一种抗辐照加固高压DAC的设计①

苏 晨，雷郎成，高炜祺

(中国电子科技集团公司 第二十四研究所，重庆 400060)

0 引言

在卫星的实时控制系统中，经常使用高压数模转换器(DAC)对机械臂、陀螺、光学成像结构进行数字控制。由于高压DAC中使用了大量厚栅氧的高压MOS器件，在γ总剂量辐照环境下，由于γ射线在栅氧化层中引起电离，导致正电荷在Si/ SiO2界面积累或引入表面态，使得MOS器件的阈值均负向偏移，NMOS器件漏电，严重时增强型NMOS器件甚至会发生反型[1-3]。

根据以上效应机理，γ总剂量辐照会造成高压DAC中运放直流工作点变化、偏置电流失配、开关阻抗失配、带隙基准漂移等多种效应[4-5]。通常设计中采用NMOS器件环栅设计可避免漏电，但阈值负偏移效应无法避免，只能靠工艺优化氧化层质量，减少氧化层缺陷引起的正电荷数量来降低阈值负偏移效应[6-7]。

文章从γ射线激发的正电荷在电场作用下的迁移效应出发，利用薄栅氧和低电压条件下阈值负偏移效应减弱的机理，进行了高压DAC的结构设计。该设计方法利用高低压混合工作的MOS器件[8-9]，可有效降低NMOS器件在γ总剂量辐照环境下的阈值负偏移，避免运放直流工作点变化、偏置电流失配、开关阻抗失配、带隙基准漂移等效应，从而保证高压DAC具备较好的抗γ总剂量能力。

1 普通高压DAC结构

高压DAC整体由控制逻辑、基准、基准缓冲、R-2R网络网络、锁存器、输出运放单元组成，控制逻辑控制锁存器锁存数据总线上的数据，基准单元为2.5 V带隙基准，基准缓冲将2.5 V基准提供给R-2R电阻网络，R-2R网络输出0～2.5 V模数转换电压，输出运放按要求的输出范围放大模拟输出并增强驱动能力。……