一種cmos電路空間應(yīng)用單粒子防護(hù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種單粒子防護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 單粒子效應(yīng)是單個高能質(zhì)子或重離子入射到電子器件上所引發(fā)的福射效應(yīng)，根據(jù) 效應(yīng)機(jī)理的不同，可分為單粒子翻轉(zhuǎn)、單粒子鎖定、單粒子燒毀等多種類型。目前，F(xiàn)PGA、DSP 等數(shù)字信號處理器件，大多數(shù)采用的生產(chǎn)工藝均為CMOS工藝。對于CMOS器件，由于其制造工 藝自身不可避免的特點(diǎn)，其極易受到單粒子鎖定。
[0003] 單粒子鎖定(SE；L，Single Event Latchup)指高能帶電粒子穿過CMOS電路的PN/PN 結(jié)構(gòu)時，電離作用會使CMOS電路中的可控娃結(jié)構(gòu)被觸發(fā)導(dǎo)通，由此在電源與地之間形成低 電阻大電流通路的現(xiàn)象。
[0004] 在空間應(yīng)用中，CMOS器件單粒子鎖定，可能會對衛(wèi)星造成=方面的危害:一是發(fā)生 S化的器件及儀器可能被沈L產(chǎn)生的大電流燒毀，二是該器件所使用的星上二次電源可能被 由于單粒子鎖定而驟增的負(fù)載電流所損壞，=是當(dāng)該器件所用二次電源受SKJ多響導(dǎo)致輸 出電壓變化后，使用相同二次電源的其它儀器的工作可能將受到影響。
[000引為避免CMOS器件在空間環(huán)境應(yīng)用中，由于受到單粒子鎖定而造成系統(tǒng)無法工作， 目前，大多數(shù)系統(tǒng)主要采用兩種方案，第一種方案是選用高等級器件，第二種方案是使用兩 套甚至多套相同的電路來分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。第一種方案選用抗單粒子的高等級器件成本 太高，不利于成本節(jié)約且對于進(jìn)口的高等級器件，存在禁運(yùn)的風(fēng)險;第二種方案W-套電路 作為主份，其余電路作為備份，W降低系統(tǒng)在空間環(huán)境下的失效率。但當(dāng)通過系統(tǒng)輸出異常 判斷出CMOS電路由于受到單粒子鎖定而工作異常，進(jìn)行主備份切換時，CMOS器件可能已經(jīng) 由于長時間受到單粒子鎖定而使電路出現(xiàn)不可自我修復(fù)的損傷。因此，需要設(shè)計一套可W 對CMOS電路進(jìn)行自我監(jiān)測、自我控制的電路來防止由于單粒子鎖定而造成的CMOS電路的損 毀。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單粒子防護(hù)電 路，通過電路的自我監(jiān)測和自我控制來縮短判斷CMOS電路受到單粒子鎖定的時間，進(jìn)而降 低CMOS電路因受單粒子鎖定而燒毀的概率，W提高CMOS電路的抗單粒子能力。
[0007] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種CMOS電路空間應(yīng)用單粒子防護(hù)電路，包括電流采樣電路、電壓處理及監(jiān)控電 路、電源轉(zhuǎn)換電路和被控電路；
[0009] 電源轉(zhuǎn)換電路的電壓輸出端與被控電路的電壓輸入端相連，為被控電路提供工作 電壓，電流采樣電路包括采樣電阻R采，采樣電阻R采連接在電源轉(zhuǎn)換電路與被控電路之間，采 集被控電路工作時所需的電流II，并將電流Il轉(zhuǎn)換為采樣電壓信號Vi;電流采樣電路的采 樣電壓信號輸出端與電壓處理及監(jiān)控電路的輸入端相連;電壓處理及監(jiān)控電路的控制信號 輸出端與電源轉(zhuǎn)換電路的復(fù)位信號輸入端相連；電壓處理及監(jiān)控電路將采樣電壓信號Vi同 參考電壓V參進(jìn)行對比，產(chǎn)生控制信號V扭，并提供給電源轉(zhuǎn)換電路控制電源轉(zhuǎn)換電路有無輸 出，V扭均為電平信號，V參為被控電路正常工作時，電流采樣電路的輸出。
[0010] 所述電壓處理及監(jiān)控電路的控制信號輸出端與電源轉(zhuǎn)換電路的復(fù)位信號輸入端 之間還連接有控制信號展寬電路，控制信號展寬電路對控制信號V扭進(jìn)行展寬，得到控制信 號V控，并提供給電源轉(zhuǎn)換電路。
[0011] 所述電流采樣電路包括運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端與采樣電阻喊的一 端相連，采樣電阻喊另一端接地，正向輸入端與電阻Rl和R2的公共端相連，Rl另一端接地， R2另一端接運(yùn)算放大器的輸出端，運(yùn)算放大器的輸出端為采樣電壓信號Vi的輸出端。
[0012] 所述電壓處理及監(jiān)控電路包括比較器，比較器的一端輸入采樣電壓信號VI，另一 端與電阻R3和R4的公共端相連，R4另一端接地，R3另一端接直流電源，比較器的輸出端為控 制信號V扭輸出端。
[0013] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0014] 1)本實(shí)用新型采集被控電路工作時的電流，并轉(zhuǎn)化為電壓信號，通過電壓處理及 監(jiān)控電路進(jìn)行判斷被控電路是否正常工作，來控制電源轉(zhuǎn)換電路對被控電路的供電。通過 運(yùn)種方式進(jìn)行自我監(jiān)測和控制，可W縮短CMOS器件受單粒子影響的時間，W降低CMOS器件 因單粒子影響而燒毀的概率。
[0015] 2)基于本實(shí)用新型的單粒子防護(hù)技術(shù)，可W降低CMOS器件在空間應(yīng)用中的失效 率，可W降低空間應(yīng)用中的器件選擇難度。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017] 圖2為本實(shí)用新型中電源轉(zhuǎn)換電路與被控電路連接原理示意圖；
[0018] 圖3為本實(shí)用新型電流采樣電路原理示意圖；
[0019] 圖4為本實(shí)用新型電壓處理及監(jiān)控電路原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 如圖1所示，本實(shí)用新型提出一種CMOS電路空間應(yīng)用單粒子防護(hù)電路，包括電流采 樣電路1、電壓處理及監(jiān)控電路2、電源轉(zhuǎn)換電路3和被控電路4。
[0021] 如圖2所示，電流采樣電路1將被控電路4工作時所需的電流Ii通過采樣電阻進(jìn)行 采集并轉(zhuǎn)換為電壓信號VI，并將該電壓信號Vi輸出給電壓處理及監(jiān)控電路2。如圖3所示，電 流采樣電路1包括運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端輸入Vo,正向輸入端與電阻Rl和R2 的公共端相連，Rl另一端接地，R2另一端接運(yùn)算放大器的輸出端。Vo = R采X I工，
Vo，R采為電流采樣電阻。
[0022] 電壓處理及監(jiān)控電路2將電壓信號Vi同參考電壓V參進(jìn)行對比，產(chǎn)生控制信號并提 供給電源轉(zhuǎn)換電路3。
[0023] 通過前期測試將被控電路4正常工作時所需的電流進(jìn)行監(jiān)測，作為參考電壓的設(shè) 定依據(jù)，V參為被控電路4正常工作時，電流采樣電路I的輸出。
I參為被控電路4正常工作時，采樣電阻采集的電流。
[0024] 如圖4所示，電壓處理及監(jiān)控電路2包括比較器，比較器的正向輸入端輸入Vi,負(fù)向 輸入端與電阻R3和R4的公共端相連，R4另一端接地，R3另一端接5V直流電源，負(fù)向輸入端的 電壓值與V參相等：
[0025] 電壓處理及監(jiān)控電路2中，工作需用的供電電源為直接從電源模塊輸出的電壓，該 電路中所使用的元器件為抗福照元器件。
[0026] 目前，隨著數(shù)據(jù)處理速度的提高，絕大多數(shù)信號處理器件的工作電壓為3.3V甚至 更低的工作電壓，而電源模塊的輸出電壓一般為5V。因此，在大多數(shù)被控電路中，均有電源 轉(zhuǎn)換電路。電源轉(zhuǎn)換電路3接通過電流采樣電路1向被控電路4輸出電壓，并收控制信號控制 其是否處于有輸出狀態(tài)。電源轉(zhuǎn)換電路3的輸出電壓為V〇ut = V〇+V被，W保證被控電路4正常 工作，V被為被控電路4的工作電壓。
[0027] 當(dāng)被控電路4的工作電壓為3.3V(Vcmt與GNDl之間的壓差)時，電源轉(zhuǎn)換電路3輸出 給被控電路4的電壓(Vout與GND之間的壓差)為：
[002引 V0ut = V0+3.3V。
[0029] 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對被控電路4的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。
[0030] 電流采樣電路1通過采樣電阻將被控電路4的工作電流進(jìn)行采集，在電壓處理及監(jiān) 控電路2中與參考電壓進(jìn)行對比，來判斷電路工作是否正常。
[0031 ]電源轉(zhuǎn)換電路3中有復(fù)位電路，例如電源轉(zhuǎn)換忍片TPS70302,其第7引腳（M)可 W控制其輸出狀態(tài)，需有通過輸入控制電壓的高低可W對電源轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行復(fù)位的功能。
[0032] 電壓處理及監(jiān)控電路2將Vi與V參進(jìn)行對比，并產(chǎn)生控制信號V扭，
[0033] 當(dāng)Vi < V參時，表明被控電路4正常工作，V扭為低電平；
[0034] 當(dāng)Vi>V參時，表明被控電路4工作異常，V扭為高電平；
[0035] 電壓處理及監(jiān)控電路2將對比后的信息，W電壓形式V扭傳送給控制信號展寬電路 5,控制信號展寬電路5將V扭展寬，產(chǎn)生V控輸出給電源轉(zhuǎn)換電路3來控制電源轉(zhuǎn)換電路3是否 正常工作：
[0036] 當(dāng)為高電平時：電源轉(zhuǎn)換電路3為復(fù)位狀態(tài)，無輸出；
[0037] 當(dāng)為低電平時：電源轉(zhuǎn)換電路3為工作狀態(tài)，有輸出。
[0038] 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對被控電路4的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。
[0039] 本實(shí)用新型未詳細(xì)說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種CMOS電路空間應(yīng)用單粒子防護(hù)電路，其特征在于，包括電流采樣電路（1)、電壓 處理及監(jiān)控電路(2)、電源轉(zhuǎn)換電路(3)和被控電路(4); 電源轉(zhuǎn)換電路(3)的電壓輸出端與被控電路(4)的電壓輸入端相連，為被控電路(4)提 供工作電壓，電流采樣電路（1)包括采樣電阻R采，采樣電阻R采連接在電源轉(zhuǎn)換電路(3)與被 控電路(4)之間，采集被控電路(4)工作時所需的電流I工，并將電流I工轉(zhuǎn)換為采樣電壓信號 V1;電流采樣電路（1)的采樣電壓信號輸出端與電壓處理及監(jiān)控電路(2)的輸入端相連；電 壓處理及監(jiān)控電路(2)的控制信號輸出端與電源轉(zhuǎn)換電路(3)的復(fù)位信號輸入端相連;電壓 處理及監(jiān)控電路(2)將采樣電壓信號％同參考電壓V參進(jìn)行對比，產(chǎn)生控制信號并提供給 電源轉(zhuǎn)換電路(3)控制電源轉(zhuǎn)換電路(3)有無輸出，Vga均為電平信號，V參為被控電路(4)正 常工作時，電流采樣電路(1)的輸出。2. -種如權(quán)利要求1所述的CMOS電路空間應(yīng)用單粒子防護(hù)電路，其特征在于，所述電壓 處理及監(jiān)控電路(2)的控制信號輸出端與電源轉(zhuǎn)換電路(3)的復(fù)位信號輸入端之間還連接 有控制信號展寬電路（5)，控制信號展寬電路（5)對控制信號Vga進(jìn)行展寬，得到控制信號 Vfi2，并提供給電源轉(zhuǎn)換電路(3)。3. -種如權(quán)利要求1或2所述的CMOS電路空間應(yīng)用單粒子防護(hù)電路，其特征在于，所述 電流采樣電路(1)包括運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端與采樣電阻R采的一端相連，采 樣電阻R采另一端接地，正向輸入端與電阻R1和R2的公共端相連，R1另一端接地，R2另一端接 運(yùn)算放大器的輸出端，運(yùn)算放大器的輸出端為米樣電壓信號Vi的輸出端。4. 一種如權(quán)利要求1或2所述的CMOS電路空間應(yīng)用單粒子防護(hù)電路，其特征在于，所述 電壓處理及監(jiān)控電路(2)包括比較器，比較器的一端輸入采樣電壓信號Vi，另一端與電阻R3 和R4的公共端相連，R4另一端接地，R3另一端接直流電源，比較器的輸出端為控制信號Vga 輸出端。
【專利摘要】一種CMOS電路空間應(yīng)用單粒子防護(hù)電路，包括電流采樣電路(1)、電壓處理及監(jiān)控電路(2)、電源轉(zhuǎn)換電路(3)和被控電路(4)；電源轉(zhuǎn)換電路(3)的電壓輸出端與被控電路(4)的電壓輸入端相連，為被控電路(4)提供工作電壓，電流采樣電路(1)中的采樣電阻R采連接在電源轉(zhuǎn)換電路(3)與被控電路(4)之間，采集被控電路(4)工作時所需的電流I工并轉(zhuǎn)換為采樣電壓信號V1；電流采樣電路(1)的采樣電壓信號輸出端與電壓處理及監(jiān)控電路(2)的輸入端相連；電壓處理及監(jiān)控電路(2)的控制信號輸出端與電源轉(zhuǎn)換電路(3)的復(fù)位信號輸入端相連。本實(shí)用新型可以縮短CMOS器件受單粒子影響的時間，以降低CMOS器件因單粒子影響而燒毀的概率。
【IPC分類】H02H7/20
【公開號】CN205283105
【申請?zhí)枴緾N201521088060
【發(fā)明人】程長征, 張俊杰, 劉建安, 劉紹輝
【申請人】北京航天時代光電科技有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月23日