Evaluación de sensibilidad TID de osciladores LC-Tank en cuadratura implementados en tecnología CMOS de 65 nm
Autores: Karmakar, Arijit; De Smedt, Valentijn; Leroux, Paul
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Evaluación de sensibilidad TID de osciladores LC-Tank en cuadratura implementados en tecnología CMOS de 65 nm
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Radiación ionizante
Tanque LC en fase de cuadratura
Osciladores controlados por voltaje
QVCOs
Dosis total de radiación
Técnicas endurecidas por radiación mediante diseño
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
Este artículo presenta una evaluación exhaustiva de los efectos inducidos por la radiación ionizante en el rendimiento de los osciladores controlados por voltaje (VCOs) basados en tanque LC de fase en cuadratura. Se implementan dos VCOs de fase en cuadratura (QVCOs) diferentes capaces de generar frecuencias en el rango de 2.5 GHz a 2.9 GHz en una tecnología CMOS a granel de 65 nm comercial para aplicaciones en entornos de radiación severa como aplicaciones espaciales y experimentos de física de alta energía (HEP). Cada uno de los QVCOs consume 13 mW de potencia de una fuente de alimentación de 1.2 V. Las arquitecturas se basan en la implementación popular de dos tipos diferentes de QVCOs: QVCO acoplado en paralelo (PQVCO) y QVCO acoplado superarmónico (SQVCO). Se evalúan diversas métricas de rendimiento (frecuencia de oscilación, fase en cuadratura, ruido de fase, rango de ajuste de frecuencia y consumo de energía) de los dos QVCOs diferentes con respecto a una Dosis Total de Ionización (TID) de hasta aproximadamente 100 Mrad (SiO) a través de irradiación de rayos X. Durante la irradiación, se realiza la caracterización eléctrica de las muestras del prototipo en condiciones polarizadas a temperatura ambiente. Antes de la irradiación, los QVCOs (PQVCO y SQVCO) logran un ruido de fase igual a -115 dBc/Hz y -119 dBc/Hz a 1 MHz de desplazamiento, lo que resulta en una figura de mérito (FoM) de -172.2 dBc/Hz y -176.4 dBc/Hz respectivamente. Se discute la configuración de la prueba del experimento TID y los resultados obtenidos se analizan estadísticamente en este artículo para realizar un estudio comparativo del rendimiento de los dos QVCOs diferentes y evaluar la efectividad de las técnicas de diseño endurecido por radiación (RHBDs) empleadas en las implementaciones. Después de la irradiación, las variaciones generales de las frecuencias de los osciladores son inferiores al 1% y el cambio en el rango de ajuste (TR) es inferior al 5% según lo observado en las muestras probadas.
Descripción
Este artículo presenta una evaluación exhaustiva de los efectos inducidos por la radiación ionizante en el rendimiento de los osciladores controlados por voltaje (VCOs) basados en tanque LC de fase en cuadratura. Se implementan dos VCOs de fase en cuadratura (QVCOs) diferentes capaces de generar frecuencias en el rango de 2.5 GHz a 2.9 GHz en una tecnología CMOS a granel de 65 nm comercial para aplicaciones en entornos de radiación severa como aplicaciones espaciales y experimentos de física de alta energía (HEP). Cada uno de los QVCOs consume 13 mW de potencia de una fuente de alimentación de 1.2 V. Las arquitecturas se basan en la implementación popular de dos tipos diferentes de QVCOs: QVCO acoplado en paralelo (PQVCO) y QVCO acoplado superarmónico (SQVCO). Se evalúan diversas métricas de rendimiento (frecuencia de oscilación, fase en cuadratura, ruido de fase, rango de ajuste de frecuencia y consumo de energía) de los dos QVCOs diferentes con respecto a una Dosis Total de Ionización (TID) de hasta aproximadamente 100 Mrad (SiO) a través de irradiación de rayos X. Durante la irradiación, se realiza la caracterización eléctrica de las muestras del prototipo en condiciones polarizadas a temperatura ambiente. Antes de la irradiación, los QVCOs (PQVCO y SQVCO) logran un ruido de fase igual a -115 dBc/Hz y -119 dBc/Hz a 1 MHz de desplazamiento, lo que resulta en una figura de mérito (FoM) de -172.2 dBc/Hz y -176.4 dBc/Hz respectivamente. Se discute la configuración de la prueba del experimento TID y los resultados obtenidos se analizan estadísticamente en este artículo para realizar un estudio comparativo del rendimiento de los dos QVCOs diferentes y evaluar la efectividad de las técnicas de diseño endurecido por radiación (RHBDs) empleadas en las implementaciones. Después de la irradiación, las variaciones generales de las frecuencias de los osciladores son inferiores al 1% y el cambio en el rango de ajuste (TR) es inferior al 5% según lo observado en las muestras probadas.