多相位抗辐照锁相环的设计与实现

发布时间：2017-09-24 22:34

  本文关键词：多相位抗辐照锁相环的设计与实现

  更多相关文章： 多相位锁相环 多相位振荡器 电荷泵 低抖动性 抗辐照加固 SET效应分析

【摘要】：锁相环在集成电路的设计中应用非常广泛。多相位锁相环以其精准的多相位时钟输出在时钟数据恢复电路和高速串行接口等电路设计中占有至关重要的地位。航天、航空事业的迅速发展要求电子系统在辐照条件下也能稳定的工作。这就对航天设备中电子器件的抗辐照性能提出了非常高的要求,需要对多相位锁相环进行抗辐照加固。然而,加固设计又会对多相位锁相环的抖动性产生影响。针对上述问题,本文对130nm CMOS工艺的锁相环进行了多相位时钟输出设计的实现。分析了多相位锁相环的环路参数对多相位锁相环抗辐照效果的影响。研究了多相位锁相环的设计实现及其抗辐照加固设计,同时对加固后的多相位锁相环进行了功能验证并给出了低抖动的优化策略。本文主要研究工作如下:(1)对多相位锁相环进行了系统级分析设计、行为级建模以及SET响应分析。为了满足多相位锁相环的稳定性设计要求,从系统级对多相位锁相环进行数学建模,进而对多相位锁相环的环路参数进行了初步确定。为了实现多相位锁相环的低抖动性设计,对噪声进行了建模分析,并从低噪声的角度对环路参数进行了优化。为了对多相位锁相环的SET响应进行分析,本设计建立了多相位锁相环的simulink行为级模型,并在行为级模型的基础上研究了各环路参数对多相位锁相环SET响应的影响,进而对各环路参数进行了再次优化。(2)对多相位锁相环进行了电路设计和抗辐照加固设计。为了增强多相位锁相环电荷泵的抗辐照能力及其对非理想因素的抑制能力,本设计在传统的电荷泵基础上实现了一种新的电荷泵结构。为了实现多相位振荡器的低抖动性和抗辐照加固设计,本文从分支反馈结构和对称负载结构的差分环形振荡器两种方案实现了多相位时钟输出。对两种结构的功能和性能进行了分析对比,最后对多相位振荡器的偏置电路和延迟单元进行了抗辐照加固。本设计分频器电路采用三模冗余结构进行加固。(3)对多相位锁相环进行了版图级设计及功能验证。本文从低抖动的角度对多相位锁相环进行了版图实现,并对版图的抗SEL能力进行了分析。最后,对加固前后版图进行了模拟验证,实验结果表明本设计多相位抗辐照的锁相环满足工程要求的设计指标。
【关键词】：多相位锁相环 多相位振荡器 电荷泵 低抖动性 抗辐照加固 SET效应分析
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.8
【目录】：

• 摘要11-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题研究背景14-15
• 1.2 国内外研究现状15-16
• 1.2.1 国外研究现状15-16
• 1.2.2 国内研究现状16
• 1.3 本文主要工作16-18
• 1.4 论文组织结构18-20
• 第二章 多相位锁相环的稳定性分析和SET分析20-36
• 2.1 多相位锁相环的工作原理20-21
• 2.2 多相位锁相环数学模型和系统设计21-25
• 2.3 多相位锁相环噪声性能分析25-27
• 2.3.1 抖动的概念25
• 2.3.2 多相位锁相环抖动来源分析25-26
• 2.3.3 多相位锁相环噪声分析26-27
• 2.4 多相位锁相环simulink建模和SET响应分析27-35
• 2.4.1 多相位锁相环simulink建模27-28
• 2.4.2 SET产生机理28
• 2.4.3 电流模型的选取28-29
• 2.4.4 多相位锁相环SET评价指标29-30
• 2.4.5 多相位锁相环的SET响应分析30-32
• 2.4.6 多相位锁相环的环路参数对SET响应影响的分析结论32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 多相位锁相环CP电路设计和抗辐照加固及PFD和LPF电路设计36-49
• 3.1 抗辐照锁相环的电路加固方法36-37
• 3.2 多相位锁相环电荷泵的设计和加固37-45
• 3.2.1 电荷泵的工作原理37
• 3.2.2 传统电荷泵结构37-39
• 3.2.3 引入运放的电荷泵39
• 3.2.4 传输门选择开关的引用39-40
• 3.2.5 电荷泵的抗辐照加固40-43
• 3.2.6 三种CP的SET轰击实验结果43-45
• 3.3 鉴频鉴相器电路的设计45-46
• 3.4 滤波器电路设计46-48
• 3.4.1 滤波器的工作原理46
• 3.4.2 环路滤波器的选择46-48
• 3.5 输入BUFFER48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 多相位振荡器电路设计和抗辐照加固49-67
• 4.1 多相位振荡器的工作原理49-50
• 4.2 多相位振荡器设计方案一50-56
• 4.2.1 多相位振荡器的整体结构50-51
• 4.2.2 多相位振荡器的环形振荡器电路设计51-52
• 4.2.3 多相位振荡器的偏置电路设计52
• 4.2.4 多相位振荡器的占空比调节电路设计52-53
• 4.2.5 多相位振荡器的功能验证53-54
• 4.2.6 多相位振荡器的性能验证54-56
• 4.2.7 多相位振荡器的设计方案一结论56
• 4.3 多相位振荡器设计方案二56-64
• 4.3.1 多相位振荡器的整体结构56-57
• 4.3.2 多相位VCO_BIAS的设计57-58
• 4.3.3 多相位VCO延迟单元设计58-59
• 4.3.4 多相位振荡器的差分转单端输出59-60
• 4.3.5 多相位振荡器的输出BUFFER电路60
• 4.3.6 多相位振荡器的多相位输出时钟功能实现60
• 4.3.7 多相位振荡器的性能验证60-63
• 4.3.8 多相位振荡器SET轰击实验结果63
• 4.3.9 多相位振荡器的设计方案二结论63-64
• 4.4 多相位振荡器（MPVCO）的抗辐照加固64-65
• 4.5 多相位振荡器的加固效果评定65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 多相位抗辐照锁相环的版图实现和功能验证67-79
• 5.1 多相位抗辐照锁相环整体电路结构67-68
• 5.2 多相位抗辐照锁相环的版图级设计实现68-71
• 5.2.1 版图的设计匹配问题68-69
• 5.2.2 版图的抗SEL设计问题69
• 5.2.3 版图的电源供电问题69-70
• 5.2.4 多相位锁相环版图的低抖动设计的实现70
• 5.2.5 多相位抗辐照锁相环版图的实现70-71
• 5.3 多相位抗辐照锁相环的功能验证71-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章 结束语79-81
• 6.1 本文工作总结79-80
• 6.2 工作展望80-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-87
• 作者在学期间取得的学术成果87

【参考文献】

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1 王长河;单粒子效应对卫星空间运行可靠性影响[J];半导体情报;1998年01期

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本文编号：913858