一种星载单粒子锁定检测恢复电路的制作方法

本申请涉及电子电路设计领域，特别涉及一种星载单粒子锁定检测恢复电路。

背景技术：

由于空间环境的特殊性，卫星在轨运行过程中，星上的设备受到单粒子的影响，容易发生闩锁，当闩锁发生时，会在cmos集成电路的电源和地之间建立低阻抗通道而产生非常大的电流。如果不对电流进行限制，器件将会烧毁。

传统的抗单粒子锁定电路一般是采用电源端串联限流电阻的方式，当发生闩锁时，通过电阻的限流作用，控制进入集成电路的电流，保证器件不被烧毁，该方式原理简单，只适用于小电流器件，发生闩锁后不能自动恢复正常工作。

目前大规模、高功耗的集成电路已经在宇航中大规模使用，器件的接口电源和内核电源要求越来越高，电流越来越大，如果还是采用传统的限流方式，会导致电压压降比较大，从而有可能影响器件正常工作；此外，星载产品集成度越来越高，同一个产品具备多种工作模式，不同工作模式相应的二次电源电流变化很大，若仍采用传统的抗单粒子锁定电路，采用硬件方式设置限流的大小，不能满足不同模式下器件保护功能。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于解决大电流、不同器件、不同工作模式下星载产品的抗单粒子锁定问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种星载单粒子锁定检测恢复电路，包括电流检测放大电路、adc采集电路、mosfet开关电路和锁定判断处理电路，其中，所述电流检测放大电路检测若干路二次电源的电流，并将每路电流分别转换为微弱的电压值经放大后输出；所述adc采集电路采集所述电流检测放大电路输出的若干路模拟电压值，并将每路模拟电压值分别转换为相应的数字信号发送至所述锁定判断处理电路；所述锁定判断处理电路分别根据每路数字信号判断该电路是否单粒子锁定，并相应输出mosfet使能控制信号输出至所述mosfet开关电路；所述mosfet开关电路根据所述mosfet使能控制信号控制二次电源的通断，从而实现抗单粒子锁定功能。

较佳地，所述锁定判断处理电路对所述数字信号求平均值，将所述平均值与对应工作模式下的单粒子锁定电流阈值进行比较：如果所述平均值小于单粒子锁定电流阈值，则判断电路未发生单粒子锁定现象，所述锁定判断处理电路输出的mosfet使能控制信号为低电平；如果所述平均值大于单粒子锁定电流阈值，且持续时间超过电流阈值时间，则判断电路发生单粒子锁定现象，所述锁定判断处理电路输出的mosfet使能控制信号为高电平,以关断二次电源输出，并在一定时间后输出的mosfet使能控制信号为低电平，实现抗单粒子锁定恢复功能。

较佳地，所述电流检测放大电路包括精密取样电阻rc1*，分压电阻r1*、r2*、r3*、r4*，滤波电容c1、c2，保护电阻r10、r12，二极管v2及放大器a1，其中，所述精密取样电阻rc1*串联在二次电源输入端与mosfet开关电路之间，所述精密取样电阻rc1*将流经其的电流值转换为电压值；所述分压电阻r1*两端分别接精密取样电阻rc1*的4端与所述放大器a1的同相输入端；所述分压电阻r2*两端分别接所述放大器a1的同相输入端与gnd；所述分压电阻r3*两端分别接所述精密取样电阻rc1*的3端与放大器a1的反相输入端；所述分压电阻r4*两端分别所述接放大器a1的反相输入端与放大器a1的输出端；所述滤波电容c1两端分别接放大器a1的同相输入端与gnd；所述滤波电容c2两端分别接放大器a1的反相输入端与gnd；所述保护电阻r10两端分别接放大器a1的输出端与二极管v2的负端；所述保护电阻r12两端分别接二极管v2的负端与gnd；所述二极管v2的正端接gnd。

较佳地，所述放大器a1选用op400ay/qmlv。

较佳地，所述adc采集电路包括ad采集芯片d1，配置电阻r13、r14、r15、r16，滤波电容c100、c101、c102、c103，其中，所述电流检测放大电路输出的若干路电压分别连接至所述adc采集芯片d1的in0～in7端中的任意不同脚；所述adc采集芯片d1的使能信号1脚经所述电阻r14连接至所述锁定判断处理电路；所述adc采集芯片d1的控制信号14脚经所述电阻r16连接至所述锁定判断处理电路；所述adc采集芯片d1的时钟信号16脚经所述电阻r15连接至所述锁定判断处理电路；所述adc采集芯片d1的输出信号15脚连接至所述锁定判断处理电路；所述adc采集芯片d1的va端2脚连接至5v电压；所述滤波电容c102和c103的一端连接至adc采集芯片d1的2脚，另一端连接至地；所述adc采集芯片d1的vd端13脚经电阻r13连接至5v电压；所述滤波电容c100和c101的一端连接至adc采集芯片d1的13脚，另一端连接至地。

较佳地，adc采集芯片d1选用adc128s102wgrqv。

较佳地，所述锁定判断处理电路包括微处理器芯片d2，其中，所述adc采集芯片d1的使能信号1脚连接至所述微处理器芯片d2的输出端；所述adc采集芯片d1的控制信号14脚连接至所述微处理器芯片d2的输出端；所述adc采集芯片d1的时钟信号16脚连接至所述微处理器芯片d2的输出端；所述adc采集芯片d1的输出信号15脚连接至所述微处理器芯片d2的输入端；所述微处理器芯片d2的若干路mosfet使能控制信号标志输出至相应的单机遥测处理模块；所述微处理器芯片d2的若干路所述mosfet使能控制信号分别连接至所述mosfet开关电路。

较佳地，所述微处理器芯片d2选用具有抗单粒子能力和抗辐能力的fpga产品。

较佳地，所述mosfet开关电路包括限流电阻r20、保护电阻r21、r22，滤波电容c9、c10及mosfet管v1，其中，所述保护电阻r21两端分别连接至mosfet管v1的3脚和1脚；所述滤波电容c10两端分别连接至mosfet管v1的3脚和2脚；所述保护电阻r20两端分别连接至mosfet管v1的2脚和微处理器芯片d2的mosfet使能控制信号输出端；所述滤波电容c9两端分别连接至mosfet管v1的2脚和gnd；所述保护电阻r22两端分别连接至mosfet管v1的2脚和gnd；所述电流检测放大电路1输出的二次电源连接至所述mosfet管v1的3脚，经所述mosfet管v1后由其1脚输出。

较佳地，所述mosfet管v1为irl5nj7404p沟道mosfet管。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

1、本发明实施例星载单粒子锁定检测恢复电路可实现不同模式下不同器件星载电路的单粒子锁定检测恢复功能。

2、本发明实施例的电流检测放大电路通过检测精密取样电阻两端的电压，将微弱的电压信号转换为适合adc采集的电压信号，具有高精度、高增益、健壮、小尺寸和低成本特点。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1为本发明实施例星载单粒子锁定检测恢复电路结构框图；

图2为本发明实施例电流检测放大电路电路图；

图3为本发明实施例adc采集电路电路图；

图4为本发明实施例锁定判断处理电路电路图；

图5为本发明实施例mosfet开关电路电路图；

图6为本发明实施例星载单粒子锁定检测恢复电路电路图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明提供的一种星载单粒子锁定检测恢复电路进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

本发明实施例星载单粒子锁定检测恢复电路根据实际每档电源在不同的工作状态下使用电流情况灵活设置不同的抗单粒子锁定的阈值，有效解决大电流、不同器件、不同工作状态下抗单粒子锁定的难题，实现不同电源的单粒子锁定检测与恢复功能，电路可靠，扩展性强。

请参考图1和图6，本发明实施例星载单粒子锁定检测恢复电路包括电流检测放大电路1、adc采集电路2、锁定判断处理电路3和mosfet开关电路4，其中，

所述电流检测放大电路1检测若干路二次电源的电流，并将每路电流分别转换为微弱的电压值经放大后输出；

所述adc采集电路2采集所述电流检测放大电路输出的若干路模拟电压值，并将每路模拟电压值分别转换为相应的数字信号发送至所述锁定判断处理电路；

所述锁定判断处理电路3分别根据每路数字信号判断该路电路是否单粒子锁定，并相应输出mosfet使能控制信号输出至所述mosfet开关电路；

具体地，锁定判断处理电路3可实现对多路输入二次电源抗单粒子锁定功能的控制；锁定判断处理电路控制adc采集电路分别采集不同路二次电源的电流值，并对送来的数字信号进行数字滤波处理，剔除异常值后对数据求平均值，并将该平均值作为最终的采样值；然后，将最终的采样值与对应工作模式的单粒子锁定电流阈值进行比较，如果采样值小于相应单粒子锁定电流阈值，则判断电路未发生单粒子锁定现象，锁定判断处理电路一直输出低电平，二次电源向目标负载供电，同时输出未发生单粒子锁定遥测信号；如果采样值大于相应单粒子锁定电流阈值，且持续时间超过电流阈值时间，则判断电路发生单粒子锁定现象，所述锁定判断处理电路输出高电平，以阻断二次电源向目标负载供电，实现抗单粒子锁定功能，同时输出发生单粒子锁定遥测信号；锁定判断处理电路在一定时间后自动输出低电平，恢复二次电源向目标负载供电，实现抗单粒子恢复功能。

所述mosfet开关电路4根据所述mosfet使能控制信号控制二次电源的通断，从而实现抗单粒子锁定功能。

作为一种可行实施例，请参考图2，电流检测放大电路1包括精密取样电阻rc1*，分压电阻r1*、r2*、r3*、r4*，滤波电容c1、c2，保护电阻r10、r12，二极管v2及放大器a1，其中，

精密取样电阻rc1*串联在二次电源输入端与mosfet开关电路4之间，精密取样电阻rc1*将流经其的电流值转换为电压值,分压电阻r1*两端分别接精密取样电阻rc1*的4端与放大器a1的同相输入端，分压电阻r2*两端分别接放大器a1的同相输入端与gnd，分压电阻r3*两端分别接精密取样电阻rc1*的3端与放大器a1的反相输入端，分压电阻r4*两端分别接放大器a1的反相输入端与放大器a1的输出端；滤波电容c1两端分别接放大器a1的同相输入端与gnd，滤波电容c2两端分别接放大器a1的反相输入端与gnd，保护电阻r10两端分别接放大器a1的输出端与二极管v2的负端，保护电阻r12两端分别接二极管v2的负端与gnd，二极管v2的正端接gnd。

也即，放大器a1采用的同相比例放大电路模式，由分压电阻网络和运算放大器组成，可使整个电流检测放大电路的增益灵活可变，均衡两级放大器的增益。其中，放大器的同相输入端接分压电阻r1*与r2*，反相输入端接分压电阻r3*与r4*，分压电阻r2*与r4*另一端分别接地，放大器a1的反相输入端经电阻r4*连接至放大器的输出端，放大器a1的同相输入端经电阻r2*接地，放大器a1的输出端经保护电阻r10连接至adc采集电路2。保护电阻r12和二极管一端接r10输出，另一端接地。

本实施例中，放大器的放大倍数根据r12端电压值来设置，保证r12端电压值不大于3.5v。

具体地，分压电阻r1*、r2*的阻值根据放大器a1的放大倍数确定；分压电阻r1*与r3*的阻值相同，分压电阻r2*与r4*的阻值相同；放大器a1的放大倍数n等于分压电阻r4*的阻值除以分压电阻r3*的阻值；放大器a1的放大倍数n的调整应当在电路正常工作时，保证放大器a1输出端保护电阻r12端电压处于3.5v以下；

其中，反相放大的放大倍数n为：

n＝r4/r3，r3和r4分别分压电阻r3*、r4*的阻值；

r12端电压vanalog为：

vanalog＝n·urc

＝n·rc·i

＝i·rc·r4/r3

n为放大器a1的放大倍数，rc为精密取样电阻rc*的阻值，i为二次电源的稳态电流值。

本实施例中，精密取样电阻rc1*选用vishay公司wfm系列电流感应电阻，该系列电阻具有低阻值、低电感、高频特性好、低温度漂移等特点，适合各种开关电源、线性电源等场合的电流感应。

本实施例中，精密取样电阻rc1*的阻值根据各路二次电源稳态电流的大小来确定。例如，当负载稳态电流为1a时，可以选用csm3637系列电阻阻值小于50mω规格产品，此时电源电压压降不超过0.05v，不会对后级负载带来太大影响；当负载稳态电流超过3a时，可以选用csm3637系列电阻阻值小于10mω规格产品，此时电源电压压降不超过0.03v，不会对后级负载带来太大影响。

本实施例中，放大器a1选用op400ay/qmlv，该芯片为v级，满足星载使用要求，op400ay/qmlv具有低失调电压、低输入失调电流、低电压噪声谱密度、高开环增益和高共模抑制比等特点，非常适合小信号放大。

作为一种可行实施例，请参考图3，adc采集电路2包括ad采集芯片d1，配置电阻r13、r14、r15、r16，滤波电容c100、c101、c102、c103，其中，电流检测放大电路输出的若干路电压分别连接至adc采集芯片d1的in0～in7端中的任意不同脚，如图3所示，电流检测放大电路输出的电压分别连接至adc采集芯片d1的in0～in3端，adc采集芯片d1的使能信号1脚经电阻r14连接至锁定判断处理电路3，adc采集芯片d1的控制信号14脚经电阻r16连接至锁定判断处理电路3，adc采集芯片d1的时钟信号16脚经电阻r15连接至锁定判断处理电路3，adc采集芯片d1的输出信号15脚连接至锁定判断处理电路3，adc采集芯片d1的va端2脚连接至5v电压，滤波电容c102、c103一端连接至adc采集芯片d1的2脚，另一端连接至地，adc采集芯片d1的vd端13脚经电阻r13连接至5v电压；滤波电容c100、c101一端连接至adc采集芯片d1的13脚，另一端连接至地。

本实施例中，adc采集芯片d1选用adc128s102wgrqv，该芯片为v级，满足星载使用的条件，adc128s102qml具有输入电压范围宽、线性误差不超过±1.5lsb、不失码精度为12位、8路模数转换器；adc128s102qml模拟量输入前有电压跟随器，用来匹配模数转换器几kω级的输入阻抗，满足采样精度的要求。

作为一种可行实施例，锁定判断处理电路3具有对采样数据进行数字滤波处理、可配置/注数功能和对mosfet开关电路进行控制等功能，其中，所述的数字滤波功能，对采样的数据剔除异常值(最大值和最小值)后求平均，作为最终的采样值；所述的可配置/注数功能，是指锁定电流阈值、超过电流阈值时间、mosfet开关电自动打开时间等可通过遥控命令进行配置或切换；所述对mosfet开关电路进行控制，通过mosfet使能控制信号发送高电平关闭mosfet管、发送低电平打开mosfet管，请参考图4，锁定判断处理电路包括微处理器芯片d2，其中，

adc采集芯片d1的使能信号1脚连接至微处理器芯片d2的输出端；

adc采集芯片d1的控制信号14脚连接至微处理器芯片d2的输出端；

adc采集芯片d1的时钟信号16脚连接至微处理器芯片d2的输出端；

adc采集芯片d1的输出信号15脚连接至述微处理器芯片d2的输入端；

微处理器芯片d2的4路二次电源mosfet控制信号(二次电源1锁定标志、二次电源2锁定标志、二次电源3锁定标志和二次电源4锁定标志)输出至相应的单机遥测处理模块；

微处理器芯片d2的4路mosfet使能控制信号(pmosgate1、pmosgate2、pmosgate3和pmosgate4)分别连接4路带使能端的mosfet开关电路的电阻r20的一端。

微处理器芯片选用具有抗单粒子能力和抗辐能力的fpga产品，比如actel公司的反熔丝芯片等。

微处理器芯片d2输出使能信号、控制信号、时钟信号至adc采集芯片d1，按照0.5s的频率控制adc采集芯片d1输出数字量遥测；微处理器芯片d2控制mosfet开关电路输出mosfet控制信号；微处理器芯片d2根据电路是否单粒子锁定，输出电路是否锁定标志。

微处理器芯片d2将采集到的数字量遥测值与对应工作模式下的单粒子锁定电流阈值进行比较，如果采集到的数字量遥测值大于单粒子锁定电流阈值，且持续时间超过电流阈值时间，则判断电路发生单粒子锁定现象，锁定判断处理电路4输出高电平以关闭mosfet管v1，同时输出发生单粒子锁定遥测信号；如果采集到的数字量遥测值小于单粒子锁定电流阈值，则判断电路未发生单粒子锁定现象，锁定判断处理电路4一直输出低电平以打开mosfet管v1，同时输出未发生单粒子锁定遥测信号。

本实施例中，产品的工作模式、单粒子锁定电流阈值和超过电流阈值时间可以根据产品的实际使用情况进行配置或注数，其中，单粒子锁定电流阈值可根据二次电源稳态电流值的大小进行设置，建议阈值设置为稳态电流值的1.2～1.4倍。

作为一种可行实施例，请参考图5，mosfet开关电路4包括限流电阻r20、保护电阻r21、r22，滤波电容c9、c10及p沟道mosfet管v1，其中，

mosfet管v1的1脚和3脚分别连接至cmos器件的电源输入端和精密取样电阻rc1*的1端；

保护电阻r21两端分别连接至mosfet管v1的3脚和1脚；

滤波电容c10两端分别连接至mosfet管v1的3脚和2脚；

保护电阻r20两端分别连接至mosfet管v1的2脚和微处理器芯片的mosfet使能控制信号输出端；

滤波电容c9两端分别连接至mosfet管v1的2脚和gnd；

保护电阻r22两端分别连接至mosfet管v1的2脚和gnd；

从电流检测放大电路1输出的二次电源连接至mosfet管v1的3脚，经mosfet管v1后由其1脚输出至后端各级电路。

mosfet控制信号经电阻r20连接至mosfet管v1的2脚，mosfet控制信号为ttl信号，电平为5v，当mosfet控制信号为低电平(0v)时，mosfet管v1打开，mosfet管v1的1脚输出二次电源；当mosfet控制信号为高电平(5v)，mosfet管v1关闭，mosfet管v1的1脚无二次电源输出。

本实施例中，mosfet管v1为irl5nj7404，为低导通电阻、通过电流能力大、控制电压较小的高可靠p沟道mosfet。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。