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我国航天事业的迅速发展，需要越来越多的电子系统工作在外层空间以及核爆等辐射环境。辐射环境中的高能粒子入射电子系统的敏感结点可能诱发单粒子效应。单粒子瞬变（SET）效应是单粒子效应的一种。随着集成电路特征尺寸的缩减，电源电压下降，工作频率提高，SET效应引发的锁相环（PLL）失效日趋严重。PLL在SET效应作用下，将引起时钟退化，严重时甚至导致失锁，给系统带来灾难性的后果。SET被确认为是导致多次航天器失效的基本原因。研究表明，SET已经成为威胁PLL的最主要辐射效应。本文采用电路级模拟方法就常规PLL对单粒子的敏感性进行了分析研究，重点研究了SET对电荷泵（CP）和压控振荡器（VCO）的影响及其设计加固技术。基于某公司130nm CMOS工艺设计并实现了一款抗辐照加固锁相环RHPLL2。地面辐射试验表明该PLL在LET为91MeV cm2/mg下未发现闩锁和失锁现象，且辐射环境下其周期-周期抖动较正常环境下无显著变化。本文的主要工作和创新点如下：（1）为了降低CP的SET敏感性，分析了CP中SET效应并探索了设计加固（RHBD）技术。首先，基于SET系统分析模型，从时域对CP进行了单粒子响应分析。时域分析结果表明CP对SET的敏感性与环路参数有关，可通过优化环路参数的方法来提高CP的抗辐射能力；其次，配合优化的环路参数对电荷泵进行了加固设计，敏感性分析结果表明加固效果良好。（2）建立了VCO的SET分析模型，根据此模型探索了VCO失效机理，通过电路的遍历分析，得到常规对称负载结构VCO的敏感结点。根据VCO敏感性分析的结果，对一种低开销的SET加固VCO进行了改进，降低了其SET敏感性。（3）基于某公司130纳米体硅工艺设计了一款抗辐照锁相环RHPLL2。常规测试结果表明，PLL可稳定工作在40MHz~200MHz的频率范围内。地面辐射试验结果表明，RHPLL2加固效果良好。