为了适应航天技术和航空航天工业的飞速发展,打破欧美发达国家对我国宇航用抗辐射集成电路的禁运,迫切需要对该领域开展深入研究。模拟集成电路,例如电源管理、数据转换器等在宇航电子系统中具有重要作用,目前国内在宇航用抗辐射集成电路研究领域主要集中在工艺的抗辐射加固技术和数字集成电路的抗辐射加固技术,对抗辐射模拟集成电路研究较少,尤其是基于标准Foundry工艺的抗辐射模拟集成电路设计技术研究,本文将基于模拟集成电路常用的MOS工艺和双极工艺深入研究宇航环境对半导体器件的影响,重点研究在辐射导致的半导体器件性能退化的情况下,如何优化改进模拟集成电路中关键单元电路的结构与参数设计,并最终将这些技术用于抗辐射电源管理芯片中,主要研究内容分为五个部分。首先,从机理上深入研究了半导体MOS与双极器件在宇航辐射下性能参数退化的原因,然后基于某双极工艺、某MOS工艺流片了典型双极器件、MOS器件,并进行了总剂量试验,通过试验掌握一些典型半导体器件关键参数在总剂量辐射下的变化情况,为抗辐射关键模拟单元电路设计提供了有力的数据支撑。第二部分基于MOS工艺分析了常用关键模拟单元电路(包括带隙基准源、电平转换电路、振荡器)的工作原理,通过阈值电压飘移来定量阐述了宇航环境对模拟单元电路的影响,并提出了改进的抗辐射的单元电路结构,新的抗辐射带隙基准源在传统电路基础上增加一个与辐射相关的电流,能抑制辐射对带隙基准源精度的影响。通过试验或仿真发现,这些关键单元电路具有良好的抗辐射性能,可广泛应用于宇航环境之中。第三部分基于双极工艺分析了常用关键模拟单元电路(包括带隙基准源、运放、比较器)的工作原理,通过电流增益衰减来定量阐述了宇航环境对模拟单元电路的影响,并提出了改进的抗辐射关键单元电路结构,新的抗辐射带隙基准源引入负反馈电阻,从而抑制辐射对带隙基准源精度的影响。而新的抗辐射运放引入β-helper电流镜结构,抑制辐射后的输入失调增大问题。通过试验或仿真发现,这些关键单元电路具有良好的抗辐射性能,可广泛应用于宇航环境之中。第四部分以集成高边开关管的Buck型DC-DC为研究对象,基于MOS工艺开展设计,结合第三章中宇航用抗辐射CMOS关键模拟单元电路,从实现抗总剂量、抗单粒子、满足应用需求等方面入手,分析了DC-DC系统抗辐射设计方案及其单元电路中多个抗辐射关键技术,实现输入电压:5.5V~17V,输出可调:1.2V~12V,输出电流:5A,最高转换效率大于90%,抗总剂量大于100krad(Si),抗单粒子LET阈值大于75MeVcm~2/mg的宇航用高性能Buck型DC-DC核心芯片,并给出仿真和试验结果。第五部分针对大功率DC/DC电源模块的关键芯片PWM控制器抗辐射性能进行研究,基于双极工艺研究其主要参数的抗辐射性能,并进一步研究其内部关键单元电路与系统关键参数抗辐射水平的关系,并结合第四章宇航用抗辐射双极关键单元电路的技术开展辐射敏感单元、关键参数抗辐射设计等相应的措施,最终完成宇航用抗辐射开关电源控制器的设计与验证工作,实现抗总剂量大于100krad(Si),辐射后基准电压漂移3m V,振荡频率、负载调整率等关键指标基本无变化。