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超高速二分频器电路的设计及其γ辐射研究

作　者: 程和远
导　师: 张玉明
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 分频器砷化镓HBT γ辐射辐射效应超高速
分类号: TN772
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 24次
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内容摘要

高速分频电路在通信应用中是一个必不可少的部分,它广泛应用于锁相环式频率合成器,在锁相环式频率合成器中,分频器和VCO是工作在最高频率下的模块,它们的速度决定了整个系统的最高速度,它们的功耗往往占据系统整体功耗的很大部分,为了降低功耗,有时会使用分立的预分频器作为分频器组的第一级。本文采用1μm InGaP/GaAs HBT工艺,仿真设计了一款超高速二分频器,设计过程中在速度和功耗之间进行了折中,并采用⁶⁰Coγ射线对所设计的分频器进行了1Mrad（Si）的辐射实验。研究了不同累积总剂量γ射线辐射前后该分频器主要参数的退化规律,探究其辐射效应、辐射损伤机理及抗辐射加固技术。本文主要工作包括:设计了一款超高速二分频器。基于CML结构,采用主—从结构的D触发器,设计由输入缓冲器、分频器核心部分、输出缓冲器和偏置电路组成的超高速二分频器,并对比设计基于ECL结构的分频器,考虑速度与功耗的折中,最终对基于CML结构的超高速二分频器进行了流片测试。进行了分频器γ辐射实验。基于国内现有的辐射实验环境,从同一批流片回来的分频器中共挑选12个特性相近的做为实验的辐射样品,进行了1Mrad（Si）的辐射实验,由HFY-1A钴源控制台控制,采用HFY-601固定式多路XY剂量率仪记录辐照剂量。辐照的剂量率为50rad/s,辐照实验是在室温不加偏置条件下进行。辐射前后测试了实验设计的分频器参数包括:最高工作频率、不同频率点的最低输入功率和输出功率、工作电压、静态工作电流,并计算出直流功耗。分析辐射前后的实验数据结果,总结了引起分频器参数变化的主要原因是电离辐射体损伤、氧化物电荷积累、感生Si/SiO₂界面态和辐射过程中退火共同所致,并得出芯片抗γ辐射能力强的结论,同时对其它GaAs材料异质结组成的微波电路所进行的1Mrad（Si）γ辐射研究有参考价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外发展和现状  9-10
  1.3 论文的主要工作  10-11
  1.4 论文的组织结构  11-14
第二章超高速二分频器电路仿真及设计  14-30
  2.1 砷化镓材料及其特性简介  14-17
    2.1.1 砷化镓材料简介  14
    2.1.2 GaAs材料与Si材料的特性比较  14-15
    2.1.3 GaAs HBT的特点  15-17
  2.2 分频器简介  17-18
  2.3 电路设计及仿真  18-26
    2.3.1 电路建模  18-19
    2.3.2 分频器核心部分  19-21
    2.3.3 输入缓冲器设计  21
    2.3.4 输出缓冲器设计  21-22
    2.3.5 偏置电路设计  22-23
    2.3.6 系统结构图及仿真结果  23-24
    2.3.7 版图设计及封装  24-26
  2.4 基于ECL结构设计的分频器  26-28
    2.4.1 ECL结构特点及分频器电路设计  26-27
    2.4.2 仿真结果及结论  27-28
  2.5 本章小结  28-30
第三章分频器γ辐射实验  30-42
  3.1 空间辐射环境  30-33
    3.1.1 空间辐射环境  30-31
    3.1.2 大气辐射环境  31-32
    3.1.3 核辐射环境  32
    3.1.4 其它辐射环境  32-33
  3.2 辐射粒子与半导体材料的作用  33-34
  3.3 辐射效应  34-35
    3.3.1 总剂量效应  34
    3.3.2 单粒子效应  34-35
  3.4 双极电路的辐射损伤机理及其加固简介  35-36
  3.5 InGaP/GaAs HBT二分频器的~(60)Co γ辐照效应研究  36-40
    3.5.1 实验样品选取及安排  36-37
    3.5.2 实验仪器和设备  37-38
    3.5.3 辐照实验条件  38-39
    3.5.4 实验过程  39-40
  3.6 本章小结  40-42
第四章分频器测试及分析  42-56
  4.1 测试样品  42
  4.2 测试仪器  42
  4.3 分频器测试参数  42
  4.4 测试过程  42-45
  4.5 测试结果及分析  45-55
    4.5.1 原始数据表  45-49
    4.5.2 数据处理  49-52
    4.5.3 结果分析  52-55
    4.5.4 结论  55
  4.6 本章小结  55-56
第五章结束语  56-58
  5.1 工作总结  56
  5.2 研究展望  56-58
致谢  58-60
参考文献  60-64
研究成果  64-65

超高速二分频器电路的设计及其γ辐射研究

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