초록

본 세부과제의 목표는 핵융합로 방사선 영향에 최적화된 전반부 측정 아날로그 회로설계 및 실시간 적응형 성능보상 기술을 개발하는 것이다. 이를 위해 방사선 영향에 따른 회로성능 변화를 분석, 방사선 영향 시뮬레이션을 한 후, 회로설계 기법을 통해 방사선 영향을 최소화하고, 적응형 보상기술을 통해 회로성능 저하를 실시간 보정한다.

(출처 : 요약서 3p)

Abstract ▼

○ Purpose & Contents
In a nuclear fusion reactor, a front-end readout circuit, which detects various sensor signals, such as temperature, pressure, and electromagnetic, and converts them to digital signals, is an essential component for precise diagnostic and control of the nuclear fusion. The re

○ Purpose & Contents
In a nuclear fusion reactor, a front-end readout circuit, which detects various sensor signals, such as temperature, pressure, and electromagnetic, and converts them to digital signals, is an essential component for precise diagnostic and control of the nuclear fusion. The readout circuit consists of sensitive analog integrated circuits, such as an amplifier, filter, and analog-to-digital converter, which are susceptible to total ionizing dose (TID), single event effect (SEE), and displacement damage (DD) generated by nuclear radiation. Therefore, those effects significantly degrade accuracy and reliability of the diagnostic system as well as the lifetime of critical electronic components in the nuclear fusion reactor.
This project will investigate (1) radiation-hardened readout analog circuits with the optimized design methodology and (2) adaptive online calibration techniques thatdetects and compensates for radiation effects to circuits in real time. We will fabricate a test chip and validate its performance in actual radiation environments.

○ Results
This project plans to perform the following research goals for three years:
1) Build analog circuit simulation environments that emulate TID, SEE, and DD effects in circuit performance by using transistor models in Task 4.
2) Investigate radiation-hardened front-end readout circuits and their design methodologies (design optimization) and develop adaptive circuit calibration techniques (adaptive optimization by radiation effects).
3) Implement online adaptive calibration algorithms and circuits by using on-chip TID monitoring methods in Task 1 and by adaptively compensating for circuit degradation resulted from radiation effects.
4) Fabricate the front-end readout test chip and validate the performance in actual radiation environments.
This project proposes a new radiation-hardened circuit concept that uses online adaptive circuit calibration techniques, leading to significant increase of not only accuracy and reliability but also lifetime of the readout electronic components. In addition, this project suggests systematic design approaches, which encompass radiation analysis, material development, transistor modeling, and circuit design, to optimize the radiation-hardened performance in electronic components.

○ Expected Contribution
The proposed research is expected to improve the accuracy and reliability of the nuclear fusion control system as well as increase the lifetime of electronic components, significantly decreasing the production and operation costs. Moreover, the success of this project enables systematic rad-hard approaches encompassing process, material,simulation infrastructure, and circuit design, and expects to provide various future research opportunities on domestic.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 목차 ... 6
• 1. 연구 개발 과제의 개요 ... 7
• 1-1. 연구 개발 목적 ... 7
• 1-2. 연구 개발의 필요성 ... 7
• 1-3. 연구 개발 범위 ... 9
• 2. 국내외 기술 개발 현황 ... 10
• 2-1. 국내외 기술 개발 현황 ... 10
• 2-2. 국내 기술 수준 및 시장 현황 ... 10
• 2-3. 국외 기술 수준 및 시장 현황 ... 10
• 3. 연구 수행 내용 및 결과 ... 13
• 3-1 방사선 소자 모델을 활용한 회로 시뮬레이션 기법 고도화 ... 13
• 3-2. 내방사선 Instrumentation amplifier ... 15
• 3-3. 내방사선 Analog-to-digital converter (ADC) ... 19
• 3-4. 내방사선 기준 클럭 신호 생성회로 ... 22
• 3-5. 실시간 보상기술 적용을 위한 회로설계 기법 개발 ... 24
• 3-6. 테스트칩 측정을 위한 방사선 측정환경 구축 및 상용칩을 통한 검증 ... 30
• 3-7. 센서 측정회로 테스트칩 제작 및 성능 검증 ... 31
• 3-8. KSTAR 기술기여의 우수성 평가 요청 ... 35
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 40
• 4-1. 연구 개발 목표 ... 40
• 4-2. 목표 달성도 ... 41
• 4-3. 관련 분야 기여도 ... 42
• 5. 연구 결과의 활용 계획 ... 43
• 6. 연구 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 44
• 7. 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 44
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구 시설·장비 현황 ... 44
• 9. 연구 개발 과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 45
• 10. 연구 개발 과제의 대표적 연구 실적 ... 45
• 11. 기타 사항 ... 45
• 12. 참고 문헌 ... 46
• 끝페이지 ... 48