Estudo dos efeitos de single event transients em conversor AD SAR do tipo redistribuição de carga

Abstract

Os conversores A/D baseados em aproximações sucessivas - SAR - do tipo redistribuição de carga são largamente utilizados nas mais diversas aplicações, principalmente naquelas que uma boa velocidade de conversão e o baixo dispêndio de energia e de área são determinantes. Este tipo de conversor está presente igualmente em diversos circuitos integrados e em dispositivos eletrônicos comerciais que, por vezes, são utilizados em ambientes adversos, como, por exemplo, aplicações espaciais. Nessa situação tal conversor está vulnerável a colisão de partículas, provenientes da radiação, capazes de ionizar o silício. A partir dessa interação, pulsos de corrente transientes podem surgir em determinados pontos do circuito e estes podem ser suficientes para causar uma inversão de um ou mais elementos de memória do circuito. São avaliados nesse estudo, através de simulações SPICE, os resultados da aplicação desses efeitos transientes em um conversor AD SAR por redistribuição de carga. São identificados os nós sensíveis às falhas transientes onde os pulsos são aplicados. Identifica-se também em quais desses nós os erros de conversão ocorrem e com qual recorrência. Por fim, são discutidas possíveis técnicas de mitigação de erros para amenizar os equívocos de conversão observados neste estudo.

The Successive Approximation Register - SAR - Analog to Digital Converters based on charge redistribution are widely used in several applications, specially in those that a good conversion speed, a low power and area consumption are crucial. This ADC is also present in several commercial integrated circuits and electronic devices that are often used in harsh environments such as space applications. In this situation such converter is exposed to collide with particles coming from radiation capable of ionize silicon. This transient failures can be sufficient enough to cause an inversion in one or more elements of the circuit’s memory. Through SPICE simulations this study evaluates the consequences of Single Event Transients in a SAR Analog to Digital Conventer based on charge redistribution. Circuit’s sensitive nodes are identified and at these points of it transientes pulses are applied. Nodes where some conversion errors occur are also identified together with its recurrence. Finally some fault mitigation techniques are presented to ease the detection of conversion errors discussed in this study.