单粒子瞬变(Single Event Transient，SET) 现象是一种单粒子辐射引发的半导体器件效应,暴露在高能粒子环境下的半导体器件电路结点会受到粒子轰击而产生碰撞电离，在掺杂梯度和电场的作用下，电离电荷被收集和传输，从而引起结点电流或电压异常波动。研究[1-2]表明，SET 可以引起锁相环( Phase-Locked Loop, PLL)输出相位和频率漂移，甚至振荡中止。PLL系统主要包含鉴频鉴相器(Phase/Frequency Detector, PFD)、电荷泵/滤波器(Charge-Pump/Low Pass Filter, CP/LPF)以及压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator，VCO)，文献[3]对PFD加固技术进行了研究，文献[4-5]对电荷泵/滤波器加固技术进行了深入分析，本文则主要进行VCO加固技术的研究。VCO是PLL的关键电路，也是对SET最为敏感的模块之一[ 6-8]。VCO受到SET影响后会产生相位、频率和信号幅度的偏移，偏移量与延时单元电流和振荡频率相关[8]，同时也受到单粒子轰击时刻影响[9]，文献[10]研究表明，输出脉冲变化引起的相位偏移是VCO中单粒子瞬变响应的主要影响形式。为了抑制振荡器中SET的影响，研究人员提出了多种设计加固方案：文献[11]提出了一种双环耦合结构，通过增加额外通路来补偿SET的影响，但其仅能抑制SET引入的结点电压负向波动，当输入管处于“低”电平状态时，SET引起的正向脉冲输入可使其输出从“高”状态翻转至“低”状态，从而使得内部结点SET效应向输出传播。文献[12]所提出的交叉耦合VCO结构通过多条支路线与来抑制SET的影响，其存在以下缺点：首先，每个延时单元实际上是两个原型延时单元进行线与，面积较原型结构增长四倍，理论面积与功耗较大；其次，该电路通过多支路线与分压来弱化SET效应对输出的影响，当SET效应发生在延时单元输出结点时，其屏蔽效果有限。文献[13]利用奇数级及偶数级延时单元的非对称结构消除环状结构的VCO中因SET效应引入的谐波错误的传播，该结构仅适用于振荡频率较低的应用，当振荡周期和SET引入脉冲宽度可比拟时，则无法进行有效屏蔽。文献[14]验证了VCO采用三模冗余(Triple Modular Redundancy, TMR)结构能够有效抑制SET效应，如图1所示，由于其所提出的结构将判决电路输出同时反馈给三路延时单元，因此该判决输出结点受到SET轰击产生的偏移会影响到整个VCO且不能通过多数表决消除。此外，判决电路在整个振荡环路中引入了额外延时模块，会破坏环形振荡器各延时单元固有的一致性结构，导致其多相位输出的均匀特性变差。由于与延时单元结构不同，额外引入的判决电路也会使得输出相位噪声恶化。

  

图1 传统的TMR型加固VCO[14]Fig.1 Traditional TMR radiation-hardened VCO[14]

本文提出一种交织结构的抗辐照设计加固(Radiation-Hardened-By-Design，RHBD)VCO，特点在于其延时单元采用了交织输入结构进行冗余加固，该交织结构能够保持传统VCO及其延时单元的拓扑结构特点而不引入额外路径延时，弥补了传统TMR结构引入专用判决模块所造成的缺陷，又具有TMR结构加固高可靠性的优点，此外该交织结构应用受限少，适用于采用差分对输入的延时单元结构中。

在同行评审结束之后，相关美国国立卫生研究院中心还将对拟资助课题进行一系列评估，包括与美国国立卫生研究院资助原则的一致性、课题经费预算评估、申请人课题组织管理系统评估、申请人能力评估、与公共政策及需求的一致性评估等。

2.2.3.2 静置及成型 将制得面团放于室温下静置15～20 min后，用擀面杖将面团擀成薄厚约0.3～0.5 cm的饼坯，用饼干模具印成所需饼干花型[5]。

1 结构和原理

本文提出了一种设计加固的四级差分环形VCO结构，该结构对传统结构的自偏置对称负载型环形VCO[15]进行了加固改进， 所提出的RHBD环形VCO结构如图2(a)所示，控制电压vp[3 ∶1]与vn[3 ∶1]的偏置产生电路结构与文献[15]中偏置电路结构相同，差别在于加固VCO采用了三个独立的偏置产生电路。该加固VCO的振荡环路由四个相同的延时模块首尾连接组成，可实现四组均匀相位的差分输出(0°、90°、180°、270°)。该振荡环路中每一个延时模块具有三对差分输入和三对差分输出，三对差分输出送至输出缓冲单元进行多数表决实现大摆幅时钟输出。加固VCO中的延时模块电路结构如图2(b)所示，与传统结构的延时单元不同，该延时模块由三个独立基本延时单元构成，每个基本延时单元具有三对差分输入和一对差分输出。该基本延时单元对文献[15]中延时单元结构进行了改进，本研究中的基本延时单元输入对管采用了交织输入结构，该交织输入结构具有三个并联分支，每一分支由两个串联金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor, MOS)管构成，该串联MOS管受前级输出中的两路信号控制以决定该支路状态，三对分支由前级输出的三路信号两两交叉控制。在未受到SET影响时，由于环路交叉传输，相互注入振荡，同一级延时模块的三对输出完全相同，此状态下加固VCO工作机理与普通的对称负载差分VCO完全相同。而对SET效应的屏蔽原理分为两种情况说明：其一，假设某一时刻基本延时单元中的输入结点in2+在SET轰击下状态由“低”变为“高”时，同级其他两个输入结点in1+与in3+仍然维持“低”。由于基本延时单元输入中的三条支路都是由两个N型MOS串联组成，所以这三条支路仍维持原有的高阻状态，不会对输出造成影响。其二，当某一时刻基本延时单元中的输入结点in2+在SET轰击下状态由“高”变为“低”时，同级其他两个输入结点in1+与in3+仍然维持“高”，基本延时单元三条输入支路中有两条支路状态由导通变为高阻，而由 in1+与in3+控制的支路仍保持导通，由于in1-、in3-都处于“低”状态，延时单元右半边的三条支路处于高阻状态，无电流通过，因此输出结点电压不会发生明显变化。一对输入结点因SET效应发生变化时，其工作机理基本同上。基于以上工作原理，该结构可以将VCO振荡信号通路中所发生的SET影响进行有效屏蔽，不会对时钟输出以及次级延时模块的正常工作造成明显影响。

  

(a) 所提出的加固VCO结构(a) Architecture of proposed RHBD VCO

  

(b) 延时模块电路图(b) Schematic of delay module图2 提出的加固VCOFig.2 Proposed RHBD VCO

  

图3 基本延时单元发生SET的仿真结果Fig.3 Simulation results of basic delay cell with SET strike

图3是VCO振荡期间，当基本延时单元in2+输入端受到SET影响产生电压波动时该延时单元差分输出的仿真波形，可以看出in2+输入端的波动不会对基本延时单元输出造成明显影响。

为了研究加固结构的效果，构造一个普通对称负载延时单元型VCO作为加固VCO的参考原型，称之为原型VCO，如图4所示，其中的延时单元与加固VCO的基本延时单元结构相似，偏置电路完全相同，区别仅在于输入结构的信号源有所不同，加固VCO的基本延时单元结构中三对输入支路的控制信号来自三对不同结点的输出，两两交叉组合控制一条支路，而原型VCO延时单元中其输入支路的控制端来自同一结点输出，其半边三条支路的输入端连接在一起，与文献[15]所述的结构完全一致。

小麦生产过程中常见的不合理栽培措包括施播种质量差、种肥施用超量等。此外，灾害性天气也容易导致小麦产量和品质降低，使小麦种植效益下降。总结淮安市小麦种植经验，以绿色、高效、增产为目标，以增强抗逆、防倒伏等为核心，形成了小麦抗逆稳产高品质栽培技术，显著提升了淮安市小麦种植效益。

  

图4 未加固的对称负载型VCO(原型VCO)Fig.4 Unhardened VCO based symmetry load delay cell (primary VCO)

  

图5 原型VCO与加固VCO频率传输特性曲线Fig 5 Frequency transfer characteristics of primary VCO and hardened VCO

图8为PLL锁定后模拟加固VCO和原型VCO不同结点发生单粒子瞬态时输出信号周期随时间变化的响应曲线，注入结点的沉积电荷量为400 fC，PLL参考输入频率为50 MHz，VCO振荡频率为800 MHz。四个结点的SET响应中，原型VCO输出相位最大偏移为11.05 rad，输出时钟恢复时间最长为10个参考时钟周期(200 ns)；加固VCO输出相位最大偏移为0.23 rad，输出时钟恢复时间最长为2个参考时钟周期。由于加固VCO结构对振荡环路内单粒子瞬态效应的抑制作用，其输出反馈至鉴频鉴相器(Phase Frequency Detector, PFD)端的相位偏移量较小，因此能够很快重新恢复稳定。

2 模拟结果对比分析

2.1 单粒子瞬变模拟

半导体器件中遭受单粒子轰击引发的电流脉冲可利用经典的双指数电流源进行描述，如式(1)所示，其中Q表示因受到单粒子轰击时的沉积电荷，τα表示PN结收集时间常数，τβ表示建立粒子初始化轨迹结时间常数。参考商用130 nm CMOS工艺参数并采用工艺计算机辅助设计(Technology Computer Aided Design, TCAD)工具进行仿真，将式(1)生成的电流注入电路结点以代表SET事件，基于商用 130 nm工艺模型对VCO进行SET效应模拟。

 

(1)

图6为振荡频率450 MHz时不同单粒子沉积电荷量下两种振荡器最大相位偏移的模拟结果，可以看出，未加固的原型VCO随沉积电荷量的增加其最大相位偏移绝对量急剧增加，从9.65 rad增加至21.9 rad，而加固VCO由于基本延时单元中的输入判决电路的存在，其输出相位偏移小于0.35 rad且对单粒子沉积电荷量增加不敏感，整个能量范围内，变化量小于0.14 rad。整个沉积电荷量范围内，加固后的相位偏移量较加固前减小97%以上。图7为沉积电荷量200 fC下，不同振荡频率点两种振荡器最大输出偏移的模拟结果，可以看出，未加固的原型VCO输出相位偏移随振荡频率变化剧烈，最大值变化至14.9 rad，而加固VCO在整个频率范围内输出偏移不超过0.31 rad。原型VCO振荡频率较高时，其延时单元电流增加，SET所产生的波动受到抑制，因此最大相位偏移较低；在低频区域，由于振荡周期较长，而SET引起的波动时间有限，文中的输出相位偏差又定义为相对于振荡周期归一化结果，因此其在低频区域的值也较小。

 

(2)

式中，terror为VCO输出周期偏离理想振荡周期的时间差，TVCO为VCO振荡周期。仿真的统计结果主要考察在单粒子轰击下该VCO输出出现的最大相位偏移(maximum phase displacement)，仿真假设同一时刻VCO只有一个结点受到粒子轰击。

[2] Rezzak N, Dsilva D, Wang J J, et al.SET and SEFI characterization of the 65 nm SmartFusion2 flash-based FPGA under heavy ion irradiation[C]//Proceedings of IEEE Radiation Effects Data Workshop (REDW), 2015: 1-4.

 

表1 SET轰击结点

 

Tab.1 Nodes with SET strike

  

结点名加固VCO基本延时单元结点(图2)原型VCO延时单元结点(图4)avbvcbbout+o_pcout-o_ndvpvcpevnvcn

2.2 模拟结果

为量化分析SET效应影响，对SET轰击下输出时钟的周期相位偏移[14](phase displacement)进行统计分析。其相位偏移定义为：

  

图6 不同沉积电荷量下的最大偏移Fig.6 Maximum phase displacement versus deposited charges

  

图7 不同频率的最大相位偏移Fig.7 Maximum phase displacement versus frequency

原型VCO和加固VCO都基于商用130 nm 互补金属氧化物半导体(Complementary MOS, CMOS)工艺下设计，图5 是本文所设计的未加固原型VCO与加固VCO频率传输特性曲线，在有效控制电压范围内(0.4～1 V)，同一控制电压下的输出频率差小于0.1%。由于原型VCO与加固VCO频率-电压增益特性十分接近，比较二者特性时可以排除因传输特性差异引起的误差，提高比较结果的公平性和准确度。

  

(a) 采用原型VCO的PLL输出相位偏移(a) Phase displacement of PLL output with primary VCO

  

(b) 采用加固VCO的PLL输出相位偏移(b) Phase displacement of PLL output with RHBD VCO图8 发生SET时PLL输出时钟相位偏移Fig.8 Phase displacement of PLL output with SET strike

加固VCO振荡器有效上限振荡范围为1.1 GHz，对应功耗为6.3 mW(包含缓冲器)，版图面积为2250 μm2(不含缓冲器)，表2为所提出的加固VCO与相关类似工作的比较结果。由于工艺、增益、振荡频率都会对相位偏移结果造成影响，因此文献[12,14]都采用了加固前后的结果进行对比以体现加固效果。为比较结果的公平性，表2中引入了相位偏移改进量和面积代价的概念，相位偏移改进量指加固后相位偏移较加固前的减小量，面积代价指加固后的面积与加固前的面积之比。可以看出，本文所提出的加固结构在保持均匀多相位输出功能和相位偏移改进量方面具有一定相对优势。

 

表2 与相关工作的比较

 

Tab.2 Performance comparison with reported works

  

参数文献[12]文献[14]本文工艺/nm13090130电压/V1.51.21.5结构交叉耦合三模冗余交织结构均匀多相位是否是面积代价4倍>3倍3.2倍相位偏移改进量82%@300MHz63%@455MHZ96%@450MHZ

3 结论

为了研究所提出的交织输入结构的抗辐照加固VCO结构中的SET效应，设计了一个四级差分结构的VCO，利用指数电流源模表征单粒子效应中电荷积淀与收集过程，并将其注入至VCO电路结点来模拟其SET效应。模拟结果显示：与原型结构相比，本论文所提出的交织判决输入型结构可显著降低SET效应对输出的影响。所研究的VCO采用130 nm体硅CMOS工艺设计，仿真结果显示，交织输入结构VCO在100 fC～800 fC沉积电荷量的轰击下最大相位偏移不超过0.35 rad(@450 MHz)，仅为原型结构最大相位偏移量的3.6%。与传统的TMR结构相比，该结构对SET效应的屏蔽直接在各级延时单元内完成，振荡环路内不添加额外的判决模块，可以产生均匀的多相位输出，该结构还具有与原型电路拓扑完全一致的特点，从而使其二者具有相同的传输特性成为可能，降低了设计加固对电路性能的影响。

参考文献(References)

ZHAO Zhenyu, JIANG Renjie, ZHANG Minxuan, et al. Research on single-event transients in differential voltage-controlled oscillators[J]. Jounal of National University of Defense Technology, 2009, 31(2): 81-85.(in Chinese)

文中VCO环路中各个延时单元完全相同，遍历结点轰击仿真只需通过对其中单个延时单元的电路结点进行遍历即可。针对文中的延时单元，其主要轰击结点如表1所示，每个延时单元包含三个信号结点和两个控制结点。由于文中所研究的某些电路结点同时与P型MOS管和N型MOS管的漏极连接，因此，当P型MOS管遭受轰击时，该结点可能发生电流注入，产生正向的电压波动，而当N型MOS管遭受轰击时，该结点可能发生电流输出，产生负向电压波动，本文对这两种状况都进行了模拟。

数据采用SPSS 23.0软件进行分析，符合正态性检验的计量资料以（均数±标准差）（x-±s）表示，组间比较采用t检验。所有统计学检验均为双侧检验，检验水准为α=0.05，以P＜O.05为差异有统计学意义。

[3] Prasad V, Sandya S. Single-event transient tolerant high speed phase frequency detector for PLL based frequency synthesizer[C]//Proceedings of International Conference on Circuits, Communication, Control and Computing, 2014: 77-80.

[7] Chen W J, Pouget V, Barnaby H J, et al. Investigation of single-event transients in voltage-controlled oscillators[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2003, 50(6): 2081-2087.

[4] Zhao Z Y, Zhang M X, Chen J H, et al. A single-event transient hardened phase-locked loop in 0.18μm CMOS process[C]//Proceedings of IEEE 8th International Conference on ASIC, 2009: 284-287.

原矿浆配钙是氧化铝生产过程中非常重要的一个指标，直接关系到整个生产成本和碱消耗，影响到赤泥钠硅比的高低，为此矿制工区针对配钙这个指标成立揭榜项目攻关小组，有针对性地制定措施，保证该指标的稳定。严格按照分厂规定的下灰比例进行灰量加入，确保脱硅后矿浆CaO含量达到标准。时刻关注指标变化，在配钙指标发生变化时及时对石灰加入量进行微调，保证指标稳定。建立灰仓警戒料位机制，当回仓料位低于警戒料位时及时与调度室及石灰窑进行联系，加大带灰量，杜绝断灰现象。加强对石灰来料的巡检力度，发现石灰中出现杂物或石灰质量波动，及时汇报调度室和工区领导进行协调处理。

[5] Chen Z J, Lin M L, Zheng Y L, et al.Single-event transient characterization of a radiation-tolerant charge-pump phase-locked loop fabricated in 130nm PD-SOI technology[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2016, 63(4): 2402-2408.

[6] Chen W J, Varanasi N, Pouget V, et al. Impact of VCO topology on SET induced frequency response[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2007, 54(6): 2500-2505.

成都王讨长沙王，使陆机都督三十七万众，围洛阳四匝。夜鼓噪，京师屋瓦皆裂。[注] 《太平御览》卷七百六十七《杂物部二·瓦》，第3403页下栏。

[8] Loveless T D, Massengill L W, Holman W T, et al. Modeling and mitigating single-event transients in voltage-controlled oscillators[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2007, 54(6): 2561-2567.

[9] 赵振宇， 蒋仁杰， 张民选， 等. 差分压控振荡器中单粒子瞬变的研究[J]. 国防科技大学学报, 2009, 31(2): 81-85.

[1] Boulghassoul Y,Massengill L W, Sternberg A L, et al. Effects of technology scaling on the SET sensitivity of RF CMOS voltage-controlled oscillators [J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2005, 52(6): 2426-2432.

[10] Evans A, Dan A, Ferlet-Cavrois V, et al. Techniques for heavy ion microbeam analysis of FPGA SER sensitivty[C]//Proceedings of IEEE International Reliability Physics Symposium, 2015.

大量研究发现Wnt信号通路是维持关节完整性，调节骨及软骨代谢的重要途径之一，对骨关节炎有重要影响［20］。目前已知的Wnt信号通路包括3条，即Wnt/β-catenin信号通路、Wnt/Ca2+信号通路和 Wnt/PCP（JNK）通路［21］。

[11] Chen L, Wen X K, You Y, et al. A radiation-tolerant ring-oscillator phase-locked loop in 0.13μm CMOS[C]//Proceedings of IEEE 55th International Midwest Symposium on Circuits and Systems, 2012: 13-16.

[12] Jung S M, Roveda M J. A radiation-hardened-by-design phase-locked loop using feedback voltage controlled oscillator[C]//Proceedings of 16th International Symposium on Quality Electronic Design, 2015: 103-106.

[13] Agustin J, Lopez-Vallejo M L, Soriano C G, et al.Efficient mitigation of SET induced harmonic errors in ring-oscillators[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2015, 62(6): 3049-3056.

[14] Loveless T D, Massengill L W, Bhuva B L, et al.A probabilistic analysis technique applied to a radiation-hardened-by-design voltage-controlled oscillator for mixed-signal phase-locked loops[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2009, 55(6): 3447-3455.

目前，福建武术文化生态制度建设还不完善。武术文化生态保护主要靠政府的行政权力，缺乏社会共同参与的联动机制；特别是武术行为主体(武协)缺乏文化生态美学意识，没有将制度文化生态位的诸要素统一起来，对武术非遗保护和传承人遴选的工作落实不到位，没有细化的措施和奖励机制(出现文化争夺、重复建设等)，没有构建起武术理论人才高地以及完备的基层武术人才队伍。

[15] Maneatis J G, Horowitz M A. Precise delay generations using coupled oscillators[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1993, 28(12): 1273-1282.