發(fā)布時間：2020-05-26 00:53

【摘要】：對于數(shù)字集成電路來說,其實現(xiàn)各種功能,都離不開穩(wěn)定可靠的時鐘,基于此通常會使用鎖相環(huán)來生成穩(wěn)定時鐘,因此設(shè)計高性能鎖相環(huán)是很有必要的。此外隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展,對于集成電路的設(shè)計提出了嚴(yán)苛的要求,這主要是因為復(fù)雜的太空環(huán)境對集成電路容易造成重大影響。本文出于工程實際需要,基于40nmCMOS工藝完成一款抗單粒子瞬變鎖相環(huán)設(shè)計為DSP提供穩(wěn)定時鐘。對于SET對鎖相環(huán)的影響,通過激光實驗進(jìn)行了模擬:根據(jù)轟擊不同的位置確定了各模塊的影響,最終通過對數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行了分析,觀察到PFD對鎖相環(huán)的影響是抖動增加,而DIV則是造成失鎖不可恢復(fù),VCO部分存在抖動增加,失鎖可恢復(fù)以及失鎖不可恢復(fù)等現(xiàn)象。除此之外對鎖相環(huán)各模塊的工作原理進(jìn)行了分析,針對各模塊需要注意的問題和常用結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明,并進(jìn)行了比較,還基于激光實驗給出各模塊抗輻照的加固方法。具體到各模塊則是:對于PFD,針對鑒相死區(qū)進(jìn)行了說明,并采用在復(fù)位端引入一定的延遲的方法進(jìn)行了消除,對其進(jìn)行加固主要是通過改進(jìn)D觸發(fā)器,通過仿真驗證,該PFD不僅能夠?qū)崿F(xiàn)正常的鑒相功能并且具有良好的抗輻照性能;對于DIV,則是介紹雙模預(yù)分頻的工作原理與設(shè)計實現(xiàn)方式,采用了三模冗余的加固方法對高頻部分進(jìn)行了加固;針對電荷泵的各種問題與常用的實現(xiàn)方式進(jìn)行了說明,然后給出了可編程電荷泵的具體實現(xiàn)方式,對于CP的加固方式則主要是在版圖級進(jìn)行加固,此外對其功能進(jìn)行了仿真;對VCO部分進(jìn)行了說明,最終選擇環(huán)形振蕩器,延時單元選擇在傳統(tǒng)的對稱負(fù)載結(jié)構(gòu)上引入交叉管增加恢復(fù)速度并對其性能進(jìn)行了仿真�；�40nmCMOS工藝,完成了鎖相環(huán)的整體設(shè)計與實現(xiàn):該鎖相環(huán)最高鎖定頻率為3.125GHz,鎖定時間小于2.5us,均方根抖動為2.59ps,峰峰值抖動為3.39ps,版圖面積為478um*296um。
【圖文】：

使集成電路的功能發(fā)生改變。由于載流子的移動而在集成電路中產(chǎn)生的幅值大時間短的電流，這個電流有很大可能會使得 PNPN 結(jié)導(dǎo)通，引起閂鎖效應(yīng)。圖1.1 單粒子入射根據(jù) SEE 對電子系統(tǒng)的不同影響，可以將其分為單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）和單粒子閂鎖（SEL）以及單粒子瞬變（SET）[4][5]。然而當(dāng)工藝縮減到深亞微米階段以后，一方面，產(chǎn)生 SEU 與 SEL 所需能量大幅下降，而 SET 更容易產(chǎn)生和傳播；另外，SET從產(chǎn)生到消失的時間與信號的時鐘周期越來越接近，使得 SET 脈沖的識別檢測更加困難，因此 SET 對電子系統(tǒng)影響越來越得到人們的關(guān)注與重視。在先進(jìn)的工藝節(jié)點下

圖1.1 單粒子入射根據(jù) SEE 對電子系統(tǒng)的不同影響，可以將其分為單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）和單粒子鎖（SEL）以及單粒子瞬變（SET）[4][5]。然而當(dāng)工藝縮減到深亞微米階段以后，一面，產(chǎn)生 SEU 與 SEL 所需能量大幅下降，而 SET 更容易產(chǎn)生和傳播；另外，SET產(chǎn)生到消失的時間與信號的時鐘周期越來越接近，使得 SET 脈沖的識別檢測更加難，因此 SET 對電子系統(tǒng)影響越來越得到人們的關(guān)注與重視。在先進(jìn)的工藝節(jié)點，SET 發(fā)生的敏感區(qū)域通常是在晶體管漏極附近，，這是因為當(dāng)晶體管截止時漏極的生二極管由于被反向偏置，所形成的耗盡區(qū)能夠不斷的對電荷進(jìn)行收集。最終 SET來的影響是形成被稱為“漏斗”的效應(yīng)[3]。隨著工藝節(jié)點越來越小，尤其是現(xiàn)在進(jìn)納米級這種效應(yīng)更為明顯，這將導(dǎo)致圖 1.2 中 SET 產(chǎn)生的電流持續(xù)時間較長，會帶更為嚴(yán)重的影響。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN386;TN911.8

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

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4 黃燦燦;10Gbps SerDes中的高速接口設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2014年

5 喻鑫;40nm標(biāo)準(zhǔn)單元庫的移植與加固設(shè)計[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

6 袁珩洲;小數(shù)分頻鎖相環(huán)設(shè)計及其雜散與噪聲的抑制補償[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

7 張志強;抗輻照低抖動鎖相環(huán)設(shè)計[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

8 任穎;高性能可編程電荷泵鎖相環(huán)的設(shè)計與研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

本文編號：2681018