单粒子瞬态脉冲宽度测量电路的制作方法

文档序号:8346287阅读:481来源:国知局
单粒子瞬态脉冲宽度测量电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电脉冲宽度测量技术领域,特别涉及一种单粒子瞬态脉冲信号的高电 平脉冲宽度测量电路。
【背景技术】
[0002] 随着航天电子器件集成度的不断提高,空间辐射已经成为影响航天器可靠性和运 行寿命的重要因素。辐射对集成电路的影响主要分为两大类:单粒子效应和总剂量效应。 总剂量效应是集成电路长期处在辐射环境中,辐射效果积累所产生的效应;单粒子效应是 辐射能量粒子进入集成电路后,辐射效果即时作用所产生的效应。其中单粒子效应可细分 为三类:
[0003] 1、单粒子软错误效应:包括单粒子翻转效应,单粒子瞬变效应,单粒子多翻转效应 等,在短时间内对电路节点产生干扰。
[0004] 2、具有潜在危险性的效应:如单粒子闩锁效应,如不加以控制,可能会导致芯片发 生单粒子烧毁。
[0005] 3、单粒子硬错误效应,如位移损伤等,会使得芯片中的晶体管彻底不能工作。
[0006] 其中,单粒子瞬变效应是常见的影响芯片性能的主要因素,当芯片放置在辐射环 境中,周围能量粒子会注入到芯片内部,通过电离辐射在能量粒子的运动轨迹上产生一定 数目的电子、空穴对,这些电子、空穴对会在电场的作用下被电路节点吸收,改变节点电平, 如果没有反馈回路,那么当单粒子作用的时间结束后,该节点电平又会恢复回原来的值,从 而在电路中产生一个脉冲信号。
[0007] 为了深入研宄单粒子效应的发生机理、规律,测量各种星载电子元器件和集成电 路的辐射敏感参数,评价其抗单粒子效应的水平和故障风险,为器件选型和抗辐射加固措 施提供依据,需要搭建有效的测量环境,对瞬态脉冲信号宽度等特征进行准确测量。其中测 量环境往往选择地面辐照实验,通过模拟产生宇宙射线粒子对待测芯片进行轰击试验,模 拟真实的宇宙空间辐射环境。在对脉冲信号宽度进行测量时,根据入射粒子种类、能量等不 同,产生的单粒子脉冲信号电平维持时间也不同,脉冲宽度可以从几十皮秒到一千皮秒以 上。如果采用传统的示波器或逻辑分析仪等检测设备测量单粒子瞬态脉冲宽度,要求测量 设备的频率必须非常高,这样的高频设备往往国内不能生产,国外也禁止输出,这使得测量 成本非常高,实现难度大。如果采用片上电路进行测量,现有的脉冲宽度测量方法往往通过 外部输入高频信号对脉冲信号采样来进行测量,因此捕获精度受采样信号的频率和波形影 响,实际测量中也难以提供频率极高,波形特点又十分优良的采样信号,使得电路可测范围 小,测量精度低。

【发明内容】

[0008] 本发明旨在提高测量电路的可测范围和测量精度。
[0009] 本发明提供一种单粒子瞬态脉冲宽度测量电路,包括:
[0010] 控制信号产生电路,具有单粒子脉冲接收端、脉冲开始信号输出端和脉冲结束信 号输出端,当在单粒子脉冲接收端接收到单粒子脉冲信号时,脉冲开始信号输出端输出的 脉冲开始信号发生翻转,当该单粒子脉冲信号结束时,脉冲结束信号输出端输出的脉冲结 束信号发生翻转;
[0011] 至少一级延时比较电路,每级延时比较电路具有延时信号输入端、使能输入端、延 时信号输出端和翻转输出端,其中第一级延时比较电路的延时信号输入端连接控制信号产 生电路的脉冲开始信号输出端,从第二级延时比较电路开始,每级延时比较电路的延时信 号输入端连接上一级延时比较电路的延时信号输出端,脉冲结束信号输出端连接到所有延 时比较电路的使能输入端,延时信号输入端接收的信号经过延时电路延时后由延时信号输 出端输出,当使能输入端和延时信号输出端的信号同时有效时,翻转输出端的输出信号发 生翻转。
[0012] 根据本发明提供的单粒子瞬态脉冲宽度测量电路,通过增加延时比较电路的数 目,可增加比较结果的位数,扩大测量范围;通过增大或减小各级延时比较电路中反相器的 数目及反相器的尺寸等,能够调节每级比较的测量精度,更好的适应所测单粒子瞬态脉冲 的特点,可测脉冲宽度范围大,测量精度高。
【附图说明】
[0013] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它 特征、目的和优点将会变得更明显:
[0014] 图1为本发明的一个实施例提供的单粒子瞬态脉冲宽度测量电路结构示意图;
[0015] 图2为本发明的一个实施例提供的控制信号产生电路的结构示意图;
[0016] 图3为本发明的一个实施例提供的带与门功能的三输入RS锁存器的结构示意 图;
[0017] 图4为本发明的一个实施例提供的控制信号产生电路的工作波形示意图;
[0018] 图5为本发明的一个实施例提供的延时比较电路的结构示意图;
[0019] 图6为本发明的一个实施例提供的延时比较电路的工作波形示意图;
[0020] 图7为本发明的一个实施例提供的单粒子瞬态脉冲宽度测量电路测量一个单粒 子瞬态脉冲的整体工作波形示意图。
[0021] 附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0022] 图1所示为本发明的一个实施例提供的单粒子瞬态脉冲宽度测量电路结构示意 图,包括控制信号产生电路101及至少一级延时比较电路102。所述控制信号产生电路101 具有单粒子脉冲接收端、脉冲开始信号输出端和脉冲结束信号输出端,当在单粒子脉冲接 收端接收到单粒子脉冲信号产生电路100发出的单粒子脉冲信号input时,脉冲开始信号 输出端输出的脉冲开始信号outl发生翻转,当该单粒子脉冲信号结束时,脉冲结束信号输 出端输出的脉冲结束信号end发生翻转。根据本发明的实施例,所述控制信号产生电路101 还具有复位信号输入端,复位信号输入端连接复位信号reset。
[0023] 图1中示出延时比较电路102有η级(例如,可以由4级电路构成)。下文中在测 量特定宽度范围的单粒子脉冲信号时,采用4级延时比较电路,当然根据测量需要,不限于 此。根据本发明的实施例,每级延时比较电路具有延时信号输入端、使能输入端、延时信号 输出端和翻转输出端,其中第一级延时比较电路的延时信号输入端连接控制信号产生电路 的脉冲开始信号输出端,从第二级延时比较电路开始,每级延时比较电路的延时信号输入 端连接上一级延时比较电路的延时信号输出端,脉冲结束信号输出端连接到所有延时比较 电路的使能输入端,延时信号输入端接收的信号经过延时电路延时后由延时信号输出端输 出,当使能输入端和延时信号输出端的信号同时有效时,翻转输出端的输出信号发生翻转。 根据本发明的实施例,所述延时比较电路102还具有复位信号输入端,复位信号输入端连 接复位信号reset。
[0024] 为了测量高电平单粒子瞬态脉冲宽度,本实施例中,设计了如图2所示的控制信 号产生电路,所述控制信号产生电路包括或非门基本RS锁存器201,反相器202和带与门功 能的三输入RS锁存器203。或非门基本RS锁存器的S输入端和反相器202的输入端接收 单粒子脉冲信号input,基本RS锁存器的Q输出端和反相器202的输出端分别连接到三输 入RS锁存器的SI,S2输入端(可互换),基本RS锁存器的Q输出端的输出即为脉冲开始 信号输出端,输出脉冲开始信号outl,三输入RS锁存器的Q非输出端的输出即为脉冲结束 信号输出端,输出脉冲结束信号end。
[0025] 所述带与门功能的三输入RS锁存器203的结构示意图如图3所示,该电路由CMOS 电路构成,其中R输入端的输入信号同Q非输出端的输出信号进行或非运算,结果为Q输出 端的输出信号;S1,S2输入端的输入信号进行与运算,再同Q输出端的输出信号进行或非运 算,结果为Q非输出端的输出信号。
[0026] 参考图2、图3和图4,观察上述控制信号产生电路101的工作波形。图4中从上 到下依次为脉冲结束信号end,脉冲开始信号outl,单粒子脉冲信号input,复位信号reset 的电压波形。在仿真时刻2ns时,reset信号为高电平,201和203复位,outl信号为低电 平,end信号为高电平。仿真时刻6ns时,reset信号恢复为低电平,测量开始。在15ns时, input信号变为高电平,201翻转,outl信号由低电平变为高电平,此时202输出低电平,203 不翻转,end信号保持高电平不变。在30ns时,input信号变为低电平,202输出变为高电 平,此时outl信号也为高电平,使得203置位,end信号由高电平变为低电平。即15ns时 input信号由低变高,使得outl信号由低电平变为高电平,30ns时input信号由高变低,使 得end信号由高电平变为低电平。
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