Impacto dos desvios de tensão de limiar induzidos por radiação ionizante no desempenho dos blocos básicos de dois amplificadores operacionais complementares

Abstract

Este trabalho estuda os efeitos de dose total ionizante (TID – Total Ionizing Dose) em amplificadores operacionais e em seus blocos básicos de construção. A radiação ionizante presente no espaço pode afetar o funcionamento das estruturas MOS, sendo que um dos parâmetros mais prejudicados é a tensão de limiar (Threshold Voltage). Em virtude da diferença nos mecanismos de aprisionamento de cargas nos óxidos dos transistores do tipo N e do tipo P, esses dois dispositivos exibem comportamentos distintos à medida que a dose acumulada aumenta referente à tensão de limiar. Por isso, foram investigados os comportamentos de dois tipos de amplificadores que podem ser ditos complementares entre si. Nesse contexto, através de simulações SPICE desvios na tensão de limiar foram promovidos através da injeção direta no arquivo de parâmetros da tecnologia considerada. Com isso, um conjunto de simulações foi feito para gerar a estimativa da tendência de comportamento de parâmetros que qualificam o desempenho dos amplificadores operacionais, como é o caso do produto ganho largura de banda (GB), ganho DC e THD (Total Harmonic Distortion). Nesse sentido, foi possível compreender os mecanismos associados à degradação de desempenho e concluir qual das duas arquiteturas pode apresentar melhor desempenho relacionado à TID.

This work studies the effects of Total Ionizing Dose (TID) in operational amplifiers as well as in their basics building blocks. The radiation from space may affect functionality of MOS structures. One the most affected parameters is the threshold voltage. Due to the difference between N-type and P-type transistors related to the mechanism of charge trapping into the oxides, these two devices exhibit different behaviors, related to the threshold voltage parameter according to accumulated dose. Therefore, this work investigates the behavior of two counterpart operational amplifiers. In this context, by means of SPICE simulations, threshold deviations are injected into the transistors by modifying the technology models of the devices. Thus, a set of simulations was performed in order to generate an estimative of tendency for some of performance parameters of operational amplifiers, such as: the gain-bandwidth product (GB), DC gain, THD (Total Harmonic Distortion). In this sense, it was possible to understand the mechanisms associated to performance degradation and also, to conclude which of both architectures is more robust related to TID.