抗辐射加固专用数模混合集成电路的设计与实现

摘要

随着电子信息技术的飞速发展，集成电路在航空航天等领域中取得了日益广泛的应用。在宇航环境中，各种辐射效应会对元器件的性能产生影响，对电子设备的长期工作可靠性产生极大危害。因此，抗辐射元器件的研制对空间技术的发展具有至关重要的作用。由于我国研究抗辐射加固集成电路设计技术的时间较短，在相关技术和产品线方面与国外相比有较大差距。因此，对集成电路抗辐射加固设计技术进行研究，实现宇航用关键元器件技术的自主可控对我国航空航天的发展具有重大的意义。另外，抗辐射加固专用数模混合集成电路内部可以集成数字逻辑功能电路和高性能模拟单元，能够有效减小系统功耗和面积，具有巨大的应用价值。 本文针对上述问题和系统发展需求，深入研究宇航环境对集成电路器件性能参数造成的影响及其对应加固措施，以一款抗辐射加固专用数模混合集成电路的研制过程为载体，对专用数模混合集成电路小型化、低功耗和抗辐照加固设计进行研究。主要内容为： 1.针对系统的功能、面积和功耗需求，研究数模混合集成电路小型化、低功耗设计方案，提出一种将专用数字逻辑功能单元、多通道ADC、多通道RS-422接口电路集成在单芯片中的集成方案。在电路设计中综合考虑各单元的性能参数和功耗面积，在版图设计中通过电源/地分离和隔离环等措施抑制数模电路串扰，并选择合适的管壳封装，确保产品整体的性能参数、功耗、面积等满足系统需求。 2.研究宇航环境下空间辐射对集成电路器件造成的影响，主要针对电离辐射效应和单粒子效应造成的影响提出对应的加固措施，将其应用在该款抗辐射加固专用数模混合集成电路的设计中，以避免或减轻各种辐射效应对集成电路器件造成的性能甚至功能影响，使其能够在宇航环境中正常工作。 3.研究抗辐照数字单元库设计技术，使抗辐射加固数字电路和版图可以通过EDA软件自动综合生成，解决了数字电路传统抗辐射加固设计方法效率低的问题，有效提高了器件的可靠性和环境适应性。 4.通过测试和辐照试验摸底，证明本电路的常态功能参数均满足设计输入要求，抗总剂量能力达到100krad(Si)，抗单粒子锁定能力达到75MeV.cm2/mg，抗单粒子翻转能力达到37MeV.cm2/mg。

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