Efeitos da radiação ionizante e eventos singulares em circuitos analógicos de baixo e ultra baixo consumo

Abstract

Esse trabalho apresenta um estudo sobre os efeitos de radiação em circuitos analógicos de baixa e ultra baixa potência e tensão, identificando as fragilidades destes circuitos (e das respectivas técnicas de projeto) quando aplicados em ambientes radioativos, como, por exemplo, os circuitos em satélites, e em equipamentos de instalações nucleares. Foram realizados estudos de caso, via simulação elétrica utilizando o software HSPICE, considerando os efeitos de degradação elétrica correspondentes a doses de radiação acumulada de até 500krad(Si), além de eventos singulares considerando circuitos de baixa tensão e potência projetados para a tecnologia IBM (GF) de 130nm. Pôde-se observar que o uso de transistores de óxido mais fino, apesar de afetar negativamente o consumo estático, é recomendado para as aplicações estudadas, devido a menor sensibilidade à radiação. Ainda, foi discutido o aumento dos caminhos de fuga de corrente devido ao uso de layout distribuído. Possibilidades e estratégias de mitigação foram discutidas. Por fim, obteve-se um conjunto de sugestões e informações para auxiliar o projetista de circuitos de baixo consumo a obter soluções robustas à radiação.

This work studies the radiation effects in low-power and ultra-low power analog circuits, identifying the fragility of such circuits (and associated design techniques) when employed in radioactive environments, as for example, in satellites and nuclear facilities. Case studies were carried out using HSPICE software for electrical simulation of cumulative radiation effects, corresponding to doses up to 500krad(Si), as well as for single events simulation. We showed that, the use of thin oxide (core) MOSFETS, though increasing the static consumption, is recommended for the studied applications, because they are less sensitive to radiation. Then, we discussed the increase of current leakage paths by the distributed layout style. Mitigation strategies were also discussed. Finally, we obtained a set of suggestions and information to guide the designers of low power analog circuits towards obtaining radiation robust solutions.