本文關鍵詞：輻照加固鎖相環(huán)的研究與設計

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【摘要】：鎖相環(huán)(Phase-Loop Lock,PLL)被廣泛地應用于時鐘生成器等電路中,是航天器電子系統(tǒng)的核心部件。工作于輻照環(huán)境中的PLL容易遭到高能粒子的轟擊而誘發(fā)單粒子瞬變效應(Single Event Transient,SET),造成輸出信號相位和頻率漂移,導致電子系統(tǒng)產生錯誤,嚴重威脅著航天器的可靠性。為了提高PLL在輻照環(huán)境中的可靠性,本文對輻照加固鎖相環(huán)進行了研究與設計。主要包括以下內容:首先,本文采用低壓共源共柵技術,改進了一種差分型電荷泵電路,降低了充放電電流的失配。采用對稱負載差分延遲單元,設計了一種低相位噪聲、寬頻率范圍的壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)。在分析PLL工作原理的基礎上,設計了一款電荷泵鎖相環(huán),并采用SMIC 0.18μm CMOS工藝對所設計的電路進行仿真。仿真結果表明,所設計的電荷泵在0.4V~1.3V電壓范圍內的電流失配率僅為0.6%,VCO的輸出頻率范圍為90MHz~2.275GHz。當輸入時鐘頻率為62.5MHz時,PLL的鎖定時間為1.336μs,輸出頻率為1GHz,控制電壓的波紋僅為0.4mV,輸出波形的占空比為48.5%。其次,本文采用雙指數電流脈沖模擬高能粒子對PLL進行轟擊,分析了不同轟擊節(jié)點、不同轟擊能量和不同工作頻率時PLL的SET敏感特性。通過比較分析,電荷泵的輸出級、壓控振蕩器偏置電路和環(huán)振對SET很敏感,而電荷泵偏置電路和鑒頻鑒相器等數字電路部分的SET敏感性較小。最后,本文基于電流補償加固原理,改進了一種輻照加固電荷泵。采用三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)技術,設計了一種輻照加固型壓控振蕩器。對于物理版圖,結合具體的電路,本文采用環(huán)形柵和保護環(huán)對PLL的版圖進行了加固處理。采用SMIC 0.18μm CMOS工藝對所設計的電路進行仿真,仿真結果顯示,與基本PLL相比,本文所設計的加固型PLL對SET的抑制能力提高了93.8%,PLL回到鎖定所需的恢復時間下降了71.5%,最大相位漂移減小了91.9%,有效地提高了PLL的抗輻照能力。
【關鍵詞】：單粒子瞬變效應 鎖相環(huán) 敏感性分析 電荷泵 設計加固
【學位授予單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V443
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-12
• 1.2.1 國外研究現狀10-11
• 1.2.2 國內研究現狀11-12
• 1.3 論文主要工作及組織結構12-13
• 第2章 輻照加固的基本理論13-25
• 2.1 輻照效應13
• 2.2 單粒子效應13-18
• 2.2.1 單粒子效應的機理13-15
• 2.2.2 單粒子效應的分類15-16
• 2.2.3 單粒子效應的模擬方法16-17
• 2.2.4 單粒子瞬變電流脈沖模型17-18
• 2.3 單粒子效應對電路的影響18-21
• 2.4 單粒子效應加固技術21-24
• 2.4.1 工藝加固22
• 2.4.2 設計加固22-24
• 2.5 本章小結24-25
• 第3章 基本鎖相環(huán)設計25-50
• 3.1 鎖相環(huán)的結構及基本原理25-33
• 3.1.1 鑒頻鑒相器26-27
• 3.1.2 電荷泵27-28
• 3.1.3 低通濾波器28-29
• 3.1.4 壓控振蕩器29-30
• 3.1.5 分頻器30
• 3.1.6 電荷泵鎖相環(huán)的線性模型30-31
• 3.1.7 環(huán)路穩(wěn)定性分析31-33
• 3.2 鎖相環(huán)各子電路設計33-49
• 3.2.1 鑒頻鑒相器設計33-36
• 3.2.2 電荷泵設計36-40
• 3.2.3 壓控振蕩器設計40-45
• 3.2.4 分頻器設計45-46
• 3.2.5 整體電路的設計與仿真46-49
• 3.3 本章小結49-50
• 第4章 鎖相環(huán)中SET敏感性分析50-63
• 4.1 鎖相環(huán)中SET敏感性的評估參數與雙指數電流模型50-52
• 4.1.1 SET敏感性評估參數50-51
• 4.1.2 雙指數電流模型51-52
• 4.2 電荷泵中SET敏感性分析52-57
• 4.2.1 SET敏感性量化方法52-54
• 4.2.2 CP中不同轟擊節(jié)點的SET響應54-55
• 4.2.3 CP中不同轟擊能量的SET響應55-56
• 4.2.4 CP中不同工作頻率的SET響應56-57
• 4.3 壓控振蕩器中SET敏感性分析57-62
• 4.3.1 VCO中不同轟擊節(jié)點的SET響應57-60
• 4.3.2 VCO中不同轟擊能量的SET響應60-61
• 4.3.3 VCO中不同工作頻率的SET響應61-62
• 4.4 本章小結62-63
• 第5章 輻照加固鎖相環(huán)設計63-78
• 5.1 電荷泵模塊的加固設計63-67
• 5.2 壓控振蕩器的加固設計67-70
• 5.3 鑒頻鑒相器和分頻器加固設計70
• 5.4 PLL的版圖加固設計70-74
• 5.4.1 版圖加固技術70-72
• 5.4.2 PLL子模塊及整體電路的版圖設計72-74
• 5.5 整體電路的仿真結果74-77
• 5.6 本章小結77-78
• 第6章 總結與展望78-80
• 6.1 全文工作總結78-79
• 6.2 工作展望79-80
• 參考文獻80-84
• 致謝84-85
• 攻讀碩士學位期間從事的科研工作及取得的成果85

【參考文獻】

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本文編號：960499