随着器件向纳米尺度急剧缩减,宇航集成电路对辐射粒子引起的单粒子瞬态效应敏感性急剧增加,脉冲宽度作为衡量单粒子瞬态效应的重要因素之一,为系统预测及减轻单粒子危害提供了支撑。脉冲宽度分布特性决定了单粒子瞬态引起的电路软错误率,最大脉冲宽度数值决定了电路对单粒子瞬态的容忍阈值,因此准确测量瞬态脉冲宽度是设计高性能加固集成电路的重要环节。本文基于现有单粒子瞬态测试电路提出了性能更优越的抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路,并通过Spice仿真完成了抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路性能验证。主要研究工作和成果如下:1、通过存储单元单粒子效应研究说明准确测量SET脉宽对降低系统错误率具有重要意义。利用Spectre仿真分析基本锁存器、TMR、LPSET和LCHR的抗辐射加固效果,仿真结果表明:(1)基本锁存器既无滤除SET脉冲的能力也无抗SEU的能力,且28nm工艺下的基本锁存器翻转阈值在0.638Me V·cm~2/mg～0.64Me V·cm~2/mg之间;(2)TMR只有抗SEU加固效果,而LPSET和LCHR锁存器对SEU和SET均有良好的加固效果;(3)LPSET滤除SET能力取决于延时元件,LCHR滤除SET能力取决于施密特触发器;(4)存储单元加固方案的选取依托于SET脉冲分布,因此准确测量单粒子瞬态脉冲宽度是设计高性能加固存储器及降低系统软错误的重要途径。2、提出通用的测量SET脉冲分布的抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路。抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路主要包括三部分:以锁存器为量化单位的第一测试电路和以反相器为量化单位的第二、第三测试电路。三路测试结构可以针对电路系统中不同节点分别进行SET脉宽分析,定量标定由辐射导致的SET脉冲宽度;通过改变测量级数可以调节测量精度及测量范围,并且三路测试结构因具有不同分辨率得到的测量范围不同,通过整合三路输出结果进行表决获得更高测量精度;通过设置测试电路辐射检测模块可以确定脉冲信号来源,将未受到辐射影响的测量结果进行整合达到更高的测量精度和更可靠的抗辐射性能。3、理想脉冲源下对抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路精度进行优化。在Tsmc N28标准电源电压下利用Virtuoso构建传统、片上自触发、抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路并进行精度对比仿真,仿真结果表明:在输入SET为50ps、100ps、150ps情况下,标准单元抗辐射高精度测试电路相比传统及片上自触发测试电路精度至少提高了65%及15%。然后对抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路中PMOS管尺寸进行优化,得到三个测试结构精度分别提高了18%、29%和26%,同时测量50ps、100ps和150ps的SET时,自定义单元测试电路比标准单元测试电路精度分别提高了5%、10%和56%,因此优化器件参数不仅能提高单个测试结构的测量精度,而且对整个抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路的测量精度都有很大提升。4、非理想脉冲源下对抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路性能进行验证。构建了适用于电路级单粒子效应仿真的PWL故障注入模型,并将其添加至基本逻辑门内部敏感节点仿真得到逻辑门单粒子敏感性排序。然后选取结构较为简单的反相器搭建单粒子瞬态目标电路,并对不同SET下传统、片上自触发和抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路进行性能对比仿真,仿真结果表明:在最坏情况下抗辐射高精度单粒子瞬态测试电路相较于传统及片上自触发测试电路精度分别提高了69%和26%且无测量误差存在,同时通过设置测试电路辐射检测模块可以确定检测到的脉冲信号是否为待测SET,并当其中任一部分受到辐射影响而导致错误测量时其它部分仍可输出正确值,证明了本文所提出的测试结构具有更高的精度性能和更强的抗辐射性能,因此更具有工程应用价值。