4通道12位高压抗辐照数模转换器芯片设计

摘要

随着国家航天事业的迅速发展，越来越多的电子系统进入到外太空工作，外太空辐射环境引起的辐照效应对芯片的影响受到大家的广泛关注。由于某些集成电路或者集成系统长期工作在外太空，造成航天工程对适应于辐射空间环境且具备几种工作电压的抗辐照集成电路或集成系统需求不断增加。因此，高可靠性且长寿命的太空探测集成系统成为当前的热点研究方向。数模转换器（DAC）在医疗仪器，工业控制，科学和航空航天电子，数字通信，电源控制，和伺服控制等领域有广泛应用。数模转换器作为一个串口电路，是外太空的探测系统等集成系统中的必备电路，因此，设计抗辐照数模转换器（DAC），保证太空探测的数据正确保存和传输是一大重点。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了抗辐照的相关损伤机理，平衡高压和抗辐照两方面设计压力，选取合理的LDMOS器件（Dongbu HiTek BCD0.18μm工艺）来设计高压抗辐照DAC芯片。设计完成100Krads（Si）的抗电离总剂量和80MeV?cm2/mg抗单粒子闩锁效应这两方面的抗辐照指标。⑵采用多晶电阻设计完成带回读功能的数模转换器（DAC）芯片电路。设计合理的电平转换电路，克服由于数字工作电压保持5V不变，而模拟宽电源电压工作（有±15V，±5V，0~5V三种模式）给电路带来的设计困难。针对多晶电阻，设计合理的电阻解码电路，保证DAC电路信号转换的正确性。三种工作模式下，芯片电路的 DNL最小是-0.35LSB，且其线性度误差（INL）均控制在（-0.6~+0.2）LSB范围内。⑶考虑多晶电阻受电压和环境的影响较大，破坏 R-2R解码电路中电阻的比例。用MATLAB对解码电路的Monte Carlo仿真所得到的数据进行分析，设计电阻修调电路对高4位（D8-D11）的电阻进行修调，进一步保证R-2R电阻解码的精度。⑷采用Cadence ADE对DAC芯片各个模块电路和整体DAC电路分别进行电路仿真，版图规划，及电路的后仿真，并对仿真数据进行分析，以确定芯片信号转换的误差。保证DAC电路在±15V，±5V，0~5V三种工作模式下，能正确有效的工作，且精度得到保证。最终确定DAC芯片的版图面积为5.8mm×5.5mm。

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缩略语对照表

第一章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2数模转换器简介

1.3抗辐照数模转换器类芯片的发展现状

1.4论文主要研究内容和论文安排

第二章 抗辐照工艺选取和芯片架构

2.1抗辐照工艺选取

2.2芯片架构和主要模块电路

第三章 电路设计与仿真

3.1数字逻辑电路

3.2电平转换电路

3.3 R-2R解码电路

3.4运算放大器

3.5整体电路仿真

3.6本章小结

第四章 抗辐照版图设计及后仿真

4.1抗辐照加固方案

4.2电阻匹配设计

4.3版图设计及后仿真

4.4封装和应用

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

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