星载抗干扰PMOS阈值电压信号读出电路和方法与流程

本发明涉及星载电离辐射总剂量效应测量，尤其涉及星载抗干扰pmos阈值电压信号读出电路和方法。

背景技术：

1、随着商业航天等成本敏感型航天任务的增加，商业现货(cots)器件被越来越多的应用于宇航活动。在卫星等航天器中，使用商业现货器件最需要解决的是空间环境适应设计与验证问题，具体来说主要是商业现货器件对空间热环境、空间辐射环境和效应的耐受能力评价、防护设计和验证问题。卫星轨道处于空间辐射环境中，不可避免地遭遇高能粒子(主要是高能质子及重离子)的辐射，会对商业现货器件产生电离辐射总剂量效应(tid)。这种效应是由于空间高能粒子产生的电离辐射剂量决定的，可能引起商业现货器件的故障和失效。开展电离辐射总剂量效应探测，获得典型轨道的总剂量效应数据，可为商业航天选用商业现货器件的指标制定以及器件辐射防护设计提供支撑。

2、测量电离辐射总剂量效应最为直接有效的手段是在卫星上搭载总剂量传感器设备。目前，总剂量传感器基于对辐射敏感的pmos型场效应晶体管的阈值电压进行测量实现。读出电路普遍采用直接测量pmos晶体管源级和漏极之间电压差的方式，获得pmos的阈值电压。然而，pmos型晶体管的阈值电压相对于总剂量变化的灵敏度不高。在使用这种读出电路进行辐射总剂量测量时，外界电磁干扰和读出电路温漂误差与pmos阈值电压的变化量接近，因而可显著影响阈值电压测量的准确性，成为提高总剂量测量精度的主要限制因素。因此，为提高星载电离辐射总剂量效应测量的精度，现有pmos阈值电压信号读出电路还存在诸多局限，需要设计一种新的抗干扰能力强、温漂误差小的pmos阈值电压信号读出电路和方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的星载抗干扰pmos阈值电压信号读出电路和方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、星载抗干扰pmos阈值电压信号读出电路，读出电路包括电压跟随器一、电压跟随器二、电压跟随器三、多路开关、信号处理电子学、模数转换器和控制器；

4、所述电压跟随器一、电压跟随器二和电压跟随器三的输入端口分别是读出电路的输入端口v1、v2和sgnd；

5、所述多路开关至少有三个输入端口x1、x2和x3和一个输出端口y1；

6、所述多路开关的输出端口y1与信号处理电子学的输入端口相连；

7、所述信号处理电子学的输出端口连接模数转换器的输入端口。

8、优选地，所述电压跟随器一、电压跟随器二和电压跟随器三的输出端口分别与多路开关的输入端口x1、x2和x3相连，所述电压跟随器一、电压跟随器二和电压跟随器三用运算放大器a1制作。

9、优选地，所述多路开关可在控制器的控制下将输入端口x1、x2和x3中的任意一个与输出端口y1电连接。

10、优选地，所述模数转换器在控制器的控制下，将信号处理电子学输出的模拟电压信号转换为数字信号，数字信号被送入控制器。

11、优选地，所述读出电路输入端v1连接测温二极管d的正极，输入端v2连接测温二极管d的负极，输入端sgnd连接pmos管q的漏极，测温二极管d和pmos管q两者串联，测温二极管d的负极与pmos管q的源极连接，pmos管q的漏极与参考地连接。

12、优选地，所述信号处理电子学包括电阻器r1、电阻器r2、电阻器r3、电阻器r4、运算放大器a2、运算放大器a3、电容器c1和电容器c2，所述运算放大器a2、电阻器r1和电阻器r2组成同相比例放大电路，所述运算放大器a3、电阻器r3、电阻器r4、电容器c1和电容器c2组成低通滤波电路。

13、优选地，星载抗干扰pmos阈值电压信号读出电路的方法，包括以下步骤：

14、s1、测量测温二极管d的正极电压v1a；控制器控制多路开关使输入端口x1和输出端口y1连接，等待△t时间之后，控制器控制模数转换器采样量化得到测温二极管d的正极电压v1a；

15、s2、测量pmos管q的源极电压v2a；控制器控制多路开关使输入端口x2和输出端口y1连接，等待△t时间之后，控制器控制模数转换器采样量化得到pmos管q的源极电压v2a；

16、s3、测量参考地电压vsgnd；控制器控制多路开关使输入端口x3和输出端口y1连接，等待△t时间之后，控制器控制模数转换器采样量化得到参考地电压vsgnd；

17、s4、再次测量pmos管q的源极电压v2b；控制器控制多路开关使输入端口x2和输出端口y1连接，等待△t时间之后，控制器控制模数转换器采样量化得到pmos管q的源极电压v2b；

18、s5、再次测量测温二极管d的正极电压v1b；控制器控制多路开关使输入端口x1和输出端口y1连接，等待△t时间之后，控制器控制模数转换器采样量化得到测温二极管d的正极电压v1b；

19、s6、计算正向压降vd和阈值电压vr；

20、

21、

22、在控制器中，根据以上公式计算获得测温二极管d正向压降vd和pmos管q阈值电压vr。

23、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

24、1、本技术提出一种新的抗干扰能力强、温漂误差小的星载pmos阈值电压信号读出电路，以及使用这种电路实现pmos阈值电压测量的方法，可为卫星等航天器的电离辐射总剂量效应的精确探测提供基础。该读出电路和方法，采用一种“伪差分”的方式测量pmos阈值电压，能够有效抑制pmos两端电压信号中的干扰；全部被测信号分时使用同一电路进行处理，减少了信号处理电路温漂引入的误差；并且，信号处理电路通道减少，有利于减小电子学的体积和重量。

25、2、本技术提出的读出电路和方法抗干扰能力更强，现有pmos阈值电压信号读出电路和方法，普遍是直接测量pmos晶体管源级和漏极之间电压差的方式。其中，阈值电压在pmos管位置即被处理为单端信号，容易被外界环境干扰影响。本技术中对pmos管的源级电压、漏极电压以及参考地电压等均进行采样量化。然后，通过在数字电路中计算源级与漏极之间的电压差，获得pmos阈值电压，形成一种“伪差分”的测量方式。这种情况下，由于外界干扰同时作用在源级和漏极的电压信号，经采样量化后，在数字电路中两者相减时可以消除信号中存在的共模干扰，从而提高阈值测量的抗干扰能力。

26、3、本技术提出的读出电路和方法温漂误差更小，现有读出电路和方法，阈值电压在信号处理电子学中以单端信号传输。电子学的温漂等误差混入被测阈值电压信号，使信号测量精度下降。本技术采用分时的方式，使用同一个电子学通道处理pmos管的源级电压、漏极电压以及参考地电压等。该电子学通道的温漂误差将以相似的幅度叠加在上述信号中。由于“伪差分”测量方式，pmos阈值电压是在数字电路中计算源级与漏极间的电压差获得，叠加在源级、漏极电压信号中的电子学温漂误差可以被近似消除，从而降低了电子学的温漂误差。

27、4、本技术硬件实现简洁，减小电子学的体积和重量，pmos管的源级电压、漏极电压以及参考地电压等信号分时使用同一个电子学通道进行处理，减少了信号处理电子学通道数量，可以节省体积和重量。