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宇宙飛船需要加熱器來(lái)在低溫條件下保護(hù)其電子元器件，比如，探月衛(wèi)星就必須抵抗低至攝氏零下150度（華氏零下238度）以下的極低溫度。在近日的IEEE航天會(huì)議（3月7—14日于蒙大拿州Big Sky舉行）上，來(lái)自阿肯色州大學(xué)的電氣工程師們展示了其可在攝氏零下180度溫度環(huán)境下工作的電子集成模塊設(shè)計(jì)。他們的目標(biāo)是消除用于保護(hù)電子元件的“保暖盒”的額外成本、重量和功耗。該大學(xué)電氣工程學(xué)教授Alan Mantooth表示：“我們的發(fā)明專門用于極端溫度條件下，包括極低溫度區(qū)域?！? 當(dāng)前專用于低溫區(qū)域的差分放大器是采用IBM的硅鍺BiCMOS制程制作的。某些設(shè)計(jì)經(jīng)測(cè)試可在開(kāi)式2度（攝氏零下271度或華氏零下456度）的真空環(huán)境下完全工作。這種微分放大器電路將其兩個(gè)輸入上的電壓差值相乘，排除任何出現(xiàn)在兩個(gè)輸入上的噪音之類的共模信號(hào)。為了在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低溫運(yùn)行并獲得較大的微分增益，研究人員采用了兩個(gè)共模反饋電路來(lái)獨(dú)立控制輸入和輸出級(jí)的電壓。該設(shè)計(jì)方案并沒(méi)有采用可在低溫條件下存儲(chǔ)電荷并產(chǎn)生熱載體效應(yīng)的NMOS晶體管，而是只利用了異質(zhì)結(jié)雙極npn和PMOS晶體管，因?yàn)檫@二者可以在最寬的范圍內(nèi)展示出最好的溫度穩(wěn)定性。微分放大器被分成三個(gè)主要的部分：輸入級(jí)、輸出級(jí)和二者各自的共模反饋電路。每個(gè)共模反饋電路都帶有保護(hù)環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)級(jí)之間的隔離，以抵御噪音、閂鎖效應(yīng)和放射效應(yīng)。在該設(shè)計(jì)中，電流鏡和微分對(duì)晶體管之間進(jìn)行了良好的匹配。模擬晶體管環(huán)繞著交叉耦合多柵極MOS晶體管，來(lái)防止不規(guī)則邊緣并確保所有PMOS器件的柵長(zhǎng)是一樣的。 BiCMOS微分放大器利用了一個(gè)3.3V的電源和100微安的偏置電流，使之在1—2.3V的輸入共模范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了1個(gè)72dB的開(kāi)路增益和1個(gè)130MHz的統(tǒng)一增益頻率。該微分放大器的功能經(jīng)過(guò)了125℃至零下140℃整個(gè)溫度范圍內(nèi)的測(cè)試和驗(yàn)證，去掉了在零下180℃仍能運(yùn)行的功能。