【摘 要】
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频率综合器（Frequency Synthesizer,FS）作为射频系统中的关键模块,其功能是产生一个本振信号,因而其性能直接影响系统的性能。暴露在辐照环境下的频率综合器易受到高能粒子的轰击而引发单粒子效应,导致芯片暂时失效,严重时甚至会烧毁。为了提高其在辐照环境下的工作稳定性,本文设计了一种频率综合器,并对关键电路进行了抗辐照加固。主要内容如下:首先,本文在分析了传统锁相环（Phase Loc
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频率综合器（Frequency Synthesizer,FS）作为射频系统中的关键模块,其功能是产生一个本振信号,因而其性能直接影响系统的性能。暴露在辐照环境下的频率综合器易受到高能粒子的轰击而引发单粒子效应,导致芯片暂时失效,严重时甚至会烧毁。为了提高其在辐照环境下的工作稳定性,本文设计了一种频率综合器,并对关键电路进行了抗辐照加固。主要内容如下:首先,本文在分析了传统锁相环（Phase Locked Loop,PLL）的非理想效应基础上,对鉴频鉴相器（Phase Frequency Detector,PFD）、电荷泵（Charge Pump,CP）、压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator,VCO）、分频器（Frequency Divider,DIV）、带隙基准（Bandgap Reference,BG）电路和锁定检测（Lock Detection,LD）电路等进行了设计。在此基础上,采用SMIC 0.13μm CMOS工艺设计了一种高性能的频率综合器。仿真结果表明,所设计的频率综合器的输出频率范围为0.5GHz～2GHz,锁定时间为2.2μs,VCO的输出相位噪声为-89.2d Bc/Hz@1MHz。其次,在分析辐照效应产生机理基础上,本文建立了检测单粒子效应电路的仿真模型,找到对单粒子效应敏感的关键节点并进行了相应的抗辐照加固设计。其中,鉴频鉴相器和分频器采用三模冗余加固思想对电路模块进行加固;电荷泵采用一种数字隔离加固模块来代替传统的模拟加固方法,使得加固电路结构更加简单且易实现。加固后的频率综合器与未加固的频率综合器相比,其控制电压ΔVctrl的改善率为88.1%,其恢复时间Trec的改善率51.5%,其最大相位偏移Φmax的改善率为92.5%。最后,采用了双保护环结构设计了辐照加固的频率综合器物理版图,其能有效地抑制单粒子效应的影响。
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