智能功率集成电路抗辐射加固设计研究
发布时间：2023-03-11 02:56
半导体技术对航空航天事业起着极为重要的作用,应用在商业航天领域的电子设备及系统需要在空间辐射环境下有足够的可靠性和运行寿命,应具备足够的抗辐射能力。智能功率集成电路在设备及系统中为各类芯片供电,可以被看作是所有集成电路的“心脏”,更是商业航天设备的关键。随着我国商业航天产业的发展,对电子设备及系统抗辐射能力的要求越来越高,因此智能功率集成电路的抗辐射性能显得尤为重要,是航天设备在辐射环境中工作的基础。国外对抗辐射加固技术的研究起步较早,目前对辐射效应机理和抗辐射加固技术的研究已经取得不错的进展。国外已有若干公司能提供航天级抗辐射智能功率变换芯片及电源模块,可应用于航空航天领域。国内对该领域关键技术的研究起步较晚,目前远远滞后于国外。国内目前抗辐射分立器件、抗辐射工艺开发、数字电路抗单粒子加固技术等方面已经有所进展,但在标准BCD工艺下针对抗辐射智能功率集成电路加固技术的研究还较少。因此在该领域的研究对商用航天产业具有重大意义。本文在此背景下,基于标准BCD工艺,研究辐射效应对BJT、MOS、LDMOS等器件的影响,分析了辐射效应对预降压、基准、跨阻放大器等关键子电路的影响。在标准BCD...
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 辐射环境简介
1.3 集成电路的辐射效应
1.3.1 总剂量效应
1.3.2 单粒子效应
1.4 集成电路抗辐射技术的国内外研究历史与现状
1.5 本文主要贡献与创新
1.6 论文的结构安排
第二章 抗辐射半导体器件研究与设计
2.1 辐射效应对半导体器件的影响
2.1.1 双极晶体管总剂量辐射效应
2.1.2 MOS晶体管总剂量辐射效应
2.2 环栅MOS管结构及等效模型
2.2.1 环栅MOS管结构
2.2.2 环栅MOS管等效模型
2.3 Sentaurus器件电学仿真及总剂量效应仿真
2.3.1 直栅MOS管工艺参数拟合
2.3.2 环栅MOS管等效宽长比仿真验证
2.3.3 总剂量效应仿真
2.4 Cadence中环栅MOS管单元库建立流程
2.4.1 Cadence库建立流程
2.4.2 Spectre仿真库建立流程
2.4.3 Calibre库建立流程
2.5 b字形环栅与8 字形环栅对比研究与设计
2.5.1 b字形环栅管宽长比模型计算范围
2.5.2 b字形环栅管宽长比模型计算准确性
2.5.3 8字形环栅管结构设计
2.5.4 8字形环栅管宽长比预估
2.5.5 8字形环栅管测试及分析
2.6 本章小结
第三章 抗辐射功率器件研究与设计
3.1 NMOS功率管总剂量效应研究及加固设计
3.1.1 总剂量效应对NMOS功率管电学特性的影响
3.1.2 华夫饼形NMOS功率管抗总剂量效应版图加固设计
3.1.3 华夫饼形 NMOS 功率管总剂量辐照实验
3.2 NLDMOS功率管总剂量效应研究及加固设计
3.2.1 总剂量效应对NLDMOS功率管电学特性的影响
3.2.2 跑道形NLDMOS功率管抗总剂量效应版图加固设计
3.2.3 跑道形 NLDMOS 功率管总剂量辐照实验
3.3 总剂量辐照中偏置对功率管辐射效应的影响
3.3.1 器件总剂量辐射效应的理论模型
3.3.2 偏置对总剂量效应的影响
3.3.3 总剂量辐照测试及分析
3.4 本章小结
第四章 抗辐射关键子电路研究与设计
4.1 抗辐射预降压电路研究与设计
4.1.1 预降压电路工作原理及辐照特性
4.1.2 DTMOS管工作原理
4.1.3 抗辐射预降压电路设计
4.1.4 预降压电路仿真及分析
4.1.5 预降压电路版图设计
4.2 抗辐射基准电压源研究与设计
4.2.1 基准电压源工作原理及辐照特性
4.2.2 抗辐射基准电压源设计
4.2.3 基准电压源仿真及分析
4.2.4 基准电压源版图设计
4.3 抗辐射增益自调节跨阻放大器研究与设计
4.3.1 跨阻放大器工作原理
4.3.2 电压放大器
4.3.3 局部跨阻放大器
4.3.4 整体跨阻放大器
4.3.5 自动增益控制及抗辐射加固
4.3.6 仿真结果及分析
4.4 抗单粒子瞬变检测与屏蔽电路研究与设计
4.4.1 研究背景及单粒子瞬变
4.4.2 工作原理及电路实现
4.4.3 仿真结果及分析
4.5 本章小结
第五章 抗辐射光电接收芯片设计及验证
5.1 光电接收芯片基本结构及数据传输特点
5.1.1 光电接收芯片的基本构成
5.1.2 数据传输格式及特点
5.1.3 噪声对数据传输的影响
5.1.4 带宽对数据传输的影响
5.2 抗辐射光电接收芯片设计
5.2.1 光电接收芯片系统结构
5.2.2 采用DTMOS的抗辐射基准电流源
5.2.3 抗总剂量辐射跨阻放大器
5.2.4 迟滞比较器
5.2.5 抗单粒子瞬变检测与屏蔽电路
5.2.6 采用环栅MOS管加固
5.3 总体仿真及辐照测试
5.3.1 芯片整体仿真
5.3.2 光电接收芯片版图设计
5.3.3 辐照实验及测试
5.4 本章小结
第六章 抗辐射Buck型 DC-DC芯片设计及验证
6.1 Buck变换器基本结构和工作原理
6.1.1 Buck变换器的基本工作模式
6.1.2 Buck变换器的调制方式
6.1.3 Buck变换器的环路控制模式
6.2 抗辐射Buck型 DC-DC系统及关键电路设计
6.2.1 整体芯片结构及工作过程
6.2.2 工艺库选择与器件选型
6.2.3 抗辐射预降压和基准源设计
6.2.4 采用环栅MOS管加固
6.2.5 功率管加固设计
6.3 总体仿真及辐照测试
6.3.1 整体电路仿真
6.3.2 Buck芯片版图设计
6.3.3 芯片测试及辐照实验
6.4 本章小结
第七章 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
本文编号：3759061
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 辐射环境简介
1.3 集成电路的辐射效应
1.3.1 总剂量效应
1.3.2 单粒子效应
1.4 集成电路抗辐射技术的国内外研究历史与现状
1.5 本文主要贡献与创新
1.6 论文的结构安排
第二章 抗辐射半导体器件研究与设计
2.1 辐射效应对半导体器件的影响
2.1.1 双极晶体管总剂量辐射效应
2.1.2 MOS晶体管总剂量辐射效应
2.2 环栅MOS管结构及等效模型
2.2.1 环栅MOS管结构
2.2.2 环栅MOS管等效模型
2.3 Sentaurus器件电学仿真及总剂量效应仿真
2.3.1 直栅MOS管工艺参数拟合
2.3.2 环栅MOS管等效宽长比仿真验证
2.3.3 总剂量效应仿真
2.4 Cadence中环栅MOS管单元库建立流程
2.4.1 Cadence库建立流程
2.4.2 Spectre仿真库建立流程
2.4.3 Calibre库建立流程
2.5 b字形环栅与8 字形环栅对比研究与设计
2.5.1 b字形环栅管宽长比模型计算范围
2.5.2 b字形环栅管宽长比模型计算准确性
2.5.3 8字形环栅管结构设计
2.5.4 8字形环栅管宽长比预估
2.5.5 8字形环栅管测试及分析
2.6 本章小结
第三章 抗辐射功率器件研究与设计
3.1 NMOS功率管总剂量效应研究及加固设计
3.1.1 总剂量效应对NMOS功率管电学特性的影响
3.1.2 华夫饼形NMOS功率管抗总剂量效应版图加固设计
3.1.3 华夫饼形 NMOS 功率管总剂量辐照实验
3.2 NLDMOS功率管总剂量效应研究及加固设计
3.2.1 总剂量效应对NLDMOS功率管电学特性的影响
3.2.2 跑道形NLDMOS功率管抗总剂量效应版图加固设计
3.2.3 跑道形 NLDMOS 功率管总剂量辐照实验
3.3 总剂量辐照中偏置对功率管辐射效应的影响
3.3.1 器件总剂量辐射效应的理论模型
3.3.2 偏置对总剂量效应的影响
3.3.3 总剂量辐照测试及分析
3.4 本章小结
第四章 抗辐射关键子电路研究与设计
4.1 抗辐射预降压电路研究与设计
4.1.1 预降压电路工作原理及辐照特性
4.1.2 DTMOS管工作原理
4.1.3 抗辐射预降压电路设计
4.1.4 预降压电路仿真及分析
4.1.5 预降压电路版图设计
4.2 抗辐射基准电压源研究与设计
4.2.1 基准电压源工作原理及辐照特性
4.2.2 抗辐射基准电压源设计
4.2.3 基准电压源仿真及分析
4.2.4 基准电压源版图设计
4.3 抗辐射增益自调节跨阻放大器研究与设计
4.3.1 跨阻放大器工作原理
4.3.2 电压放大器
4.3.3 局部跨阻放大器
4.3.4 整体跨阻放大器
4.3.5 自动增益控制及抗辐射加固
4.3.6 仿真结果及分析
4.4 抗单粒子瞬变检测与屏蔽电路研究与设计
4.4.1 研究背景及单粒子瞬变
4.4.2 工作原理及电路实现
4.4.3 仿真结果及分析
4.5 本章小结
第五章 抗辐射光电接收芯片设计及验证
5.1 光电接收芯片基本结构及数据传输特点
5.1.1 光电接收芯片的基本构成
5.1.2 数据传输格式及特点
5.1.3 噪声对数据传输的影响
5.1.4 带宽对数据传输的影响
5.2 抗辐射光电接收芯片设计
5.2.1 光电接收芯片系统结构
5.2.2 采用DTMOS的抗辐射基准电流源
5.2.3 抗总剂量辐射跨阻放大器
5.2.4 迟滞比较器
5.2.5 抗单粒子瞬变检测与屏蔽电路
5.2.6 采用环栅MOS管加固
5.3 总体仿真及辐照测试
5.3.1 芯片整体仿真
5.3.2 光电接收芯片版图设计
5.3.3 辐照实验及测试
5.4 本章小结
第六章 抗辐射Buck型 DC-DC芯片设计及验证
6.1 Buck变换器基本结构和工作原理
6.1.1 Buck变换器的基本工作模式
6.1.2 Buck变换器的调制方式
6.1.3 Buck变换器的环路控制模式
6.2 抗辐射Buck型 DC-DC系统及关键电路设计
6.2.1 整体芯片结构及工作过程
6.2.2 工艺库选择与器件选型
6.2.3 抗辐射预降压和基准源设计
6.2.4 采用环栅MOS管加固
6.2.5 功率管加固设计
6.3 总体仿真及辐照测试
6.3.1 整体电路仿真
6.3.2 Buck芯片版图设计
6.3.3 芯片测试及辐照实验
6.4 本章小结
第七章 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
本文编号：3759061
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3759061.html
