Geavanceerde stralingstolerante CMOS-oscillatoren

Oscillatoren zijn de belangrijkste bouwstenen voor frequentiegeneratie en worden gebruikt in communicatiesystemen en tijd gebaseerde signaalverwerking. In toepassingen zoals ruimtevaartuigen en satellieten, hoge-energie fysica experimenten zoals de LHC en FCC en nucleaire instrumentatie zoals in de ITER-fusiereactor, kunnen grote hoeveelheden ioniserende straling plotselinge fase- en frequentiefouten in de oscillator veroorzaken als gevolg van ladingen die door de deeltjes worden gegenereerd. In de praktijk zien we 2 belangrijke en fundamenteel beperkende effecten in LC-oscillatoren: tijdsafhankelijke “Single-Event Phase Transients” (SEPT) en (recent ontdekte) tijdelijke “Single-Event Frequency Transients” (SEFT) die hun oorsprong vinden in de spoel van de oscillator.Klassiek wordt de capaciteit van de oscillator verhoogd om de gevoeligheid voor “Single-Event Phase Transients” (SEPT) te verminderen, ten koste van een hoger vermogenverbruik. De fasefout is echter tijdsvariant. Het eerste hoofddoel is om gebruik te maken van deze tijdsvariantie door de ladingverzameling over één of meerdere oscillatieperiodes te spreiden om de geaccumuleerde fasefouten deels te onderdrukken. SEE’s vinden hun oorsprong meestal in MOS-transistoren. Onlangs werd een secundair en dominant mechanisme ontdekt dat wordt veroorzaakt door ladingen in de oxiden (SiO2) rond de spiraalvormige spoel die Single-Event Frequency Transients (SEFT) veroorzaken. Het tweede doel van het project is om dit mechanisme verder te onderzoeken en de ontwerpkeuzes te analyseren om de gevoeligheid ervan te verminderen.

Trefwoorden:Oscillator, Single-Event Effect, Radiation Hardening, CMOS, Radiation Effects

Disciplines:Analoge, RF- en mixed-signal geïntegreerde circuits, Semiconductor toepassingen, nanoelektronica en technologie, Elektronisch circuit- en systeembetrouwbaarheid