比较器和放大器SET仿真分析研究

发布时间：2020-03-20 08:37

【摘要】：随着集成电路工艺特征尺寸不断缩小至深亚微米,越来越多的先进微电子电路与系统被应用于航天器中,对器件和电路提出了更高的抗辐射性能要求。特征尺寸的缩小和时钟频率的不断增大,使得模拟电路的单粒子瞬态(Single Event Transient,SET)效应不断加剧,模拟电路SET效应越来越引起了国内外学者的关注。本文基于运算放大器和比较器在模拟及混合信号(Analog Mixed Signal,AMS)电路中的重要性,选取两级CMOS运算放大器和可再生钟控比较器为研究对象,详细理解SET效应在模拟电路中的作用机理及其影响,基于SMIC 0.13μm工艺分别建立了两级CMOS运算放大器和可再生钟控比较器电路结构并对其进行性能仿真。本文围绕两级CMOS运算放大器开展了SET仿真分析。根据SET对电路增益、相位裕度、单位增益带宽的影响,分析获得了运放的两级输出节点是电路中的SET敏感节点。在此基础上,讨论了不同的参数对两级CMOS运算放大器SET敏感性的影响。得到结论:低增益、高带宽运算放大器的SET响应比高增益、低带宽运算放大器的SET响应小,提高电路带宽降低电路增益有益于降低SET对电路的影响。本文围绕可再生钟控比较器开展了SET敏感性分析。根据各级SET响应,确定了比较器各级的SET敏感节点。在此基础上,根据比较器最终输出是否发生逻辑错误,分析获得了SET效应对比较器整体电路的影响。仿真结果显示,比较器各级的敏感节点不一定会对比较器整体电路的功能产生影响,各级不敏感的节点同样有可能引起比较器功能错误,比较器的SET敏感性受比较器工作状态以及输入的影响。本文创新性地提出了一种针对模拟电路的SET效应系统级加固方法。该方法利用电荷共享的原理,基于冗余选择的方法,能正确地选择不受单粒子轰击的电路输出作为最后的输出,从而大大减小模拟电路对SET的敏感性。本文针对两级CMOS运算放大器和可再生钟控比较器开展了SET加固研究。针对两级CMOS运算放大器采用本文提出的SET效应系统级加固方法进行加固,仿真结果表明本文提出的SET加固方案能使输出电压瞬态脉冲幅度平均降低78.4%,脉冲宽度平均降低98.24%,脉冲宽度的改善甚至可以达到跨数量级的改善,从而验证了本文提出的加固方案的有效性。针对可再生钟控比较器,本文采用了三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)的方法进行了加固设计并验证了加固效果。本文针对模拟电路的单粒子瞬态效应提出了一种系统级加固方法,通过对两级CMOS运算放大器进行SET加固,并将加固效果与交叉匹配共中心(Differential Common-Centroid,DCC)、敏感节点自电荷抵消(Sensitive node active charge cancellation,SNACC)进行比较发现,本文的SET加固方法在加固效果上更佳,尤其能有效减小脉宽。本文提出的加固方案为模拟电路冗余RHBD方法提供了一种新思路。
【图文】：

空间辐射环境,辐射效应

其中模拟电路的应用占据了不可忽略的地位。空间辐射环境中电路时，可能会产生不同的辐射效应。本章首先概述空间环境及述 SET 效应的作用机理，随后介绍了单粒子效应的模拟方法并级仿真方法，最后总结了模拟电路的 SET 效应。本章的主要目电路的 SET 研究提供理论支撑。辐射环境及辐射效应空间辐射环境境由带电和中性粒子、等离子体、电磁场、太空碎片和流星体等机制引起航天器任务中断、任务失败或航天器寿命退化等。银河osmic Rays）、太阳辐射线（Solar Particle Events）及地球辐射带（辐射效应的主要来源。图 2.1 所示是航天飞行器所处的空间辐

管漏,电荷,粒子,瞬态效应

第二章单粒子瞬态效应基本理论子的能量在释放电子的过程中逐渐丢失，最终停留在半导体材半导体材料中经过的路径距离称为粒子的射程。入射粒子扩散点开始运动，，有可能会引起进一步的库伦相互作用，从而释放电离会引起一个密集的电子空穴对轨迹，如图 2.3 所示是 N击的电荷产生过程。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN722

【参考文献】