《Microelectronics Reliability》：A single event transient hardened output-capacitorless LDO with low overhead and transient enhancement
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•提出了两种加固电路，以提高CL-LDO的抗SET能力。•提出的RHBD电路2展示了SET抑制效果并改善了瞬态特性。•与已报道的电路相比，所提出的电路具有更低的设计复杂性。引言无输出电容的LDO（CL-LDO）因其出色的电源抑制特性而备受关注，使其特别适合系统级芯片应用[1],[
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提出了两种加固电路，以提高CL-LDO的抗SET能力。
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提出的RHBD电路2展示了SET抑制效果并改善了瞬态特性。
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与已报道的电路相比，所提出的电路具有更低的设计复杂性。
引言
无输出电容的LDO（CL-LDO）因其出色的电源抑制特性而备受关注，使其特别适合系统级芯片应用[1],[2]。然而，当高能粒子击中LDO电路（敏感区域或敏感节点）时，会在穿透路径上产生电子-空穴对。由于p-n结中的固有电场有助于电荷收集，从而引发单事件瞬变（SET）[3],[4]。这种SET会传播到输出端，严重影响LDO的性能和功能[5]。因此，迫切需要提高CL-LDO的抗SET能力，以确保其在辐射环境中的可靠性。
已经提出了不同的电路级加固策略来抵御LDO中的SET现象，主要包括RC滤波技术[6]、对称多路径分割（SMPS）技术[7]和电流补偿技术[8]。(1) RC滤波技术旨在在敏感节点处加入RC网络。这样可以滤除产生的SET脉冲，从而减少输出节点电压的波动。例如，Duan等人[6]已经证明，在内置RC滤波器的LDO中可以实现良好的SET抑制效果。然而，值得注意的是，加入RC网络会在主反馈环路中引入额外的极点，显著降低单位增益带宽（UGB），并可能引起环路不稳定；(2) SMPS技术将单个信号路径策略性地分解为N（通常N = 2至8个）个具有时间延迟的并行子路径，通过时间延迟平均来减少SET幅度。例如，Chen等人在LDO中实现了SMPS结构，使得模拟SET幅度降低了80.8%。然而，这种技术仅针对与运算放大器尾电流相关的部分敏感节点有效，不适用于其他类型的LDO；(3) 在输出端引入额外的补偿MOSFET来提供电荷补偿。例如，Wang等人在LDO的输出级加入了补偿MOS晶体管，实现了对SET脉冲的良好抑制。但是，激活补偿模块会在主环路中引入持续的振荡，影响LDO电路的正常工作。因此，需要提出一种不会影响CL-LDO稳定性的通用SET加固电路。
所提出的加固电路不仅能够减轻SET脉冲，还能提升CL-LDO的瞬态性能。本工作的关键贡献总结如下：
(1) 提出了两种基于RHBD技术的加固电路，且不会在CL-LDO的环路中引入零极点对；
(2) 所提出的RHBD电路2具有双重功能：有效抑制SET同时改善CL-LDO的瞬态特性；
(3) 与现有的LDO加固电路相比，所提出的加固电路使用的电容器和晶体管数量更少，设计复杂性更低。
本文的结构如下：第2节介绍了所提出的CL-LDO的原理图及其小信号分析。第3节进行了SET敏感性分析并提出了一个加固电路。第4节讨论了布局后的仿真结果。最后，第5节总结了结论。
章节摘录
提出的CL-LDO电路
如图1(a)所示，提出了CL-LDO的原理图。增加了一个负载电容器（0–150 pF）来模拟Vout节点的电源线电容，该电路可以处理1–100 mA的负载电流范围。为了实现高单位增益带宽（UGB），在第一级放大器中加入了一个自适应偏置晶体管（P2）。当负载电流增加时，Vg的电压下降，自适应偏置晶体管P2为误差放大器提供额外的电流。
SET敏感性分析及提出的加固电路
CL-LDO主要由两级误差放大器、一个功率晶体管模块和一个反馈网络组成（如图1所示）。反馈网络中的电阻器对SET的敏感性通常可以忽略不计[9],[10]。通过SPICE仿真分析了LDO中每个模块的SET敏感性。如[6]中所分析的，MOS晶体管的漏极始终被认为是敏感区域。因此，采用了两种类型的双指数电流源
布局后结果与讨论
仿真采用了55纳米CMOS工艺，其特征为Vin=1.2V, Vout=1V, T = 27 °C，以及TT、FF和SS工艺角。需要注意的是，这些仿真结果是在布局后的结果。如图8所示，功率MOSFET、核心电路和误差放大器位于布局的中间区域。所提出的RHBD电路被上述模块所包围。
结论
总之，本文介绍了一种采用XCEA阶段和自适应偏置电路的无输出电容LDO（CL-LDO），以获得增强的UGB。然后，基于RHBD技术提出了两种加固电路。不同工艺角下的布局后仿真结果显示了出色的SET加固性能。与现有技术相比，所提出的RHBD电路具有更小的面积开销。此外，这些加固电路改善了瞬态性能
CRediT作者贡献声明
赵强：可视化。赵胜涛：概念化、方法论、写作——初稿、验证。彭春宇：指导。戴成虎：指导。徐瑶华：指导。李志刚：指导。朱明：指导。郝立凯：写作——审阅与编辑、方法论。林志婷：可视化。吴希龙：可视化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本工作部分得到了安徽省自然科学基金（项目编号2408085QF203）、安徽省大学协同创新计划（项目编号GXXT-2023-011、GXXT-2023-003、GXXT-2023-013）以及国家自然科学基金（项目编号62274001）的支持。
赵强|赵胜涛|彭春宇|戴成虎|徐瑶华|李志刚|朱明|郝立凯|林志婷|吴希龙
