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] 本发明提供了 一种单粒子瞬态脉冲宽度测量电路，可以通过改变电路级数，改变 电路测量范围，可以通过改变双延迟比较电路中两个延迟电路的延迟之差，调节测量精度。
[0009] 根据本发明的一个实施例，单粒子瞬态脉冲宽度测量电路包括：
[0010] 控制信号产生电路，具有复位信号输入端，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。其中单粒子脉冲接收端连接待测010型单粒子脉冲信号。
[0011] 至少一级双延时比较电路，每级双延时比较电路具有复位输入端，第一延时输入 端、第二延时输入端、第一延时输出端、第二延时输出端和比较输出端。第一级双延时比较 电路的第一延时输入端连接控制信号产生电路的脉冲开始信号输出端，第二延时输入端连 接控制信号产生电路的脉冲信号结束输出端。从第二级双延时比较电路开始，每级双延时 比较电路的第一延时输入端连接上一级双延时比较电路的第一延时输出端，第二延时输入 端连接上一级双延时比较电路的第二延时输出端。
[0012] 控制信号产生电路和各级双延时比较电路的复位输入端均连接复位信号，控制信 号产生电路的脉冲开始信号输出端OUtl同各级双延时比较电路的比较输出端out2/···/ 〇ut3共同构成单粒子脉冲宽度测量电路的输出信号。实际测量中可根据outl，一，outn的 输出电平反推出待测单粒子信号脉冲宽度。
[0013] 采用本发明实现的单粒子脉冲宽度测量电路，其测量原理如下：
[0014] 通过控制信号产生电路产生脉冲开始信号outl，脉冲结束信号end。在测量开始 时，复位信号reset为高电平，使得outl为低电平，end为高电平，out2，…，outn为低电 平；当待测单粒子脉冲信号input由低电平变为高电平时，将使得outl信号由低电平变为 高电平，end信号保持高电平不变。而后当input由高电平变为低电平时，outl信号高电平 保持不变，而end信号由高电平变为低电平；由此可知end信号由高电平变为低电平的时刻 比outl信号由低电平变为高电平的时刻晚，该时间差（即end信号同outl信号均为高电 平的时间）约等于input脉冲宽度。而各级双延迟比较电路中，通过延迟电路1对outl信 号逐级延迟，通过延迟电路2对end信号逐级延迟，由于电路设计过程中，要求当输入信号 相同时，延迟电路1的延迟时间必须大于延迟电路2的延迟时间，因此每添加一级双延迟比 较电路，该级第一延迟输出端同第二延迟输出端均为高电平的时间比该级第一延迟输入端 同第二延迟输入端均为高电平的时间短，短的数值约等于tl-t2。
[0015] 由此可知，对于固定宽度的单粒子脉冲信号，经过若干级双延迟电路后，第一延迟 输出端同第二延迟输出端均为高电平的时间将为零，或虽为正值，但该值过小（同为高电 平的时间过短），以致不足以驱动三输入或非门RS锁存器翻转。综上可知，待测单粒子脉冲 信号脉冲宽度越宽，能够翻转的锁存器数目越多，即outl，…，outn中高电平的数目越多。 因此可根据outl，…，outn的输出情况反推出待测单粒子脉冲宽度。
[0016] 采用本方法其测试精度约等于延迟电路1同延迟电路2的延迟能力之差，即延迟 电路1的延迟时间减去延迟电路2的延迟时间。但从实际使用角度出发，为减小其他因素 的影响，提高测量精度，最好事先根据仿真情况或应用其它仪器的测试情况，列出outl，…， outn输出情况同输入脉冲宽度范围对应表格，在实际测量时，根据实际输出情况，找到该表 格中该种输出情况对应输入脉冲宽度范围，实现测量的目的。
【附图说明】
[0017] 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：
[0018] 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；
[0019] 图2为本发明的一个实施例提供的控制信号产生电路结构示意图；
[0020]图3为本发明的一个实施例提供的三输入或非门RS锁存器结构示意图；
[0021]图4为本发明的一个实施例提供的控制信号产生电路工作波形示意图；
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 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。
[0025] 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】
[0026] 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。图1中示出延时比较电路 102有η级（例如，可以由8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8级延时比较电路，当然根据测量需要，不限于此。
[0027] 采用本