宇宙電磁環境を監視するための電磁センサープローブ用ASICプリアンプの開発

OZAKI Mitsunori; YAGITANI Satoshi; KOJIMA Hirotsugu; TAKAHASHI Ken; KOJI Hiroki; ZUSHI Takahiro; TOKUNAGA Yuya

文献

J-GLOBAL ID：201602281149239930 整理番号：16A0530329

宇宙電磁環境を監視するための電磁センサープローブ用ASICプリアンプの開発

Development of an ASIC preamplifier for electromagnetic sensor probes for monitoring space electromagnetic environments

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資料名：
巻： 68 号： May ページ： 68:91 (WEB ONLY) 発行年： 2016年05月
JST資料番号： U0519A ISSN： 1880-5981 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：ドイツ (DEU) 言語：英語 (EN)

背景:プラズマ波の多点観測は,プラズマ乱流の空間的および時間的変動を分離するために不可欠である。手のひらサイズのプローブで構成されたセンサーネットワークに向け,小型化と高い環境(温度および放射線)耐性が科学的機器設計にとっての重要な要件である。増大する上記の要求により,0.25μmの相補型金属酸化膜半導体プロセスを用いた特定用途向け集積回路(ASIC)技術を用いて,電磁センサープローブの3軸ループアンテナ用プリアンプが開発されてきた。所見:本研究では,バンドギャップ基準(BGR)回路を用いたASICプリアンプの開ループ利得を用いて温度補償を行う新しい方法を提案する。通常,利得は,チップ内のポリシリコン抵抗の精度によって支配される閉ループ利得によって特徴付けられる。開ループ利得は,しばしば,負の温度依存性を有するASICプリアンプの実効相互コンダクタンスによって特徴付けられる。温度補償されたBGR回路を使用して相互コンダクタンスの負の依存性を相殺することにより,利得の温度依存性を劇的に改善することができた。利得の温度依存性は,閉ループ帯域幅内の周波数範囲で約-0.01dB/°Cであった。一方,開ループ利得で動作する60kHzにおける利得の温度依存性は,温度補償されたBGR回路を用いて-39×10^-3から-2.6×10^-3dB/°Cであった。さらに,全電離線量(TID)レベルに対する放射線耐性は,コバルト60からのガンマ線の照射によって評価される。ASICプリアンプは,薄いゲート酸化物を使用する場合,TID効果に影響されない。ASICプリアンプは,少なくとも400krad(Si)の全電離線量レベルに対して高い放射線耐性を示した。最後に,ASICプリアンプの有効性をLF標準電磁波の理論計算を用いた仮想探査ロケット実験に基づいて評価した。結論:提示したASICプリアンプによって,基本的な課題(小型化,低ノイズ性能,および高い環境耐性)が解決された。高耐性ASICプリアンプの開発に成功したことにより,宇宙において多くの手のひらサイズのプローブを使用する将来ミッションを導くことになる。(翻訳著者抄録)

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中層大気・超高層大気一般 , 宇宙線・天体物理観測技術

引用文献 (33件)：

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