cmos图像传感器时序控制电路的单粒子效应的研究

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1、？说＃ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第一所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５＾＾＾＾＾＾微电子学与固体电子学学科专业：Ｉ＾作者姓名：指导教师：姚素英教授天津大学研究生院２０１５年１１月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的，研宄成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示

2、了谢意。学位论文作者签名：蕃签字日期：年Ｇ月丨０日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库讲行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：＿０７月【签字曰期：丨日签字日期：１２〇咚年月年｜日CMOS图像传感器时序控制电路的单粒子效应的研究ResearchonSingle-Event-Eff

3、ectToleranceforTimingCircuitofCMOSImageSensor学科专业：微电子学与固体电子学作者姓名：闫茜指导教师：姚素英教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十一月摘要CMOS图像传感器是现今固态成像技术的主流方向，具有低成本、低功耗和高读出速度等优点，广泛应用于消费电子、可视电话、医疗等领域。空间成像已成为其重要应用之一，特别在遥感成像、太阳敏感器、空间探测等空间环境中的应用着有重要的研究价值。然而，应用于空间环境的集成电路会受到太空中高能粒子的影响，其中，单粒子效应是集成电路应用于太空环境中面临的主要辐射效应之一，它会造成芯片中数字电

4、路工作的短暂失效，甚至是永久损毁。图像传感器的时序电路主要由数字电路构成，受单粒子效应影响很大。因此，本文分析时序电路在空间环境中受到的单粒子效应，依此开展抗辐射CMOS图像传感器时序电路的研究工作。本文从底层到顶层对时序电路的抗单粒子效应进行研究与设计。底层加固方面，本文提出了一系列设计加固的存储单元，采用了空间域冗余或时间域冗余的加固技术，加固后的存储单元可以抵抗内部节点的单粒子效应。由于存储单元在数字电路中大规模使用，且由于其是时序逻辑电路，工作时易受粒子攻击而产生状态翻转，所以设计抗辐射存储单元很有必要。对设计的抗辐射触发器进行了验证，通过构成触发器链并分别统

5、计输出端口的错误电平个数，可以比较不同单元间的可靠性。并在此基础上对抗辐射标准单元库进行扩充与完善。顶层加固方面，本文提出一种使能检测单元，该单元可以加固外部启动信号。在经过了电路级错误注入仿真验证以后，对使用该单元的一款图像传感器进行模拟辐射测试，结果表明使用使能检测单元的时序电路可以有效屏蔽单粒子效应。因此，本文提出的基于使能检测单元的系统级加固方法具有抵抗单粒子效应的功能。本文基于改进后的标准单元库使用VerilogHDL语言设计了一种加固的图像传感器时序产生电路，并搭建了时序电路的验证平台通过了仿真验证。它采用可以对使能信号进行加固的检测单元。基于数字电路设计

6、流程完成了图像传感器时序电路部分的版图设计，完成了后仿和时序分析。关键词：CMOS图像传感器；时序电路；单粒子效应；设计加固ABSTRACTCMOSimagesensorsarethemaindirectionofthemodernimagingtechnology.Theyhavelowcost,lowpowerconsumptionandhighreadoutspeed,thus,theyareusuallyusedinindustrydetection,aerialphotography,andconsumingelectronics.Besides,satel

7、liteimaginghasbecomeoneofthemainapplications,especiallyinthefieldsofremotesensingimaging,sunsensorandspaceexploration.However,integratedcircuitsusedinspaceapplicationsareeasilyaffectedbytheenergeticparticlesinspace.Singleeventeffectisoneofthemainradiationeffects,anditmaycausete