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基于商用工艺的抗辐射触发器单元设计
引言
随着现代通信与电子技术的迅猛发展，人类对高速、高频率和高密度元器件的需求不断增加。地球的电磁辐射环境、卫星轨道的高剂量辐射、核电站等特殊应用场合的辐射环境，都对电子设备的可靠性和稳定性提出了严峻要求。因此，抗辐射性是现代电子系统设计中的一个重要方向，而抗辐射触发器单元则是其中的重要组成部分。
本文旨在介绍基于商用工艺的抗辐射触发器单元的设计。首先，介绍触发器的基本原理。随后，分析了触发器的抗辐射性设计要点，并展示了一个典型的抗辐射触发器设计方案。最后，讨论了该设计方案的优点和不足之处，并对未来的研究提出了展望。
触发器的基本原理
触发器是数字电路中最常用的存储器件之一。它具有存储一个比特（bits）的能力，也就是只能存储0或1两个不同的状态。触发器的主要功能是将一个（或多个）输入信号保持在输出端，即使输入信号消失，输出状态也会一直保留，直到新的输入信号到来。
触发器是由若干个门电路组合而成的。典型的触发器包括D触发器、JK触发器、SR触发器、T触发器等。其中，D触发器最为常用，因为它只需要一个时钟信号即可完成状态的更新。
D触发器有两个输入端口：数据输入端（D）和时钟输入端（CLK），一个输出端口（Q）和反相输出端口（Q’）。当时钟信号CLK为上升沿时，D触发器的输出状态将根据D数据输入状态被更新：
Q=D
图1:D触发器电路设计
抗辐射性设计要点
在辐射环境下，电路中的集成电路（IC）会受到辐射能量的影响，从而可能会产生失效或故障。为了确保集成电路在辐射环境下的可靠性和稳定性，需要采取相应的抗辐射性设计措施。
在触发器的抗辐射性设计中，主要需要考虑以下几个方面：
1.器件硅片阻抗匹配性
器件硅片阻抗是一个关键参数，它的大小和稳定性对抗辐射性能有着至关重要的影响。阻抗匹配性不良将导致器件的电路效率降低，同时还会引起更大的功耗产生，从而对整个系统产生负面影响。
2.抗辐射材料的选择
在IC设计中，通常需要使用一种特殊的材料来提高电路的抗辐射性能。这种材料不但需要具有抗辐射性、耐高温和机械强度等特性，还需要与普通材料的相关参数相协调，这需要设计师考虑到选择材料，使它与普通材料的参数相互匹配。
3.辐射防护设计
辐射防护是集成电路在辐射环境下工作的一个重要保护手段，它可以有效地减少电路受到辐射影响而产生失效和故障的可能性。辐射防护包括物理和电路两种手段。物理上，可以通过层层防护材料（如金属层、阳极氧化铝层、钝化层等）来减少辐射的入射量；电路上，可以通过对电路的设计进行优化，以提高其抗干扰和抗辐射能力。
4.稳压和静电保护电路
在应对辐射环境时，还需要考虑到系统的稳压和静电保护电路。稳压电路可以有效地消除因辐射产生的系统电压波动和工作温度波动，保证系统的稳定性；静电保护电路则可以防止电路受到静电放电的伤害，从而提高系统的可靠性。
抗辐射触发器单元设计方案
为了克服在高辐射环境下集成电路可能遇到的故障问题，我们提出了一种基于商用工艺的抗辐射触发器单元设计方案。
如图2所示，本设计方案采用了双电源闭环供电+防辐射隔离设计，同时在节点增加聚酰亚胺（PI）氧化层，以增强电路的抗辐射能力。
图2:抗辐射触发器单元设计方案
主要包括以下几个要素：
1.双电源闭环供电
为了保证可靠性和安全性，触发器单元采用了双电源供电的方式。在系统供电被折断时，备用电源将自动接管，从而保证了系统的稳定性。
2.防辐射隔离
为了防止辐射进入敏感部分，设计方案采用了防辐射隔离设计。该设计可以在阼氏电路的输入引脚和输出引脚之间设置隔离器，从而实现防辐射的目的，并且能够有效的减少辐射对电路的影响。
3.采用聚酰亚胺（PI）氧化层
为了提高电路的抗辐射能力，本设计采用了聚酰亚胺（PI）作为氧化层。PI具有很高的机械强度，高温耐受性，同时还能够有效的阻断外部辐射的入射，从而有效减小眼镜的辐射敏感度。
优点和不足
该设计方案的优势在于：
1.双电源闭环供电和防辐射隔离设计保证了系统的可靠性和安全性。
2.采用聚酰亚胺（PI）作为氧化层，可以提高电路的抗辐射能力。
3.该设计方案使用商用工艺而不是高成本的定制工艺，大大降低了成本。
该设计方案的不足之处在于：
1.双电源闭环供电的实现需要额外的硬件支持，增加了设计与维护成本。
2.聚酰亚胺（PI）氧化层的引入也增加了电路工艺流程的复杂性，增加了产品制造成本。
未来展望
本设计方案是基于商用工艺的抗辐射触发器单元设计，能够有效提高集成电路在辐射环境下的工作可靠性与稳定性。未来的研究中，我们将进一步改进该设计方案，主要集中在以下几个方面：
1.更精确的辐射计算与分析
需要更精确的辐射计算方式，以期优化整个电路的抗辐射性能。
2.优化防护结构设计
通过优化防护结构设计，使得电路更紧凑、占地面积更