專利名稱:星用輻射效應探測器的制作方法
技術領域：
本發明主要用于檢測粒子輻射對CMOS集成電路的影響，是外掛于衛星上數據采集系統上的一種探測器。
背景技術：
隨著航天技術的發展，MOS微電子器件和電路在星用計算機、測控等電子系統中的應用愈加廣泛。但眾所周知的空間輻射環境影響卻一直是威脅MOS結構電學特性的重要原因。最典型的是，電離輻射會引起MOS電路閾電壓的漂移，導致漏電流增加，電路功耗增大，嚴重的會引起電路邏輯錯誤和功能喪失。因此，為配合地面的MOS電路抗輻射加固技術的研究，開展空間實地的輻射探測，對于掌握國產加固與非加固工藝制造的MOS電路在空間的實際抗輻射效果，比較地面模擬與空間輻射環境之間的差異有著十分重要的作用和意義。
發明內容
本發明的目的在于，研制了用于檢測CMOS4007雙互補對加反相器N溝管閾電壓的星用CMOS輻射效應探測器，該探測器是由測量控制電路、恒流源電路、電壓輸出接口電路和被測CMOS4007雙互補對加反相器組成，該探測器安裝在衛星上使用，以達到考核空間輻射環境實際影響的目的。該探測器從電路設計、元器件選定型和外型設計均嚴格按照航天產品的規范實施，達到了低功耗、高可靠、重量輕、功能強的目標。
本發明所述的星用CMOS輻射效應探測器是一種與星上數據采集系統配套使用，用于檢測電離輻射對CMOS集成電路影響的探測器，能完成對兩片CMOS 4007雙互補對加反相器中6個N溝管閾電壓檢測；該探測器是由測量控制電路、恒流源電路、電壓輸出接口電路和被測CMOS4007雙互補對加反相器組成，其中測量控制電路、恒流源電路和電壓輸出接口電路均與被測器件CMOS4007雙互補對加反相器連接；該探測器測量控制電路是由雙單穩觸發器(1)、步進計數譯碼器(2)、延時電路(3)、六路模擬開關(4)、反相緩沖驅動器(5)和繼電器(6)組成；其中雙單穩觸單發器(1)、步進計數/譯碼器(2)、延時電路(3)、六路摸擬電子開關(4)串接，與被測器件CMOS4007雙互補對加反相器連接；雙單穩觸發器(1)、反相/緩沖驅動器(5)、繼電器(6)串接與被測器件CMOS4007雙互補對加反相器連接；完成對外來測量啟動脈沖的整形、計數/譯碼、延時、控制電子開關和微型靈敏感繼電器對六個被測N溝MOS管腳狀態切換。該探測器采用恒流注入法測量N溝MOS管的閾電壓，恒流由恒流源電路(7)提供，微型靈敏繼電器(6)控制恒流的通、斷；使恒流源與被測管的源極接通，10μA電流注入被測管，使被測N溝管由輻照正偏置狀態進入到閾電壓測量狀態，與恒流源相連的源極電壓即為被測N溝管閾電壓的負值。電壓輸出接口電路(8)由加法器、型號為1403基準電壓源與箝位二極管組成；通過電壓輸出接口電路(8)將檢測的閾電壓摸擬信號調整為0-5V的輸出范圍，實際閾電壓測量范圍為-2.50V至+2.50V；該探測器測量控制電路采用上電自動復位方式，由1/2雙單穩觸發器(1)、RC電路、雙反相緩沖器(5)構成上電復位信號電路；該探測器控制電路采用了八位步進計數譯碼電路，每收到一個測量啟動脈沖，僅完成對一個N溝MOS管閾電壓的測量，當收到第6個測量啟動脈沖后，即完成了對6個N溝MOS管的依次檢測，當收到第7、8個測量啟動脈沖時，相應的譯碼器輸出置空，該探測器輸出為無效狀態(輸出電壓為5.00V)；該探測器電路采用了防鎖定設計措施，對設備三路電源(+12V、-12V、+5V)的輸入端均采用了電阻限流，限流保護電路元件的功率和耐壓降額使用額度大于被保護電路的元器件；限流強度+12V端為40mA；-12V、+5V端為10mA；電壓輸出口上的運放使用正、負雙電源供電，并對輸出電平進行了箝位；電路所有懸浮輸入端口接地或接12V；在CMOS反相緩沖器驅動的繼電器線包兩端并聯保護二極管和串聯電阻，形成防反向脈沖的保護電路。
參見附圖圖1為本發明原理框圖圖2為本發明電路圖具體實施方式
以下結合附圖進一步描述并給出實施例本發明所述的星用CMOS輻射效應探測器，當衛星進入軌道飛行，衛星上數據采集系統發出一個啟動脈沖到探測器的輸入端，該啟動脈沖的幅度為5V，利用電平移位器將其幅度升為12V，然后，送入單穩態觸發器整形、調制為脈寬為2秒的控制脈沖信號，該信號一方面控制計數/譯碼器計數，并通過模擬電子開關將CMOS4007雙互補對加反相器中六個被測N溝管中的一個管的柵極接地(非測試期間，N溝管的柵極接12V，使其處于導通狀態)；另一方面，該信號通過反相緩沖器，提高其驅動能力用以控制繼電器，使恒流源與被測管的源極接通(通常管子的源極接地)，10μA電流注入被測管。從而，使該被測N溝管由輻照正偏置狀態進入到閾電壓測量狀態，此時，與恒流源相連的源極電壓即為被測N溝管閾電壓的負值，將這個電壓送至電壓輸出接口電路主要由一運放構成的加法器和箝位二極管組成中運放的反相輸入端，在運放的正相端加2.50V的基準電壓，在運放的輸出端得到一個比被測閾電壓高2.50V的輸出電壓。這是為滿足衛星上數據采集系統中ADC0816對電壓采集范圍的要求，電壓輸出接口電路將輸出電壓限制在0至5.00V范圍內，因而，閾電壓的實際測量范圍為-2.50V～+2.50V。在2秒脈寬的控制信號結束后，繼電器、電子開關恢復初始狀態，使被測N溝管由測量狀態返回輻照偏置狀態，等待下一次測量啟動脈沖。
步進計數/譯碼器將保證衛星運行時，在一定時間內，將所有的六個N溝管閾電壓依次測量一次，隨后，空采兩次(此時輸出電壓為5.00V)用以區別測量數據的順序。
本發明所研制的星用CMOS輻射效應探測器工作時有兩種狀態，飛行輻照狀態和測量狀態；飛行輻照狀態即CMOS4007雙互補對加反相器N溝管柵極保持12V，P溝管保持截止，測量狀態；CMOS4007雙互補對加反相器N溝管柵極從12V變為0V，其源極從接OV轉換為接入10μA恒流源，此時的柵源電壓即為閾電壓VTH，采用恒流注入法測量MOS管的閾電壓，被測樣品選用兩片CMOS4007雙互補對加反相器，其中一片為輻射加固器件，另一片為普通七專器件，被測器件暴露于星內輻射環境中，測量分析這兩種器件N溝管的閾電壓漂移，能夠了解空間環境中粒子實際狀況和CMOS集成電路抗輻射固的實際效果。
權利要求
1.一種與星上數據采集系統配套使用，用于檢測電離輻射對CMOS集成電路影響的星用CMOS輻射效應探測器，能完成對兩片CMOS4007雙互補對加反相器中6個N溝MOS管閾電壓檢測，其特征在于，該探測器是由測量控制電路、恒流源電路、電壓輸出接口電路和被測CMOS4007雙互補對加反相器組成，其中測量控制電路、恒流源電路和電壓輸出接口電路分別與被測器件CMOS4007雙互補對加反相器連接。
2.根據權利要求
1所述的星用CMOS輻射效應探測器，其特征在于，該探測器測量控制電路是由雙單穩觸發器(1)、步進計數譯碼器(2)、延時電路(3)、六路模擬開關(4)、反相緩沖驅動器(5)和繼電器(6)組成；其中雙單穩觸單發器(1)、步進計數/譯碼器(2)、延時電路(3)、六路摸擬電子開關(4)串接與被測器件CMOS4007雙互補對加反相器連接；雙單穩觸發器(1)、反相/緩沖驅動器(5)、繼電器(6)串接與被測器件CMOS4007雙互補對加反相器連接；以完成對外來測量啟動脈沖的整形、計數/譯碼、延時、控制電子開關和微型靈敏感繼電器對六個被測N溝MOS管腳狀態切換。
3.根據權利要求
1所述的星用CMOS輻射效應探測器，其特征在于，該探測器采用恒流注入法測量N溝MOS管的閾電壓，恒流由恒流源電路(7)提供，微型靈敏繼電器(6)控制恒流的通、斷，使恒流源與被測管的源極接通，10μA電流注入被測管，使被測N溝管由輻照正偏置狀態進入到閾電壓測量狀態，與恒流源相連的源極電壓即為被測N溝管閾電壓的負值。
4.根據權利要求
1所述的星用CMOS輻射效應探測器，其特征在于，電壓輸出接口電路(8)由加法器、型號為1403的基準電壓源與箝位二極管組成；通過電壓輸出接口電路(8)將檢測的閾電壓摸擬信號調整為0-5V的輸出范圍，實際閾電壓測量范圍為-2.50V至+2.50V。
5.根據權利要求
2所述的星用CMOS輻射效應探測器，其特征在于，該探測器測量控制電路采用上電自動復位方式，由1/2雙單穩觸發器(1)、RC電路、雙反相緩沖器(5)構成上電復位信號電路。
6.根據權利要求
2所述的星用CMOS輻射效應探測器，其特征在于，該探測器控制電路采用了八位步進計數譯碼電路，每收到一個測量啟動脈沖，僅完成對一個N溝MOS管閾電壓的測量，當收到第6個測量啟動脈沖后，即完成了對6個MOS管的依次檢測，當收到第7、8個測量啟動脈沖時，相應的譯碼器輸出置空，該探測器輸出為無效狀態，輸出電壓為5.00V。
7.根據權利要求
1所述的星用CMOS輻射效應探測器，其特征在于，該探測器電路采用了防鎖定設計措施，對設備三路電源+12V、-12V、+5V的輸出端均采用了電阻限流，限流保護電路元件的功率和耐壓降額使用額度大于被保護電路的元器件；限流強度+12V端為40mA；-12V、+5V端為10mA；電壓輸出口上的運放使用正、負雙電源供電，并對輸出電平進行了箝位；電路所有懸浮輸入端口接地或接12V；在CMOS反相緩沖器驅動的繼電器線包兩端并聯保護二極管和串聯電阻，形成防反向脈沖的保護電路。
專利摘要
一種與衛星上數據采集系統配套使用，檢測粒子輻射對CMOS集成電路影響的星用CMOS輻射效應探測器，能完成對電離輻射敏感的CMOS4007雙互補對加反相器電路N溝管閾電壓值檢測。主要由測量控制電路、恒流源電路、電壓輸出接口電路和被測CMOS4007雙互補對加反相器組成，采用星上數據采集系統給出一路測量啟動脈沖控制，按時序對兩片CMOS4007雙互補對加反相器中6個N溝MOS管閾電壓依次測量，輸出模擬電壓信號送至星上數據采集系統的模數轉換器ADC0816。該探測器具有功耗低，可靠性高的特點。
文檔編號G01R31/28GKCN1125350SQ99102022
公開日2003年10月22日 申請日期1999年2月2日
發明者范隆, 任迪遠, 嚴榮良 申請人:中國科學院新疆物理研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan