一种cmos电路空间应用单粒子防护电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种单粒子防护电路。
【背景技术】
[0002] 单粒子效应是单个高能质子或重离子入射到电子器件上所引发的福射效应，根据 效应机理的不同，可分为单粒子翻转、单粒子锁定、单粒子烧毁等多种类型。目前，FPGA、DSP 等数字信号处理器件，大多数采用的生产工艺均为CMOS工艺。对于CMOS器件，由于其制造工 艺自身不可避免的特点，其极易受到单粒子锁定。
[0003] 单粒子锁定(SE；L，Single Event Latchup)指高能带电粒子穿过CMOS电路的PN/PN 结构时，电离作用会使CMOS电路中的可控娃结构被触发导通，由此在电源与地之间形成低 电阻大电流通路的现象。
[0004] 在空间应用中，CMOS器件单粒子锁定，可能会对卫星造成=方面的危害:一是发生 S化的器件及仪器可能被沈L产生的大电流烧毁，二是该器件所使用的星上二次电源可能被 由于单粒子锁定而骤增的负载电流所损坏，=是当该器件所用二次电源受SKJ多响导致输 出电压变化后，使用相同二次电源的其它仪器的工作可能将受到影响。
[000引为避免CMOS器件在空间环境应用中，由于受到单粒子锁定而造成系统无法工作， 目前，大多数系统主要采用两种方案，第一种方案是选用高等级器件，第二种方案是使用两 套甚至多套相同的电路来分别实现系统功能。第一种方案选用抗单粒子的高等级器件成本 太高，不利于成本节约且对于进口的高等级器件，存在禁运的风险;第二种方案W-套电路 作为主份，其余电路作为备份，W降低系统在空间环境下的失效率。但当通过系统输出异常 判断出CMOS电路由于受到单粒子锁定而工作异常，进行主备份切换时，CMOS器件可能已经 由于长时间受到单粒子锁定而使电路出现不可自我修复的损伤。因此，需要设计一套可W 对CMOS电路进行自我监测、自我控制的电路来防止由于单粒子锁定而造成的CMOS电路的损 毁。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种单粒子防护电 路，通过电路的自我监测和自我控制来缩短判断CMOS电路受到单粒子锁定的时间，进而降 低CMOS电路因受单粒子锁定而烧毁的概率，W提高CMOS电路的抗单粒子能力。
[0007] 本实用新型所采用的技术方案是：
[0008] -种CMOS电路空间应用单粒子防护电路，包括电流采样电路、电压处理及监控电 路、电源转换电路和被控电路；
[0009] 电源转换电路的电压输出端与被控电路的电压输入端相连，为被控电路提供工作 电压，电流采样电路包括采样电阻R采，采样电阻R采连接在电源转换电路与被控电路之间，采 集被控电路工作时所需的电流II，并将电流Il转换为采样电压信号Vi;电流采样电路的采 样电压信号输出端与电压处理及监控电路的输入端相连;电压处理及监控电路的控制信号 输出端与电源转换电路的复位信号输入端相连；电压处理及监控电路将采样电压信号Vi同 参考电压V参进行对比，产生控制信号V扭，并提供给电源转换电路控制电源转换电路有无输 出，V扭均为电平信号，V参为被控电路正常工作时，电流采样电路的输出。
[0010] 所述电压处理及监控电路的控制信号输出端与电源转换电路的复位信号输入端 之间还连接有控制信号展宽电路，控制信号展宽电路对控制信号V扭进行展宽，得到控制信 号V控，并提供给电源转换电路。
[0011] 所述电流采样电路包括运算放大器，运算放大器的负向输入端与采样电阻喊的一 端相连，采样电阻喊另一端接地，正向输入端与电阻Rl和R2的公共端相连，Rl另一端接地， R2另一端接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端为采样电压信号Vi的输出端。
[0012] 所述电压处理及监控电路包括比较器，比较器的一端输入采样电压信号VI，另一 端与电阻R3和R4的公共端相连，R4另一端接地，R3另一端接直流电源，比较器的输出端为控 制信号V扭输出端。
[0013] 本实用新型与现有技术相比的优点在于：
[0014] 1)本实用新型采集被控电路工作时的电流，并转化为电压信号，通过电压处理及 监控电路进行判断被控电路是否正常工作，来控制电源转换电路对被控电路的供电。通过 运种方式进行自我监测和控制，可W缩短CMOS器件受单粒子影响的时间，W降低CMOS器件 因单粒子影响而烧毁的概率。
[0015] 2)基于本实用新型的单粒子防护技术，可W降低CMOS器件在空间应用中的失效 率，可W降低空间应用中的器件选择难度。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型的结构框图；
[0017] 图2为本实用新型中电源转换电路与被控电路连接原理示意图；
[0018] 图3为本实用新型电流采样电路原理示意图；
[0019] 图4为本实用新型电压处理及监控电路原理示意图。
【具体实施方式】
[0020] 如图1所示，本实用新型提出一种CMOS电路空间应用单粒子防护电路，包括电流采 样电路1、电压处理及监控电路2、电源转换电路3和被控电路4。
[0021] 如图2所示，电流采样电路1将被控电路4工作时所需的电流Ii通过采样电阻进行 采集并转换为电压信号VI，并将该电压信号Vi输出给电压处理及监控电路2。如图3所示，电 流采样电路1包括运算放大器，运算放大器的负向输入端输入Vo,正向输入端与电阻Rl和R2 的公共端相连，Rl另一端接地，R2另一端接运算放大器的输出端。Vo = R采X I工，
Vo，R采为电流采样电阻。
[0022] 电压处理及监控电路2将电压信号Vi同参考电压V参进行对比，产生控制信号并提 供给电源转换电路3。
[0023] 通过前期测试将被控电路4正常工作时所需的电流进行监测，作为参考电压的设 定依据，V参为被控电路4正常工作时，电流采样电路I的输出。
I参为被控电路4正常工作时，采样电阻采集的电流。
[0024] 如图4所示，电压处理及监控电路2包括比较器，比较器的正向输入端输入Vi,负向 输入端与电阻R3和R4的公共端相连，R4另一端接地，R3另一端接5V直流电源，负向输入端的 电压值与V参相等：
[0025] 电压处理及监控电路2中，工作需用的供电电源为直接从电源模块输出的电压，该 电路中所使用的元器件为抗福照元器件。
[0026] 目前，随着数据处理速度的提高，绝大多数信号处理器件的工作电压为3.3V甚至 更低的工作电压，而电源模块的输出电压一般为5V。因此，在大多数被控电路中，均有电源 转换电路。电源转换电路3接通过电流采样电路1向被控电路4输出电压，并收控制信号控制 其是否处于有输出状态。电源转换电路3的输出电压为V〇ut = V〇+V被，W保证被控电路4正常 工作，V被为被控电路4的工作电压。
[0027] 当被控电路4的工作电压为3.3V(Vcmt与GNDl之间的压差)时，电源转换电路3输出 给被控电路4的电压(Vout与GND之间的压差)为：
[002引 V0ut = V0+3.3V。
[0029] 进而实现对被控电路4的工作状态进行控制。
[0030] 电流采样电路1通过采样电阻将被控电路4的工作电流进行采集，在电压处理及监 控电路2中与参考电压进行对比，来判断电路工作是否正常。
[0031 ]电源转换电路3中有复位电路，例如电源转换忍片TPS70302,其第7引脚（M)可 W控制其输出状态，需有通过输入控制电压的高低可W对电源转换电路进行复位的功能。
[0032] 电压处理及监控电路2将Vi与V参进行对比，并产生控制信号V扭，
[0033] 当Vi < V参时，表明被控电路4正常工作，V扭为低电平；
[0034] 当Vi>V参时，表明被控电路4工作异常，V扭为高电平；
[0035] 电压处理及监控电路2将对比后的信息，W电压形式V扭传送给控制信号展宽电路 5,控制信号展宽电路5将V扭展宽，产生V控输出给电源转换电路3来控制电源转换电路3是否 正常工作：
[0036] 当为高电平时：电源转换电路3为复位状态，无输出；
[0037] 当为低电平时：电源转换电路3为工作状态，有输出。
[0038] 进而实现对被控电路4的工作状态进行控制。
[0039] 本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
【主权项】
1. 一种CMOS电路空间应用单粒子防护电路，其特征在于，包括电流采样电路（1)、电压 处理及监控电路(2)、电源转换电路(3)和被控电路(4); 电源转换电路(3)的电压输出端与被控电路(4)的电压输入端相连，为被控电路(4)提 供工作电压，电流采样电路（1)包括采样电阻R采，采样电阻R采连接在电源转换电路(3)与被 控电路(4)之间，采集被控电路(4)工作时所需的电流I工，并将电流I工转换为采样电压信号 V1;电流采样电路（1)的采样电压信号输出端与电压处理及监控电路(2)的输入端相连；电 压处理及监控电路(2)的控制信号输出端与电源转换电路(3)的复位信号输入端相连;电压 处理及监控电路(2)将采样电压信号％同参考电压V参进行对比，产生控制信号并提供给 电源转换电路(3)控制电源转换电路(3)有无输出，Vga均为电平信号，V参为被控电路(4)正 常工作时，电流采样电路(1)的输出。2. -种如权利要求1所述的CMOS电路空间应用单粒子防护电路，其特征在于，所述电压 处理及监控电路(2)的控制信号输出端与电源转换电路(3)的复位信号输入端之间还连接 有控制信号展宽电路（5)，控制信号展宽电路（5)对控制信号Vga进行展宽，得到控制信号 Vfi2，并提供给电源转换电路(3)。3. -种如权利要求1或2所述的CMOS电路空间应用单粒子防护电路，其特征在于，所述 电流采样电路(1)包括运算放大器，运算放大器的负向输入端与采样电阻R采的一端相连，采 样电阻R采另一端接地，正向输入端与电阻R1和R2的公共端相连，R1另一端接地，R2另一端接 运算放大器的输出端，运算放大器的输出端为米样电压信号Vi的输出端。4. 一种如权利要求1或2所述的CMOS电路空间应用单粒子防护电路，其特征在于，所述 电压处理及监控电路(2)包括比较器，比较器的一端输入采样电压信号Vi，另一端与电阻R3 和R4的公共端相连，R4另一端接地，R3另一端接直流电源，比较器的输出端为控制信号Vga 输出端。
【专利摘要】一种CMOS电路空间应用单粒子防护电路，包括电流采样电路(1)、电压处理及监控电路(2)、电源转换电路(3)和被控电路(4)；电源转换电路(3)的电压输出端与被控电路(4)的电压输入端相连，为被控电路(4)提供工作电压，电流采样电路(1)中的采样电阻R采连接在电源转换电路(3)与被控电路(4)之间，采集被控电路(4)工作时所需的电流I工并转换为采样电压信号V1；电流采样电路(1)的采样电压信号输出端与电压处理及监控电路(2)的输入端相连；电压处理及监控电路(2)的控制信号输出端与电源转换电路(3)的复位信号输入端相连。本实用新型可以缩短CMOS器件受单粒子影响的时间，以降低CMOS器件因单粒子影响而烧毁的概率。
【IPC分类】H02H7/20
【公开号】CN205283105
【申请号】CN201521088060
【发明人】程长征, 张俊杰, 刘建安, 刘绍辉
【申请人】北京航天时代光电科技有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月23日