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在恶劣的空间环境中，航天器受到各种辐射效应的影响，面临着失效的威胁。而锁相环(Phase-Locked-Loop，PLL)电路作为电子系统的关键模块，主要受到单粒子效应和总剂量效应的影响，使锁相环的时钟抖动增加，严重时会产生失锁，甚至导致系统功能中断或功能失效。因此，开展锁相环的辐射效应及其加固设计方法的研究，具有重要的意义。 本论文基于130nm部分耗尽SOI(Partially-Depleted Silicon-on-Insulator, PDSOI)工艺，按照“机理研究—仿真建模—加固设计—测试验证”的思路，深入分析锁相环电路的单粒子效应与总剂量效应，重点设计了两款抗辐射锁相环电路，利用重离子试验、脉冲激光试验和60Coγ射线辐照试验，对其抗辐射性能进行综合评估和验证。本论文的主要工作和创新点包括: (1)在器件层面上，利用TCAD软件对130nm PDSOI MOSFET进行单粒子效应仿真，深入研究其电荷收集过程和双极放大效应。基于单粒子效应的物理机制，建立PDSOI器件的单粒子紧凑模型，且SPICE仿真结果与TCAD仿真结果吻合得较好。 (2)在电路层面上，利用单粒子紧凑模型研究电荷泵、压控振荡器和分频器等电路模块的单粒子瞬态响应，并建立其环路传输模型。为了评估单粒子效应对锁相环闭环特性的整体影响，首次提出了累积相位抖动的分析方法。此外，通过直流仿真深入分析了电荷泵的总剂量效应。 (3)设计了一款100～650 MHz低抖动抗辐射锁相环。采用开关可控的三模冗余技术对带有电流补偿的压控振荡器和脉冲吞咽式分频器进行加固，采用SOI堆叠技术(Stacked Technique)对电荷泵进行加固。重离子试验与脉冲激光试验均证实了三模冗余加固模式下PLL的横截面积比非加固模式下的约小一个数量级。此外，脉冲激光试验发现多数表决器为最敏感的模块，且会发生单粒子翻转事件，而其敏感面积与重离子试验所测得的横截面积一致。此款PLL IP通过了总剂量100 krad(Si)的考核试验。 (4)设计了一款450～650 MHz低噪声低杂散抗辐射锁相环。提出了一种双电流互补电流型电荷泵，一种基于DCVSL的低噪声加固压控振荡器，和一种基于TSPC的高速加固触发器。在LET为37.6 MeV·cm2/mg的重离子辐射下，PLL未发生失锁且时钟抖动变化非常小，比三模冗余技术具有更好的加固效果。通过脉冲激光试验，利用Weibull曲线拟合得到失锁截面和失锁阈值能量，并首次利用累积输出频谱从频域的角度来表征锁相环的单粒子响应。当总剂量辐照到500 krad(Si)后，PLL的关态漏电流比辐照前增大1.5倍，积分相位噪声和参考杂散分别恶化20.80％和22.90％。