专利名称:星用辐射效应探测器的制作方法
技术领域：
本发明主要用于检测粒子辐射对CMOS集成电路的影响，是外挂于卫星上数据采集系统上的一种探测器。
背景技术：
随着航天技术的发展，MOS微电子器件和电路在星用计算机、测控等电子系统中的应用愈加广泛。但众所周知的空间辐射环境影响却一直是威胁MOS结构电学特性的重要原因。最典型的是，电离辐射会引起MOS电路阈电压的漂移，导致漏电流增加，电路功耗增大，严重的会引起电路逻辑错误和功能丧失。因此，为配合地面的MOS电路抗辐射加固技术的研究，开展空间实地的辐射探测，对于掌握国产加固与非加固工艺制造的MOS电路在空间的实际抗辐射效果，比较地面模拟与空间辐射环境之间的差异有着十分重要的作用和意义。
发明内容
本发明的目的在于，研制了用于检测CMOS4007双互补对加反相器N沟管阈电压的星用CMOS辐射效应探测器，该探测器是由测量控制电路、恒流源电路、电压输出接口电路和被测CMOS4007双互补对加反相器组成，该探测器安装在卫星上使用，以达到考核空间辐射环境实际影响的目的。该探测器从电路设计、元器件选定型和外型设计均严格按照航天产品的规范实施，达到了低功耗、高可靠、重量轻、功能强的目标。
本发明所述的星用CMOS辐射效应探测器是一种与星上数据采集系统配套使用，用于检测电离辐射对CMOS集成电路影响的探测器，能完成对两片CMOS 4007双互补对加反相器中6个N沟管阈电压检测；该探测器是由测量控制电路、恒流源电路、电压输出接口电路和被测CMOS4007双互补对加反相器组成，其中测量控制电路、恒流源电路和电压输出接口电路均与被测器件CMOS4007双互补对加反相器连接；该探测器测量控制电路是由双单稳触发器(1)、步进计数译码器(2)、延时电路(3)、六路模拟开关(4)、反相缓冲驱动器(5)和继电器(6)组成；其中双单稳触单发器(1)、步进计数/译码器(2)、延时电路(3)、六路摸拟电子开关(4)串接，与被测器件CMOS4007双互补对加反相器连接；双单稳触发器(1)、反相/缓冲驱动器(5)、继电器(6)串接与被测器件CMOS4007双互补对加反相器连接；完成对外来测量启动脉冲的整形、计数/译码、延时、控制电子开关和微型灵敏感继电器对六个被测N沟MOS管脚状态切换。该探测器采用恒流注入法测量N沟MOS管的阈电压，恒流由恒流源电路(7)提供，微型灵敏继电器(6)控制恒流的通、断；使恒流源与被测管的源极接通，10μA电流注入被测管，使被测N沟管由辐照正偏置状态进入到阈电压测量状态，与恒流源相连的源极电压即为被测N沟管阈电压的负值。电压输出接口电路(8)由加法器、型号为1403基准电压源与箝位二极管组成；通过电压输出接口电路(8)将检测的阈电压摸拟信号调整为0-5V的输出范围，实际阈电压测量范围为-2.50V至+2.50V；该探测器测量控制电路采用上电自动复位方式，由1/2双单稳触发器(1)、RC电路、双反相缓冲器(5)构成上电复位信号电路；该探测器控制电路采用了八位步进计数译码电路，每收到一个测量启动脉冲，仅完成对一个N沟MOS管阈电压的测量，当收到第6个测量启动脉冲后，即完成了对6个N沟MOS管的依次检测，当收到第7、8个测量启动脉冲时，相应的译码器输出置空，该探测器输出为无效状态(输出电压为5.00V)；该探测器电路采用了防锁定设计措施，对设备三路电源(+12V、-12V、+5V)的输入端均采用了电阻限流，限流保护电路元件的功率和耐压降额使用额度大于被保护电路的元器件；限流强度+12V端为40mA；-12V、+5V端为10mA；电压输出口上的运放使用正、负双电源供电，并对输出电平进行了箝位；电路所有悬浮输入端口接地或接12V；在CMOS反相缓冲器驱动的继电器线包两端并联保护二极管和串联电阻，形成防反向脉冲的保护电路。
参见附图图1为本发明原理框图图2为本发明电路图具体实施方式
以下结合附图进一步描述并给出实施例本发明所述的星用CMOS辐射效应探测器，当卫星进入轨道飞行，卫星上数据采集系统发出一个启动脉冲到探测器的输入端，该启动脉冲的幅度为5V，利用电平移位器将其幅度升为12V，然后，送入单稳态触发器整形、调制为脉宽为2秒的控制脉冲信号，该信号一方面控制计数/译码器计数，并通过模拟电子开关将CMOS4007双互补对加反相器中六个被测N沟管中的一个管的栅极接地(非测试期间，N沟管的栅极接12V，使其处于导通状态)；另一方面，该信号通过反相缓冲器，提高其驱动能力用以控制继电器，使恒流源与被测管的源极接通(通常管子的源极接地)，10μA电流注入被测管。从而，使该被测N沟管由辐照正偏置状态进入到阈电压测量状态，此时，与恒流源相连的源极电压即为被测N沟管阈电压的负值，将这个电压送至电压输出接口电路主要由一运放构成的加法器和箝位二极管组成中运放的反相输入端，在运放的正相端加2.50V的基准电压，在运放的输出端得到一个比被测阈电压高2.50V的输出电压。这是为满足卫星上数据采集系统中ADC0816对电压采集范围的要求，电压输出接口电路将输出电压限制在0至5.00V范围内，因而，阈电压的实际测量范围为-2.50V～+2.50V。在2秒脉宽的控制信号结束后，继电器、电子开关恢复初始状态，使被测N沟管由测量状态返回辐照偏置状态，等待下一次测量启动脉冲。
步进计数/译码器将保证卫星运行时，在一定时间内，将所有的六个N沟管阈电压依次测量一次，随后，空采两次(此时输出电压为5.00V)用以区别测量数据的顺序。
本发明所研制的星用CMOS辐射效应探测器工作时有两种状态，飞行辐照状态和测量状态；飞行辐照状态即CMOS4007双互补对加反相器N沟管栅极保持12V，P沟管保持截止，测量状态；CMOS4007双互补对加反相器N沟管栅极从12V变为0V，其源极从接OV转换为接入10μA恒流源，此时的栅源电压即为阈电压VTH，采用恒流注入法测量MOS管的阈电压，被测样品选用两片CMOS4007双互补对加反相器，其中一片为辐射加固器件，另一片为普通七专器件，被测器件暴露于星内辐射环境中，测量分析这两种器件N沟管的阈电压漂移，能够了解空间环境中粒子实际状况和CMOS集成电路抗辐射固的实际效果。
权利要求
1.一种与星上数据采集系统配套使用，用于检测电离辐射对CMOS集成电路影响的星用CMOS辐射效应探测器，能完成对两片CMOS4007双互补对加反相器中6个N沟MOS管阈电压检测，其特征在于，该探测器是由测量控制电路、恒流源电路、电压输出接口电路和被测CMOS4007双互补对加反相器组成，其中测量控制电路、恒流源电路和电压输出接口电路分别与被测器件CMOS4007双互补对加反相器连接。
2.根据权利要求
1所述的星用CMOS辐射效应探测器，其特征在于，该探测器测量控制电路是由双单稳触发器(1)、步进计数译码器(2)、延时电路(3)、六路模拟开关(4)、反相缓冲驱动器(5)和继电器(6)组成；其中双单稳触单发器(1)、步进计数/译码器(2)、延时电路(3)、六路摸拟电子开关(4)串接与被测器件CMOS4007双互补对加反相器连接；双单稳触发器(1)、反相/缓冲驱动器(5)、继电器(6)串接与被测器件CMOS4007双互补对加反相器连接；以完成对外来测量启动脉冲的整形、计数/译码、延时、控制电子开关和微型灵敏感继电器对六个被测N沟MOS管脚状态切换。
3.根据权利要求
1所述的星用CMOS辐射效应探测器，其特征在于，该探测器采用恒流注入法测量N沟MOS管的阈电压，恒流由恒流源电路(7)提供，微型灵敏继电器(6)控制恒流的通、断，使恒流源与被测管的源极接通，10μA电流注入被测管，使被测N沟管由辐照正偏置状态进入到阈电压测量状态，与恒流源相连的源极电压即为被测N沟管阈电压的负值。
4.根据权利要求
1所述的星用CMOS辐射效应探测器，其特征在于，电压输出接口电路(8)由加法器、型号为1403的基准电压源与箝位二极管组成；通过电压输出接口电路(8)将检测的阈电压摸拟信号调整为0-5V的输出范围，实际阈电压测量范围为-2.50V至+2.50V。
5.根据权利要求
2所述的星用CMOS辐射效应探测器，其特征在于，该探测器测量控制电路采用上电自动复位方式，由1/2双单稳触发器(1)、RC电路、双反相缓冲器(5)构成上电复位信号电路。
6.根据权利要求
2所述的星用CMOS辐射效应探测器，其特征在于，该探测器控制电路采用了八位步进计数译码电路，每收到一个测量启动脉冲，仅完成对一个N沟MOS管阈电压的测量，当收到第6个测量启动脉冲后，即完成了对6个MOS管的依次检测，当收到第7、8个测量启动脉冲时，相应的译码器输出置空，该探测器输出为无效状态，输出电压为5.00V。
7.根据权利要求
1所述的星用CMOS辐射效应探测器，其特征在于，该探测器电路采用了防锁定设计措施，对设备三路电源+12V、-12V、+5V的输出端均采用了电阻限流，限流保护电路元件的功率和耐压降额使用额度大于被保护电路的元器件；限流强度+12V端为40mA；-12V、+5V端为10mA；电压输出口上的运放使用正、负双电源供电，并对输出电平进行了箝位；电路所有悬浮输入端口接地或接12V；在CMOS反相缓冲器驱动的继电器线包两端并联保护二极管和串联电阻，形成防反向脉冲的保护电路。
专利摘要
一种与卫星上数据采集系统配套使用，检测粒子辐射对CMOS集成电路影响的星用CMOS辐射效应探测器，能完成对电离辐射敏感的CMOS4007双互补对加反相器电路N沟管阈电压值检测。主要由测量控制电路、恒流源电路、电压输出接口电路和被测CMOS4007双互补对加反相器组成，采用星上数据采集系统给出一路测量启动脉冲控制，按时序对两片CMOS4007双互补对加反相器中6个N沟MOS管阈电压依次测量，输出模拟电压信号送至星上数据采集系统的模数转换器ADC0816。该探测器具有功耗低，可靠性高的特点。
文档编号G01R31/28GKCN1125350SQ99102022
公开日2003年10月22日 申请日期1999年2月2日
发明者范隆, 任迪远, 严荣良 申请人:中国科学院新疆物理研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan