抗辐照DAC芯片的数字电路及R-2R电阻修调电路的设计

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随着航天航空技术的发展，大量电子设备被越来越多的应用在空间辐照环境下，抗辐照数模转换器作为许多电子设备的关键部分得到了广泛关注。模拟集成电路与数字集成电路相比，由于工艺电压温度(PVT)和器件特性等非理想因素的影响，匹配性较差。为了实现高性能高精度的抗辐照数模转化器，修调技术越来越受到设计者重视。本文针对四通道12位高压抗辐照数模转换器项目，基于Dongbu HiTek BCD0.18μm工艺，在Cadence ADE环境下设计实现了数字逻辑电路和R-2R解码电路，并仿真了总剂量辐照和单粒子辐照下电路的性能。研究了R-2R电阻网络的修调算法，使用MATLAB对数模转换器的线性度进行建模验证，实现了熔丝修调电路的设计。本文的主要研究工作及结果如下： 1.分析不同数模转换器的原理，综合考虑各项性能参数，确定使用R-2R型DAC。根据辐照指标及所选工艺，数字电路使用环栅CMOS器件，采用LDMOS作为R-2R解码电路的开关管。 2.DAC的数字逻辑电路实现了地址译码和传输12位数据的功能。同时，采用回读电路实现了数据检测。设计I/O接口电路，保证数据正确输入和读取。 3.采用LDMOS和多晶电阻完成R-2R解码电路设计。详细分析电阻匹配问题，对R-2R电阻网络进行相关匹配设计。使用基础结构设计时，电路工作±15V电源电压下，输出的DNL和INL范围在（-0.36~0.30）LSB和（-0.64~0.54）LSB；工作电压±5V，DNL和INL范围分别为（-0.43~0.47）LSB和（-0.80~0.56）LSB；在电压范围为0~+5V，DNL和INL范围分别为（-0.54~0.55）LSB和（-0.78~0.89）LSB。从仿真结果得出采用分段式R-2R结构，电路的输出精度都在指标要求内，增强了开关管导通电阻的匹配度，提高了抗辐照DAC输出精度，并且减小了芯片面积。 4.基于R-2R电路工作原理，提出R-2R电阻修调算法，并在MATLAB中编程建模，验证了本文所提修调算法在不同修调位数以及不同电阻匹配度下有效。根据Monte Carlo仿真结果和电阻修调的数据分析，确定对高四位（b8~b11）进行修调。采用熔丝修调技术，并设计了电阻修调电路检测熔丝熔断情况。 5.基于Dongbu HiTek BCD0.18μm工艺，设计了相关电路版图。模拟仿真了本文设计DAC芯片的数字及R-2R解码电路在总剂量辐照和单粒子辐照环境下的输出特性。

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作者
史敏敏;
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作者单位

西安电子科技大学;

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授予单位西安电子科技大学;
学科电子科学与技术
授予学位硕士
导师姓名蔡觉平;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类航天器及其运载工具;
关键词
抗辐照; DAC芯; 数字电路; 电阻; 修调电路;

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