【摘要】：對(duì)于數(shù)字集成電路來說,其實(shí)現(xiàn)各種功能,都離不開穩(wěn)定可靠的時(shí)鐘,基于此通常會(huì)使用鎖相環(huán)來生成穩(wěn)定時(shí)鐘,因此設(shè)計(jì)高性能鎖相環(huán)是很有必要的。此外隨著我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展,對(duì)于集成電路的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)苛的要求,這主要是因?yàn)閺?fù)雜的太空環(huán)境對(duì)集成電路容易造成重大影響。本文出于工程實(shí)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(jì)為DSP提供穩(wěn)定時(shí)鐘。對(duì)于SET對(duì)鎖相環(huán)的影響,通過激光實(shí)驗(yàn)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(duì)數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行了分析,觀察到PFD對(duì)鎖相環(huán)的影響是抖動(dòng)增加,而DIV則是造成失鎖不可恢復(fù),VCO部分存在抖動(dòng)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(duì)鎖相環(huán)各模塊的工作原理進(jìn)行了分析,針對(duì)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(shí)驗(yàn)給出各模塊抗輻照的加固方法。具體到各模塊則是:對(duì)于PFD,針對(duì)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(duì)其進(jìn)行加固主要是通過改進(jìn)D觸發(fā)器,通過仿真驗(yàn)證,該P(yáng)FD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(duì)于DIV,則是介紹雙模預(yù)分頻的工作原理與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式,采用了三模冗余的加固方法對(duì)高頻部分進(jìn)行了加固;針對(duì)電荷泵的各種問題與常用的實(shí)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(shí)現(xiàn)方式,對(duì)于CP的加固方式則主要是在版圖級(jí)進(jìn)行加固,此外對(duì)其功能進(jìn)行了仿真;對(duì)VCO部分進(jìn)行了說明,最終選擇環(huán)形振蕩器,延時(shí)單元選擇在傳統(tǒng)的對(duì)稱負(fù)載結(jié)構(gòu)上引入交叉管增加恢復(fù)速度并對(duì)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(jì)與實(shí)現(xiàn):該鎖相環(huán)最高鎖定頻率為3.125GHz,鎖定時(shí)間小于2.5us,均方根抖動(dòng)為2.59ps,峰峰值抖動(dòng)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(dòng)而在集成電路中產(chǎn)生的幅值大時(shí)間短的電流，這個(gè)電流有很大可能會(huì)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(duì)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(shí)間與信號(hào)的時(shí)鐘周期越來越接近，使得 SET 脈沖的識(shí)別檢測(cè)更加困難，因此 SET 對(duì)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(diǎn)下

圖1.1 單粒子入射根據(jù) SEE 對(duì)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(shí)間與信號(hào)的時(shí)鐘周期越來越接近，使得 SET 脈沖的識(shí)別檢測(cè)更加難，因此 SET 對(duì)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(diǎn)，SET 發(fā)生的敏感區(qū)域通常是在晶體管漏極附近，，這是因?yàn)楫?dāng)晶體管截止時(shí)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(duì)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(diǎn)越來越小，尤其是現(xiàn)在進(jìn)納米級(jí)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(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN386;TN911.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2681018