High-speed radiation-hardened frequency synthesizers are a key block in spaceborne communications systems. This article presents a 15–22-GHz radiation-hardened phase-locked loop (PLL) designed in a 22-nm FinFET process with hardening techniques for single-event upset (SEU) and total ionizing dose (TID) implemented in all key PLL blocks. Electrical performance tradeoffs arising from the radiation-hardening techniques are discussed and experimentally verified. The PLL achieves a figure of merit (FoM) of −- 240.89 dB at 15 GHz with −- 64-dBc spur levels. Moreover, heavy-ion testing performed at the Texas A&M Cyclotron Institute, College Station, TX, USA, validated the PLL’s resilience to SEU across a linear energy transfer (LET) range from 10 to 70 MeV ⋅\cdot cm2/mg, while TID testing performed at the Texas A&M TRIGA reactor up to 300 krad confirmed the PLL’s robustness to total dose effects.

中文翻译：

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采用 22 nm FinFET 的抗辐射 15 英寸 22 GHz 频率合成器


高速抗辐射频率合成器是星载通信系统的关键模块。本文介绍了采用 22 nm FinFET 工艺设计的 15–22 GHz 抗辐射锁相环 (PLL)，并在所有关键 PLL 中实施了针对单粒子翻转 (SEU) 和总电离剂量 (TID) 的强化技术块。讨论并通过实验验证了辐射硬化技术产生的电气性能权衡。 PLL 在 15 GHz 时实现了 − 240.89 dB 的品质因数 (FoM)，杂散电平为 − 64 dBc。此外，在美国德克萨斯州大学城的德克萨斯 A&M 回旋加速器研究所进行的重离子测试验证了 PLL 在 10 至 70 MeV ⋅\cdot cm2/mg 线性能量转移 (LET) 范围内对 SEU 的恢复能力，而 TID在 Texas A&M TRIGA 反应堆进行的高达 300 krad 的测试证实了 PLL 对总剂量效应的鲁棒性。