Особенности проектирования зарядочувствительных усилителей на арсенид-галлиевом базовом кристалле

Abstract

Для производства интегральных аналоговых микросхем малой степени интеграции, предназначенных для работы при температуре до минус 200 ℃ и/или при поглощенной дозе гамма- излучения до 5 Мрад, создан арсенид-галлиевый базовый кристалл. Тип применяемых в базовом кристалле активных элементов, а именно: DpHEMT с размерами затворов 100 мкм/0,2 мкм и 10 мкм/0,2 мкм; p-n-p HBT, выбран для реализации наиболее распространенных аналоговых схем операционных усилителей, компараторов, повторителей напряжения. Несмотря на небольшое количество доступных для схемотехнического синтеза DpHEMT с большой крутизной и особенности вольтамперных характеристик экспериментальных образцов DpHEMT, исключающие их применение при малых токах стока, на базовом кристалле возможно проектирование схем зарядочувствительных усилителей (ЗЧУ), содержащих только один тип активного элемента – DpHEMT. При этом правильный выбор рабочей точки транзисторов обеспечивает разработку малошумящих, быстродействующих ЗЧУ с лучшими параметрами по сравнению с кремниевыми ЗЧУ для датчиков с внутренней емкостью до 100 пФ. Так, разработанные на GaAs базовом кристалле ЗЧУ с головными DpHEMT и отношением ширины затвора к его длине, равным W/L = 2000 и W/L = 3000, характеризуются соответственно током потребления I CC = 5,46 мА и I CC = 5,25 мА, длительностью фронта нарастания  R = 10,7 нс и  R = 9,6 нс, эквивалентным шумовом зарядом ENC = 3960 эл. и ENC = 3700 эл. при емкости датчика 50 пФ, в то время как ЗЧУ с кремниевым головным полевым транзистором, управляемым p-n-переходом и каналом p-типа, имеет W/L = 3870, I CC = 6,99 мА,  R = 27,7 нс, ENC = 5360 эл. при той же емкости датчика.