專利名稱:星用輻射效應(yīng)探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(wèi)星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上的一種探測器。
背景技術(shù)：
隨著航天技術(shù)的發(fā)展，MOS微電子器件和電路在星用計(jì)算機(jī)、測控等電子系統(tǒng)中的應(yīng)用愈加廣泛。但眾所周知的空間輻射環(huán)境影響卻一直是威脅MOS結(jié)構(gòu)電學(xué)特性的重要原因。最典型的是，電離輻射會(huì)引起MOS電路閾電壓的漂移，導(dǎo)致漏電流增加，電路功耗增大，嚴(yán)重的會(huì)引起電路邏輯錯(cuò)誤和功能喪失。因此，為配合地面的MOS電路抗輻射加固技術(shù)的研究，開展空間實(shí)地的輻射探測，對于掌握國產(chǎn)加固與非加固工藝制造的MOS電路在空間的實(shí)際抗輻射效果，比較地面模擬與空間輻射環(huán)境之間的差異有著十分重要的作用和意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，研制了用于檢測CMOS4007雙互補(bǔ)對加反相器N溝管閾電壓的星用CMOS輻射效應(yīng)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(bǔ)對加反相器組成，該探測器安裝在衛(wèi)星上使用，以達(dá)到考核空間輻射環(huán)境實(shí)際影響的目的。該探測器從電路設(shè)計(jì)、元器件選定型和外型設(shè)計(jì)均嚴(yán)格按照航天產(chǎn)品的規(guī)范實(shí)施，達(dá)到了低功耗、高可靠、重量輕、功能強(qiáng)的目標(biāo)。
本發(fā)明所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器是一種與星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(bǔ)對加反相器中6個(gè)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(bǔ)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(bǔ)對加反相器連接；該探測器測量控制電路是由雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、步進(jìn)計(jì)數(shù)譯碼器(2)、延時(shí)電路(3)、六路模擬開關(guān)(4)、反相緩沖驅(qū)動(dòng)器(5)和繼電器(6)組成；其中雙單穩(wěn)觸單發(fā)器(1)、步進(jìn)計(jì)數(shù)/譯碼器(2)、延時(shí)電路(3)、六路摸擬電子開關(guān)(4)串接，與被測器件CMOS4007雙互補(bǔ)對加反相器連接；雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、反相/緩沖驅(qū)動(dòng)器(5)、繼電器(6)串接與被測器件CMOS4007雙互補(bǔ)對加反相器連接；完成對外來測量啟動(dòng)脈沖的整形、計(jì)數(shù)/譯碼、延時(shí)、控制電子開關(guān)和微型靈敏感繼電器對六個(gè)被測N溝MOS管腳狀態(tài)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(tài)進(jìn)入到閾電壓測量狀態(tài)，與恒流源相連的源極電壓即為被測N溝管閾電壓的負(fù)值。電壓輸出接口電路(8)由加法器、型號為1403基準(zhǔn)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(diào)整為0-5V的輸出范圍，實(shí)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(dòng)復(fù)位方式，由1/2雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、RC電路、雙反相緩沖器(5)構(gòu)成上電復(fù)位信號電路；該探測器控制電路采用了八位步進(jìn)計(jì)數(shù)譯碼電路，每收到一個(gè)測量啟動(dòng)脈沖，僅完成對一個(gè)N溝MOS管閾電壓的測量，當(dāng)收到第6個(gè)測量啟動(dòng)脈沖后，即完成了對6個(gè)N溝MOS管的依次檢測，當(dāng)收到第7、8個(gè)測量啟動(dòng)脈沖時(shí)，相應(yīng)的譯碼器輸出置空，該探測器輸出為無效狀態(tài)(輸出電壓為5.00V)；該探測器電路采用了防鎖定設(shè)計(jì)措施，對設(shè)備三路電源(+12V、-12V、+5V)的輸入端均采用了電阻限流，限流保護(hù)電路元件的功率和耐壓降額使用額度大于被保護(hù)電路的元器件；限流強(qiáng)度+12V端為40mA；-12V、+5V端為10mA；電壓輸出口上的運(yùn)放使用正、負(fù)雙電源供電，并對輸出電平進(jìn)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(qū)動(dòng)的繼電器線包兩端并聯(lián)保護(hù)二極管和串聯(lián)電阻，形成防反向脈沖的保護(hù)電路。



參見附圖圖1為本發(fā)明原理框圖圖2為本發(fā)明電路圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述并給出實(shí)施例本發(fā)明所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入軌道飛行，衛(wèi)星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)脈沖到探測器的輸入端，該啟動(dòng)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(wěn)態(tài)觸發(fā)器整形、調(diào)制為脈寬為2秒的控制脈沖信號，該信號一方面控制計(jì)數(shù)/譯碼器計(jì)數(shù)，并通過模擬電子開關(guān)將CMOS4007雙互補(bǔ)對加反相器中六個(gè)被測N溝管中的一個(gè)管的柵極接地(非測試期間，N溝管的柵極接12V，使其處于導(dǎo)通狀態(tài))；另一方面，該信號通過反相緩沖器，提高其驅(qū)動(dòng)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(tài)進(jìn)入到閾電壓測量狀態(tài)，此時(shí)，與恒流源相連的源極電壓即為被測N溝管閾電壓的負(fù)值，將這個(gè)電壓送至電壓輸出接口電路主要由一運(yùn)放構(gòu)成的加法器和箝位二極管組成中運(yùn)放的反相輸入端，在運(yùn)放的正相端加2.50V的基準(zhǔn)電壓，在運(yùn)放的輸出端得到一個(gè)比被測閾電壓高2.50V的輸出電壓。這是為滿足衛(wèi)星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(nèi)，因而，閾電壓的實(shí)際測量范圍為-2.50V～+2.50V。在2秒脈寬的控制信號結(jié)束后，繼電器、電子開關(guān)恢復(fù)初始狀態(tài)，使被測N溝管由測量狀態(tài)返回輻照偏置狀態(tài)，等待下一次測量啟動(dòng)脈沖。
步進(jìn)計(jì)數(shù)/譯碼器將保證衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)，將所有的六個(gè)N溝管閾電壓依次測量一次，隨后，空采兩次(此時(shí)輸出電壓為5.00V)用以區(qū)別測量數(shù)據(jù)的順序。
本發(fā)明所研制的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器工作時(shí)有兩種狀態(tài)，飛行輻照狀態(tài)和測量狀態(tài)；飛行輻照狀態(tài)即CMOS4007雙互補(bǔ)對加反相器N溝管柵極保持12V，P溝管保持截止，測量狀態(tài)；CMOS4007雙互補(bǔ)對加反相器N溝管柵極從12V變?yōu)?V，其源極從接OV轉(zhuǎn)換為接入10μA恒流源，此時(shí)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(bǔ)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(nèi)輻射環(huán)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(huán)境中粒子實(shí)際狀況和CMOS集成電路抗輻射固的實(shí)際效果。
權(quán)利要求
1.一種與星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(yīng)探測器，能完成對兩片CMOS4007雙互補(bǔ)對加反相器中6個(gè)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(bǔ)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(bǔ)對加反相器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，其特征在于，該探測器測量控制電路是由雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、步進(jìn)計(jì)數(shù)譯碼器(2)、延時(shí)電路(3)、六路模擬開關(guān)(4)、反相緩沖驅(qū)動(dòng)器(5)和繼電器(6)組成；其中雙單穩(wěn)觸單發(fā)器(1)、步進(jìn)計(jì)數(shù)/譯碼器(2)、延時(shí)電路(3)、六路摸擬電子開關(guān)(4)串接與被測器件CMOS4007雙互補(bǔ)對加反相器連接；雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、反相/緩沖驅(qū)動(dòng)器(5)、繼電器(6)串接與被測器件CMOS4007雙互補(bǔ)對加反相器連接；以完成對外來測量啟動(dòng)脈沖的整形、計(jì)數(shù)/譯碼、延時(shí)、控制電子開關(guān)和微型靈敏感繼電器對六個(gè)被測N溝MOS管腳狀態(tài)切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的星用CMOS輻射效應(yīng)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(tài)進(jìn)入到閾電壓測量狀態(tài)，與恒流源相連的源極電壓即為被測N溝管閾電壓的負(fù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的星用CMOS輻射效應(yīng)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(zhǔn)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(diào)整為0-5V的輸出范圍，實(shí)際閾電壓測量范圍為-2.50V至+2.50V。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，其特征在于，該探測器測量控制電路采用上電自動(dòng)復(fù)位方式，由1/2雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、RC電路、雙反相緩沖器(5)構(gòu)成上電復(fù)位信號電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，其特征在于，該探測器控制電路采用了八位步進(jìn)計(jì)數(shù)譯碼電路，每收到一個(gè)測量啟動(dòng)脈沖，僅完成對一個(gè)N溝MOS管閾電壓的測量，當(dāng)收到第6個(gè)測量啟動(dòng)脈沖后，即完成了對6個(gè)MOS管的依次檢測，當(dāng)收到第7、8個(gè)測量啟動(dòng)脈沖時(shí)，相應(yīng)的譯碼器輸出置空，該探測器輸出為無效狀態(tài)，輸出電壓為5.00V。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，其特征在于，該探測器電路采用了防鎖定設(shè)計(jì)措施，對設(shè)備三路電源+12V、-12V、+5V的輸出端均采用了電阻限流，限流保護(hù)電路元件的功率和耐壓降額使用額度大于被保護(hù)電路的元器件；限流強(qiáng)度+12V端為40mA；-12V、+5V端為10mA；電壓輸出口上的運(yùn)放使用正、負(fù)雙電源供電，并對輸出電平進(jìn)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(qū)動(dòng)的繼電器線包兩端并聯(lián)保護(hù)二極管和串聯(lián)電阻，形成防反向脈沖的保護(hù)電路。
專利摘要
一種與衛(wèi)星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(yīng)探測器，能完成對電離輻射敏感的CMOS4007雙互補(bǔ)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(bǔ)對加反相器組成，采用星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)給出一路測量啟動(dòng)脈沖控制，按時(shí)序?qū)善珻MOS4007雙互補(bǔ)對加反相器中6個(gè)N溝MOS管閾電壓依次測量，輸出模擬電壓信號送至星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0816。該探測器具有功耗低，可靠性高的特點(diǎn)。
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(fā)明者范隆, 任迪遠(yuǎn), 嚴(yán)榮良 申請人:中國科學(xué)院新疆物理研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan