功率集成电路中抗辐照技术研究与设计

发布时间：2020-04-24 01:46

【摘要】：智能功率模块能将功率器件与控制信号集成为一体,因此广泛应用于航空航天、汽车电子、家用电器等领域的各类驱动电路的设计中。为了提升芯片的性能的同时减小功率器件的开关损耗,需要使得电路的工作频率不断变高,此外粒子辐照效应对器件乃至电路的不利影响也频繁发生,因此,电路的高速工作将使得智能功率模块的可靠性必须被主要考虑。由于空间辐照效应对民用和军用航天器的影响,高压集成电路的抗辐照加固技术变得日益重要。本文基于华润上华公司(CSMC)的1μm 600V BCD工艺平台,说明了总剂量效应对5V MOS器件的影响及主要加固手段。本文重点注了高压栅驱动电路中电平位移模块的高速工作状态可靠性和单粒子效应引起的电压电流脉冲的问题,并采用了Cadance公司的Hspice工具和Silvaco公司的ATLAS工具进行了必要的仿真模拟。通过对窄脉冲产生电路的基本原理以及导致高速工作出现问题的原因进行了分析,选取了非对称窄脉冲的解决方案,改善了生成的两路窄脉冲宽度。改善后的电路可识别输入控制信号的脉宽从100ns左右提升到10ns左右,提升幅度达到了85%,通过电路关断优先的设计思路,大大降低单粒子烧毁(SEB)的概率。此外,本文通过对RS触发器自身存在的不确定状态输出进行了分析,明确了RS触发器输入端会受到单粒子翻转效应(SEU)的影响,以及RS触发器的输出端会受到单粒子瞬态效应(SET)的影响。通过仿真对比,提出了新型抗SEU和SET的RS触发器,对比传统的RS触发器可以很好的改善单粒子效应带来的不利影响,提升RS触发器在单粒子影响下的稳定性。因此,本设计采用的非对称窄脉冲方法和消除RS不确定状态的方法可以很好的提高高压电平位移电路抗单粒子效应的能力,从而在保证低功耗需求的同时,提高设计电路的可靠性。
【图文】：

空间辐射环境分布图

电离辐射电子空穴输运示意图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN386

【参考文献】

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本文编号：2638388