一種空間單粒子燒毀效應(yīng)在軌監(jiān)測(cè)裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于空間輻射效應(yīng)及加固【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種空間單粒子燒毀效應(yīng)在軌監(jiān)測(cè)裝置及方法。該監(jiān)測(cè)裝置包括高壓直流可編程電源、限流保護(hù)電阻RB、功率MOSFET、電荷靈敏放大器、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器、脈沖高度分析儀；所述電荷靈敏放大器包括限流電阻RL、反饋電阻RF、去耦電容CD、去耦電容CF、電壓保持電容CH和運(yùn)算放大器；該監(jiān)測(cè)方法能夠?qū)崿F(xiàn)空間單粒子燒毀的非破壞性測(cè)試，為進(jìn)一步在模擬源條件下獲取單粒子燒毀特征參數(shù)提供一種可行的非破壞性監(jiān)測(cè)方法，可全面表征單粒子燒毀效應(yīng)的特征信息，為空間輻射效應(yīng)防護(hù)設(shè)計(jì)提供參考。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種空間單粒子燒毀效應(yīng)在軌監(jiān)測(cè)裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間輻射效應(yīng)及加固【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種空間單粒子燒毀效應(yīng)在軌監(jiān)測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空間單個(gè)高能粒子與微電子器件或電路相互作用引起的單粒子效應(yīng)，是誘發(fā)航天器在軌故障和工作異常的重要因素之一。單個(gè)高能粒子穿透功率MOSFET器件，在器件內(nèi)部敏感節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生大電流，從而誘發(fā)的單粒子燒毀效應(yīng)是一種災(zāi)難性失效，會(huì)對(duì)航天器造成嚴(yán)重?fù)p傷，尤其對(duì)大量應(yīng)用功率MOSFET器件的星上二次電源系統(tǒng)會(huì)造成致命威脅，嚴(yán)重影響航天器在軌長(zhǎng)壽命、高可靠飛行。
[0003]隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，星用電子器件的功率將不斷增大，同時(shí)，隨著半導(dǎo)體工藝水平的不斷提高，器件的工作電壓和功率也都在增大，這使得器件對(duì)單粒子效應(yīng)越來(lái)越敏感。而對(duì)于廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星電源系統(tǒng)的功率MOSFET器件來(lái)說(shuō)，其工作電壓和功率的增大，使得器件對(duì)單粒子燒毀效應(yīng)也越來(lái)越敏感。因此，在目前衛(wèi)星高可靠性、長(zhǎng)壽命運(yùn)行的背景需求下，需要對(duì)功率器件的單粒子燒毀效應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，為衛(wèi)星在軌管理和輻射防護(hù)提供保障。
[0004]目前，隨著我國(guó)“高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)”、“二代導(dǎo)航”、“遙感”、“電子對(duì)抗及空間攻防”、“載人航天與月球探測(cè)”等航天活動(dòng)的不斷進(jìn)展，對(duì)航天器空間環(huán)境及其效應(yīng)分析、試驗(yàn)、防護(hù)、評(píng)估等新技術(shù)提出了更高的要求?，F(xiàn)有的單粒子燒毀監(jiān)測(cè)，主要針對(duì)單粒子燒毀的監(jiān)測(cè)和防護(hù)開(kāi)展了大量的研究工作，沒(méi)有把發(fā)生單粒子燒毀時(shí)脈沖信號(hào)進(jìn)行全面的檢測(cè)分析，因此，為了滿(mǎn)足現(xiàn)有航天器發(fā)展的需求，需要設(shè)計(jì)一種單粒子燒毀監(jiān)測(cè)方法，該方法不僅要實(shí)現(xiàn)大電流時(shí)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，記錄單粒子燒毀次數(shù)，而且也要實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的脈寬、幅值檢測(cè)，為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種適用于空間單粒子燒毀效應(yīng)的在軌監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器和脈沖高度分析儀，`實(shí)現(xiàn)了寬動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量和脈沖信號(hào)的脈寬、幅值測(cè)量，可全面表征單粒子燒毀效應(yīng)的特征信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，設(shè)計(jì)一種空間單粒子燒毀效應(yīng)在軌監(jiān)測(cè)裝置及方法，該裝置能夠滿(mǎn)足航天器單粒子燒毀效應(yīng)的在軌管理和防護(hù)需求，該方法不僅能實(shí)現(xiàn)單粒子燒毀效應(yīng)的監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)以及防護(hù)，同時(shí)也能準(zhǔn)確獲取發(fā)生單粒子燒毀時(shí)的脈沖信息(脈寬、幅值)，可為航天器在軌管理和防護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，也可進(jìn)一步完善單粒子燒毀效應(yīng)的地面試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種空間單粒子燒毀效應(yīng)在軌監(jiān)測(cè)裝置，包括高壓直流可編程電源、限流保護(hù)電阻Rb、功率M0SFET、電荷靈敏放大器、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器、脈沖高度分析儀；
[0007]所述電荷靈敏放大器包括限流電阻Rp反饋電阻Rf、去耦電容CD、去耦電容CF、電壓保持電容C1^p運(yùn)算放大器；
[0008]其連接關(guān)系在于:所述限流保護(hù)電阻Rb的一端與所述高壓直流可編程電源相連，所述限流保護(hù)電阻Rb的另一端與所述功率MOSFET的漏極D相連，所述功率MOSFET的柵極G和源極S接地線，所述限流電阻&的一端與所述功率MOSFET的漏極D相連，所述限流電阻Rl的另一端與所述去耦電容Cd的一端相連，所述去耦電容Cd的另一端分成四路分別與所述限流電阻Rf、去耦電容Cf、運(yùn)算放大器的反相端和電壓保持電容Ch的一端相連，所述限流電阻Rf、去耦電容Cf的另一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述電壓保持電容Ch的另一端、運(yùn)算放大器的同相端接電線，所述對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器的一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器的另一端與所述脈沖高度分析儀相連；
[0009]其監(jiān)測(cè)方法在于:步驟一、高壓直流可編程電源為所述的功率MOSFET提供偏置電壓，使得功率MOSFET處于工作狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生單粒子燒毀效應(yīng)時(shí)，所述功率MOSFET的漏極D和源極S之間通過(guò)大電流；所述限流保護(hù)電阻Rb限制流經(jīng)所述功率MOSFET的電流，避免燒毀所述MOSFET ；
[0010]步驟二、所述限流電阻&限制流經(jīng)所述運(yùn)算放大器的電流，避免所述大電流燒毀所述運(yùn)算放大器；所述大電流對(duì)所述去耦電容Cd充電，并使所述去耦電容Cd收集電荷形成電壓；所述電壓通過(guò)電壓保持電容Ch進(jìn)行恒定保持，并為所述運(yùn)算放大器提供輸入電壓；
[0011]步驟三、所述電壓通過(guò)所述反饋電阻Rf、去耦電容Cf和運(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋回路對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理；
[0012]步驟四 、經(jīng)過(guò)放大的電壓信號(hào)經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到寬動(dòng)態(tài)范圍的脈沖信號(hào)，然后由脈沖高度分析儀獲取脈沖信號(hào)的脈寬與幅值。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:能夠?qū)崿F(xiàn)空間單粒子燒毀的非破壞性測(cè)試，為進(jìn)一步在模擬源條件下獲取單粒子燒毀特征參數(shù)提供一種可行的非破壞性監(jiān)測(cè)方法，可全面表征單粒子燒毀效應(yīng)的特征信息，為空間輻射效應(yīng)防護(hù)設(shè)計(jì)提供參考。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述，以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明具體實(shí)施的技術(shù)方案是:一種空間單粒子燒毀效應(yīng)在軌監(jiān)測(cè)裝置，包括高壓直流可編程電源、限流保護(hù)電阻Rb、功率MOSFET、電荷靈敏放大器、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器、脈沖高度分析儀；
[0017]所述電荷靈敏放大器包括限流電阻Rp反饋電阻Rf、去耦電容Cd、去耦電容CF、電壓保持電容C1^P運(yùn)算放大器；
[0018]其連接關(guān)系在于:所述限流保護(hù)電阻Rb的一端與所述高壓直流可編程電源相連，所述限流保護(hù)電阻Rb的另一端與所述功率MOSFET的漏極D相連，所述功率MOSFET的柵極G和源極S接地線，所述限流電阻&的一端與所述功率MOSFET的漏極D相連，所述限流電阻Rl的另一端與所述去耦電容Cd的一端相連，所述去耦電容Cd的另一端分成四路分別與所述限流電阻Rf、去耦電容Cf、運(yùn)算放大器的反相端和電壓保持電容Ch的一端相連，所述限流電阻Rf、去耦電容Cf的另一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述電壓保持電容Ch的另一端、運(yùn)算放大器的同相端接電線，所述對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器的一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器的另一端與所述脈沖高度分析儀相連；
[0019]其監(jiān)測(cè)方法在于:步驟一、高壓直流可編程電源為所述的功率MOSFET提供偏置電壓，使得功率MOSFET處于工作狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生單粒子燒毀效應(yīng)時(shí)，所述功率MOSFET的漏極D和源極S之間通過(guò)大電流；所述限流保護(hù)電阻Rb限制流經(jīng)所述功率MOSFET的電流，避免燒毀所述MOSFET ；
[0020]步驟二、所述限流電阻&限制流經(jīng)所述運(yùn)算放大器的電流，避免所述大電流燒毀所述運(yùn)算放大器；所述大電流對(duì)所述去耦電容Cd充電，并使所述去耦電容Cd收集電荷形成電壓；所述電壓通過(guò)電壓保持電容Ch進(jìn)行恒定保持，并為所述運(yùn)算放大器提供輸入電壓；
[0021]步驟三、所述電壓通過(guò)所述反饋電阻Rf、去耦電容Cf和運(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋回路對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理；
[0022]步驟四、經(jīng)過(guò)放大的電壓信號(hào)經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到寬動(dòng)態(tài)范圍的脈沖信號(hào)，然后由脈沖高度分析儀獲取脈沖信號(hào)的脈寬與幅值。
[0023]空間單粒子燒毀效應(yīng)監(jiān)測(cè)中，將單粒子燒毀效應(yīng)監(jiān)測(cè)裝置放置于實(shí)驗(yàn)室模擬源下，利用設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行單粒子燒毀效應(yīng)監(jiān)測(cè)，具體流程如下:
[0024]①監(jiān)測(cè)裝置初始化參數(shù)。
[0025]②模擬源輻照，監(jiān)測(cè)裝置開(kāi)始實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單粒子燒毀效應(yīng)。
[0026]③輻照過(guò)程中，當(dāng)發(fā)生單粒子燒毀效應(yīng)時(shí)，功率MOSFET器件的漏極和源極之間流經(jīng)大電流，一方面電荷靈敏放大器捕獲電荷，利用對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換到對(duì)數(shù)坐標(biāo)系內(nèi)，再由脈沖高度分析儀對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行脈寬、幅值的輸出；另一方面記錄發(fā)生單粒子燒毀效應(yīng)的次數(shù)。通過(guò)監(jiān)測(cè)單粒子燒毀的發(fā)生次數(shù)以及發(fā)生單粒子燒毀時(shí)的脈沖寬度和幅值，得到可表征單粒子燒毀效應(yīng)的全面信息。
[0027]④重復(fù)進(jìn)行步驟③，直至滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。
[0028]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種空間單粒子燒毀效應(yīng)在軌監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:包括高壓直流可編程電源、限流保護(hù)電阻Rb、功率MOSFET、電荷靈敏放大器、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器、脈沖高度分析儀； 所述電荷靈敏放大器包括限流電阻&、反饋電阻Rf、去耦電容CD、去耦電容(；、電壓保持電容Ch和運(yùn)算放大器； 其連接關(guān)系在于:所述限流保護(hù)電阻Rb的一端與所述高壓直流可編程電源相連，所述限流保護(hù)電阻Rb的另一端與所述功率MOSFET的漏極D相連，所述功率MOSFET的柵極G和源極S接地線，所述限流電阻&的一端與所述功率MOSFET的漏極D相連，所述限流電阻&的另一端與所述去耦電容Cd的一端相連，所述去耦電容Cd的另一端分成四路分別與所述限流電阻Rf、去耦電容Cf、運(yùn)算放大器的反相端和電壓保持電容Ch的一端相連，所述限流電阻Rf、去耦電容Cf的另一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述電壓保持電容Ch的另一端、運(yùn)算放大器的同相端接電線，所述對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器的一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器的另一端與所述脈沖高度分析儀相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間單粒子燒毀效應(yīng)在軌監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于: 步驟一、高壓直流可編程電源為所述的功率MOSFET提供偏置電壓，使得功率MOSFET處于工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生單粒子燒毀效應(yīng)時(shí)，所述功率MOSFET的漏極D和源極S之間通過(guò)過(guò)電流；所述限流保護(hù)電阻Rb限制流經(jīng)所述功率MOSFET的電流，避免燒毀所述功率MOSFET ；步驟二、所述限流電阻&限制流經(jīng)所述運(yùn)算放大器的電流，避免所述過(guò)電流燒毀所述運(yùn)算放大器；所述過(guò)電流對(duì)所述去耦電容Cd充電，并使所述去耦電容Cd收集電荷形成電壓；所述電壓通過(guò)電壓保持電容Ch進(jìn)行恒定保持，并為所述運(yùn)算放大器提供輸入電壓； 步驟三、所述電壓通過(guò)所述反饋電阻Rf、去耦電容Cf和運(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋回路對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理； 步驟四、經(jīng)過(guò)放大的電壓信號(hào)經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到寬動(dòng)態(tài)范圍的脈沖信號(hào)，然后由脈沖高度分析儀獲取脈沖信號(hào)的脈寬與幅值。
【文檔編號(hào)】G01R29/02GK103698679SQ201310619055
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】薛玉雄, 安恒, 楊生勝, 把得東, 湯道坦, 馬亞莉, 柳青, 曹洲 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所