电荷泵中单粒子瞬变的研究

为分析电荷泵中不同频率单粒子瞬变(SET)电流对锁相环(PLL)的影响,采用频域分析法从增益和带宽的角度研究了环路参数与SET响应的关系。分析结果表明,减小环路滤波电阻可以降低系统增益,从而有效降低压控振荡器控制电压的扰动;增大固有频率或阻尼因子则可以提高系统带宽,从而滤除更大范围的SET电流,同时还可以降低PLL恢复到锁定状态的时间。因此,减小环路滤波电阻、增大固有频率或阻尼因子是有效的设计加固方法。通过1GHz PLL的SET模拟验证了上述结论。     

22 nm全耗尽型绝缘体上硅器件单粒子瞬态效应的敏感区域

基于3D-TCAD模拟,研究了22 nm全耗尽型绝缘体上硅(fully depleted silicon-on-insulator,FDSOI)器件单粒子瞬态(single-event transient,SET)效应的敏感性区域。对比了使用单管和使用反相器来研究器件SET敏感性区域的方法,从而分析实际电路中重离子轰击位置对22 nm FDSOI器件SET敏感性的影响,并从电荷收集机制的角度进行了解释。深入分析发现寄生双极放大效应对重粒子轰击位置敏感是造成器件不同区域SET敏感性不同的原因。而单管漏极接恒压源造成漏极敏感性增强是导致单管与反相器中器件SET敏感区域不同的原因。修正了FDSOI工艺下器件SET敏感性区域的研究方法,与单管相比,采用反相器进行仿真,结果更符合实际情况,这将为器件SET加固提供理论指导。     

交织结构的耐单粒子瞬变压控振荡器

为提高辐照环境下振荡器工作的可靠性,提出一种交织结构的抗辐照设计加固压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator,VCO),该VCO由采用交织结构的延时单元构成,该延时单元支持多数表决功能,可以抑制单粒子瞬变的影响;该VCO环路中无须引入额外的专用表决模块,可以产生均匀的多相位输出。所提出的加固差分VCO是基于130 nm体硅互补金属氧化物半导体工艺设计的。模拟结果表明,所设计的加固VCO在100 fC~800 fC沉积电荷量的轰击范围内,其所产生的最大相位偏移不超过0.35 rad。     

差分压控振荡器中单粒子瞬变的研究

压控振荡器(VCO)是锁相环(PLL)中对于单粒子瞬变(SET)最为敏感的部件之一.基于180nm体硅CMOS工艺设计了一款经典的对称负载结构差分VCO电路,并利用电流源表征单粒子效应中电荷沉积和收集的过程,模拟了VCO电路的SET响应.模拟和分析表明,SET响应不仅取决于入射能量、振荡频率,还受到轰击时刻的制约,不同轰击时刻产生的最大相位差可以相差300°以上.此外,偏置电路某些结点最为敏感,可以放大SET的影响,导致时钟失效长达7个周期.     

一款0.18μm CMOS辐射加固差分压控振荡器

基于对称负载压控振荡器(VCO)的单粒子瞬变(SET)失效机理,应用设计加固(RHBD)技术分别改进了偏置电路和环形振荡器,设计和实现了一款0.18μm CMOS辐射加固差分VCO.模拟结果表明:加固VCO的SET敏感性大幅降低,同时还降低了抖动对于电源噪声的敏感性.虽然电路结构变化会导致频率下降,但可以通过调整电路尺寸而解决.此外,加固VCO面积开销有所降低,优于其他加固方法.