抗輻射PWMDPS時序電路的研究.pdf

1、基于脈沖寬度調(diào)制（PWM）原理的CMOS數(shù)字像素圖像傳感器（DPS）憑借其低功耗、低噪聲以及實現(xiàn)簡單等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，特別在空間探測、遙感成像、太陽敏感器等空間環(huán)境的應(yīng)用具有極其重要的研究價值。數(shù)字像素CMOS圖像傳感器的時序電路在圖像傳感器的整個工作過程中起著重要的作用。本文根據(jù)時序電路在空間環(huán)境中的單粒子效應(yīng)和總劑量效應(yīng)，開展抗輻射PWM DPS時序電路的研究工作。
　　本文研究了時序電路在空間環(huán)境中的單粒子效應(yīng)和總劑

2、量效應(yīng)，單粒子效應(yīng)會使時序電路內(nèi)部寄存器的邏輯值發(fā)生翻轉(zhuǎn)，總劑量效應(yīng)會使時序電路發(fā)生漏電現(xiàn)象，使時序電路不能正常工作。針對這兩種輻射效應(yīng)，設(shè)計了PWM DPS的時序電路，并基于本文所設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)單元庫實現(xiàn)。這套標(biāo)準(zhǔn)單元庫包括25個邏輯單元以及若干填充單元。通過調(diào)整晶體管尺寸、結(jié)構(gòu)冗余和環(huán)形柵 NMOS結(jié)構(gòu)等方法分別對時序電路中的單粒子效應(yīng)和總劑量效應(yīng)進行加固。同時，提出了一種可以抵抗雙節(jié)點翻轉(zhuǎn)的鎖存器。該鎖存器還能抵抗部分三節(jié)點翻轉(zhuǎn)以及輸

3、入端口的單粒子瞬態(tài)。此外，使用Verilog語言搭建了時序電路的驗證平臺。驗證通過后，使用Perl語言和TCL語言開發(fā)的自動化設(shè)計流程得到了時序電路的版圖。
　　在0.18μm CMOS工藝下，本文針對時序電路中的單粒子效應(yīng)提出的鎖存器的面積為186.12μm2，在時鐘轉(zhuǎn)換時間和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間都為0.008~1.5ns時，鎖存器的建立時間為1.16563~1.32871ns。本文設(shè)計的時序電路的面積為1266.48×320.02μm