吉赫茲鎖相環單粒子瞬變效應建模與加固技術研究

《吉赫茲鎖相環單粒子瞬變效應建模與加固技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由趙振宇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：吉赫茲鎖相環單粒子瞬變效應建模與加固技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙振宇
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

作為時鐘產生和同步電路，鎖相環（PLL）廣泛套用於各種電子系統中。輻射環境中的PLL在單粒子瞬變效應（SET）作用下，將產生頻率或相位偏差，甚至導致振盪中止，造成通信或功能中斷，從而給系統造成災難性的後果。隨著工藝步入深亞微米階段，PLL的工作頻率不斷提高，對SET的敏感性也日益增加。目前，吉赫茲抗輻射PLL的研究存在著多端動態器件的SET失效機理尚未掌握、缺乏相關SET電路模型、缺乏有效的低開銷加固方法等突出問題。因此，對高性能PLL中SET效應的相關科學問題展開深入研究具有重要的理論和套用價值。.本項目將採用理論分析、器件和電路模擬以及輻射試驗等多種手段，深入研究吉赫茲PLL的SET失效機理，建立準確的SET電路模型和高效的SET分析平台，提出有效的PLL加固技術，為研製新一代高性能抗輻射PLL提供理論指導與直接的技術支撐。

結題摘要

鎖相環（PLL）在單粒子瞬變（SET）效應作用下，將產生頻率或相位偏差，嚴重影響系統工作。本項目對吉赫茲PLL中SET效應建模、分析與加固方法進行研究，按計畫完成了全部研究工作，並對研究內容進行了擴展。建立了PLL系統和電路模型，採用TCAD和電路模擬方式，研究了PLL系統級、電路級和器件級SET產生和傳播過程，分析了各層次SET失效機理，揭示了NMOS SET效應無雙極放大機制等一系列新機理；基於器件-電路混合模擬，建立了準確的偏置相關的SET電路模型庫；提出了SET分析平台的結構框架，實現了電路級SET自動分析平台；提出了PMOS源極隔離、NMOS源極擴展以及CMOS漏極保護等多種版圖級加固方法，提出了新式電流型電荷泵加固電路，提出了差分式三模冗餘壓控振盪器加固電路，提出了PLL加固策略；基於各層次加固方法實現了PLL實驗晶片，輻射測試結果表明晶片對單粒子閂鎖免疫，SET引發的相位誤差較小，未出現不可恢復的失鎖。相關研究成果套用於核高基DSP等多項工程任務，多款晶片測試結果表明，PLL抗輻射性能達到國內領先、國際先進水平。項目研究期間，發表學術論文47篇，其中SCI檢索13篇，EI檢索13篇；獲國家發明專利授權5項；培養博士畢業生2人、碩士5人。本項目揭示了吉赫茲PLL中的SET效應規律，提出的建模、分析與加固方法可為高性能模擬和數模混合電路的輻射效應研究與加固設計提供理論指導和技術支撐，有效地支持我國自主智慧財產權宇航級處理器的研製工作。