抵御摄氏零下271度寒冷，新型航空用电子模块问世

在近日的IEEE航天会议（3月7—14日于蒙大拿州Big Sky举行）上，来自阿肯色州大学的电气工程师们展示了其可在摄氏零下180度温度环境下工作的电子集成模块设计。他们的目标是消除用于保护电子元件的“保暖盒”的额外成本、重量和功耗。

该大学电气工程学教授Alan Mantooth表示：“我们的发明专门用于极端温度条件下，包括极低温度区域。”

当前专用于低温区域的差分放大器是采用IBM的硅锗BiCMOS制程制作的。某些设计经测试可在开式2度（摄氏零下271度或华氏零下456度）的真空环境下完全工作。

这种微分放大器电路将其两个输入上的电压差值相乘，排除任何出现在两个输入上的噪音之类的共模信号。为了在一个较宽的频率范围内实现低温运行并获得较大的微分增益，研究人员采用了两个共模反馈电路来独立控制输入和输出级的电压。

该设计方案并没有采用可在低温条件下存储电荷并产生热载体效应的NMOS晶体管，而是只利用了异质结双极npn和PMOS晶体管，因为这二者可以在最宽的范围内展示出最好的温度稳定性。

微分放大器被分成三个主要的部分：输入级、输出级和二者各自的共模反馈电路。每个共模反馈电路都带有保护环来实现级之间的隔离，以抵御噪音、闩锁效应和放射效应。

在该设计中，电流镜和微分对晶体管之间进行了良好的匹配。模拟晶体管环绕着交叉耦合多栅极MOS晶体管，来防止不规则边缘并确保所有PMOS器件的栅长是一样的。

BiCMOS微分放大器利用了一个3.3V的电源和100微安的偏置电流，使之在1—2.3V的输入共模范围内，实现了1个72dB的开路增益和1个130MHz的统一增益频率。该微分放大器的功能经过了125℃至零下140℃整个温度范围内的测试和验证，去掉了在零下180℃仍能运行的功能。