二PMOS晶体管（M2)的漏极提供相 等的稳定电流。
10. 根据权利要求9所述的福射探测电路，其特征在于，所述稳流模块包括： 恒定电压源（V)，其正极连接所述第一放大器（A1)的共模输入端和第二放大器（A2)的 差模输入端，负极接地； 第H稳流电阻巧1)，其一端接恒定电压源的正极，一端接地； 第四稳流电阻巧2)，其一端接恒定电压源的正极，一端接地； 所述第H稳流电阻巧1)和第四稳流电阻巧2)阻值相等。
【文档编号】G01T1/02GK104345328SQ201410594524
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】刘梦新, 刘鑫, 赵发展, 韩郑生 申请人:中国科学院微电子研究所