CMOS模拟集成电路中放大器和比较器的SET分析

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空间辐射环境对太空电子设备以及系统存在潜在的危害。在近几年,随着集成电路特征尺寸的减小,一种新型的单粒子效应的现象开始被国内外的研究学者广泛的研究,这就是模拟电路中的单粒子瞬变(SET)现象。研究学者们发现,单个高能粒子在电路或器件的内部产生的一系列过程对于模拟电路中的灵敏晶体管是完全适用的。当单个重离子穿过电路中的敏感晶体管灵敏区时,由它产生的可动的载流子电荷会引起节点的电压漂移,进而对电路的输出电压产生影响。本论文主要研究的是CMOS线性模拟集成电路的SET效应,主要包括电阻做负载的单级共源级放大器、差分放大器以及一种逐次逼近(SAR) ADC中采用的比较器结构。首先分析了模拟集成电路中的SET效应,然后采用工艺计算机辅助设计(TCAD)软件以及电路仿真软件开展这些模拟集成电路的SET敏感性分析。对于前两种电路,仿真的方式是采用的电路级和器件级的混合模型仿真。对比较器电路采用的仿真方法是电路级仿真,此时是将混合模型仿真得到的瞬变电流脉冲用一个独立电流源的形式添加在电路中,来模拟粒子辐射效应。这里所设计的电路以及器件级采用的模型参数都是使用的SMIC0.18μm工艺。本文分析了SET效应在几种常用的模拟电路中产生的影响,并且通过仿真得出了共源级放大器的输入偏压以及入射离子能量对瞬变电流脉冲的影响,当偏压增加时,瞬变电流脉冲的幅值减小;并且当入射粒子的能量增大到某一值时,电流脉冲将不满足传统的双指数模型,这为后面做电路级仿真奠定了基础。之后通过对比较器电路的SET效应的分析,得出电路的敏感节点是输入管的漏端节点,并且当差分输入电压的增加,输出端瞬变电压脉宽减小。
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