專利名稱：星用輻射效應(yīng)探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要用于檢測粒子輻射對CMOS集成電路的影響，是外掛于星上數(shù)采系統(tǒng)上的一種探測器。
隨著航天技術(shù)的發(fā)展，MOS微電子器件和電路在星用計算機、測控等電子系統(tǒng)中的應(yīng)用愈加廣泛。但眾所周知的空間輻射環(huán)境影響卻一直是威脅MOS結(jié)構(gòu)電學特性的重要原因。最典型的是，電離輻射會引起MOS電路閥電壓的漂移，導致漏電流增加，電路功耗增大，嚴重的會引起電路邏輯錯誤和功能喪失。因此，為配合地面的MOS電路抗輻射加固技術(shù)的研究，開展空間實地的輻射效應(yīng)探測，對于掌握國產(chǎn)加固與非加固工藝制造的MOS電路在空間的實際抗輻射效果，比較地面模擬與空間輻射環(huán)境之間的差異有著十分重要的作用和意義。
本發(fā)明目的在于，研制了用于檢測CMOS 4007雙互補對加反相器N溝管閥電壓的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，該探測器是由測量控制電路、恒流源電路、電壓輸出接口電路和被測CMOS 4007組成；該探測器安裝在衛(wèi)星上使用，以達到考核空間輻射環(huán)境實際影響的目的。該探測器從電路設(shè)計、元器件選定型和外型設(shè)計均嚴格按照航天產(chǎn)品的規(guī)范實施，達到了低功耗、高可靠、重量輕、功能強的目標。
本發(fā)明所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器是一種與星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配套使用，用于檢測電離輻射對CMOS集成電路影響的探測器，能完成對兩片4007中6個N溝管閥電壓檢測；該機是由測量控制電路、恒流源電路、電壓輸出接口電路和被測CMOS4007組成；其中測量控制電路、恒流源電路和電壓輸出接口電路均與被測器件4007聯(lián)接；該機測量控制電路是由雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、步進計數(shù)譯碼器(2)、延時電路(3)、六路摸擬開關(guān)(4)、反相緩沖驅(qū)動器(5)和繼電器(6)組成；其中雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1)、步進計數(shù)/譯碼器(2)、延時電路(3)、六路摸擬電子開關(guān)(4)串接，與被測器件4007聯(lián)接；雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1)、反相/緩沖驅(qū)動器(5)、繼電器(6)串接與被測器件4007聯(lián)接。完成對外來測量啟動脈沖的整形、計數(shù)/譯碼、延時、控制電子開關(guān)和微型靈敏感繼電器對六個被測N溝MOS管腳狀態(tài)的切換；該機采用恒流注入法測量N溝MOS管的閾電壓，恒流由恒流源電路(7)提供，微型靈敏繼電器(6)控制恒流的通、斷；電壓輸出電路(8)由加法器、基準1403與箝位二極管組成；通過電壓輸出接口電路(8)將檢測的閾電壓模擬信號調(diào)整為0-5V的輸出范圍，實際閾電壓測量范圍為-2.50V至+2.50V；該機測量控制電路采用上電自動復位方式，由1/2雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、RC電路、雙反相緩沖器(5)構(gòu)成上電復位信號電路；該機測量控制電路采用了八位步進計數(shù)譯碼電路，每收到一個測量啟動脈沖，僅完成對一個N溝MOS管閾電壓的測量，當收到第6個測量啟動脈沖后，即完成了對6個N溝MOS管的依次檢測，當收到第7、8個測量啟動脈沖時，相應(yīng)的譯碼器輸出置空，該機輸出為無效狀態(tài)(輸出電壓為5.00V)；該機電路采用了防鎖定設(shè)計措施；對設(shè)備三路電源(+12V、-12V、+5V)的輸入端均采用了電阻限流；限流保護電路元件的功率和耐壓降額使用額度大于被保護電路的元器件；限流強度+12V端為40mA；-12V、+5V端為10mA；電壓輸出口上的運放使用正、負雙電源供電，并對輸出電平進行了箝位；電路所有懸浮輸入端口接地或接12V；在CMOS反相緩沖器驅(qū)動的繼電器線包兩端并聯(lián)保護二極管和串聯(lián)電阻，形成防反向脈沖的保護電路。
參見附1為本發(fā)明原理框2為本發(fā)明電路圖以下結(jié)合附圖
進一步描述并給出實施例本發(fā)明所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，當衛(wèi)星進入軌道飛行，星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)出一個啟動脈沖到探測器的輸入端，該啟動脈沖的幅度為5V，利用電平移位器將其幅度升為12V，然后，送入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器整形、調(diào)制為脈寬為2秒的控制脈沖信號，該信號一方面控制計數(shù)/譯碼器計數(shù)，并通過模擬電子開關(guān)將CC4007中六個被測N溝管中的一個管的柵極接地(非測試期間，N溝管的柵極接12V，使其處于導通狀態(tài))；另一方面，該信號通過反相緩沖器，提高其驅(qū)動能力用以控制繼電器，使恒流源與被測管的源極接通(通常管子的源極接地)，10μA電流注入被測管。從而，使該被測N溝管由輻照正偏置狀態(tài)進入到閾電壓測量狀態(tài)，此時，與恒流源相聯(lián)的源極電壓即為被測N溝管閾電壓的負值，將這個電壓送至電壓輸出接口電路主要由一運放構(gòu)成的加法器和箝位二極管組成)中運放的反相輸入端，在運放的正相端加2.50V基準電壓，在運放的輸出端得到一個比被測閾電壓高2.50V的輸出電壓。這是為滿足衛(wèi)星上數(shù)采系統(tǒng)中ADC0816對電壓采集范圍的要求，電壓輸出接口電路將輸出電壓限制在0至5.00V范圍內(nèi)，因而，閾電壓的實際測量范圍為-2.50V～+2.50V。在2秒脈寬的控制信號結(jié)束后，繼電器、電子開關(guān)恢復初始狀態(tài)，使被測N溝管由測量狀態(tài)返回輻照偏置狀態(tài)，等待下一次測量啟動脈沖。
步進計數(shù)/譯碼器將保證衛(wèi)星運行時，在一定時間內(nèi)，將所有的六個N溝管閾電壓依次測量一次，隨后，空采兩次(此時輸出電壓為5.00V)用以區(qū)別測量數(shù)據(jù)的順序。
本發(fā)明所研制的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器工作時有兩種狀態(tài)飛行輻照狀態(tài)和測量狀態(tài)；飛行輻照狀態(tài)即CC4007 N溝管柵極保持12V，P溝管保持截止；測量狀態(tài)CC4007 N溝管柵極從12V變?yōu)?V，其源極從接0V轉(zhuǎn)換為接入10μA恒流源，此時的柵源電壓即為閾電壓VTH，采用恒流注入法測量MOS管的閾電壓，被測樣品選用兩片CC4007雙互補對加反相器，其中一片為輻射加固器件，另一片為普通七專器件，被測器件暴露于星內(nèi)輻射環(huán)境中，測量分析這兩種器件N溝通管的閾電壓漂移，能夠了解空間環(huán)境中粒子實際狀況和CMOS集成電路抗輻射加固的實際效果。
權(quán)利要求
1.一種與星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配套使用，用于檢測電離輻射對CMOS集成電路影響的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，能完成對兩片4007中6個N溝管閾電壓檢測，其特征在于，該機是由測量控制電路、恒流源電路、電壓輸出接口電路和被測CMOS 4007組成，其中測量控制電路、恒流源電路和電壓輸出接口電路分別與被測器件4007聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，其特征在于，該機測量控制電路是由雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、步進計數(shù)譯碼器(2)、延時電路(3)、六路模擬開關(guān)(4)、反相緩沖驅(qū)動器(5)和繼電器(6)組成；其中雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、步進計數(shù)/譯碼器(2)、延時電路(3)、六路摸擬電子開關(guān)(4)串接與被測器件4007聯(lián)接；雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、反相/緩沖驅(qū)動器(5)、繼電器(6)串接與被測器件4007聯(lián)接；以完成對外來測量啟動脈沖的整形、計數(shù)/譯碼、延時、控制電子開關(guān)和微型靈敏感繼電器對六個被測NMOS管腳狀態(tài)的切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，其特征在于，該機采用恒流注入法測量N溝MOS管的閾電壓，恒流由恒流源電路(7)提供，微型靈敏繼電器(6)控制恒流的通、斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，其特征在于，電壓輸出電路(8)由加法器、基準1403與箝位二極管組成；通過電壓輸出接口電路(8)將檢測的閾電壓模擬信號調(diào)整為0-5V的輸出范圍，實際閾電壓測量范圍為-2.50V至+2.50V；
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，其特征在于，該機測量控制電路采用上電自動復位方式，由1/2雙單穩(wěn)觸發(fā)器(1)、RC電路、雙反相緩沖器(5)構(gòu)成上電復位信號電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器，其特征在于，該機測量控制電路采用了八位步進計數(shù)譯碼電路，每收到一個測量啟動脈沖，僅完成對一個N溝MOS管閾電壓的測量，當收到第6個測量啟動脈沖后，即完成了對6個NMOS管的依次檢測，當收到第7、8個測量啟動脈沖時，相應(yīng)的譯碼器輸出置空，該機輸出為無效狀態(tài)(輸出電壓為5.00V)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星用CMOS輻射效應(yīng)探器，其特征在于，該機電路采用了防鎖定設(shè)計措施，對設(shè)備三路電源(+12V、-12V、+5V)的輸入端均采用了電阻限流；限流保護電路元件的功率和耐壓降額使用額度大于被保護電路的元器件；限流強度；+12V端為40mA；-12V、+5V端為10mA；電壓輸出口上的運放使用正、負雙電源供電，并對輸出電平進行了箝位；電路所有懸浮輸入端口接地或接12V；在CMOS反相緩沖器驅(qū)動的繼電器線包兩端并聯(lián)保護二極管和串聯(lián)電阻，形成防反向脈沖的保護電路。
全文摘要
一種與星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配套使用,檢測粒子輻射對CMOS集成電路影響的星用CMOS輻射效應(yīng)探測器,能完成對電離輻射敏感的CC4007電路N溝管閾電壓值檢測。主要由測量控制電路、恒流源電路、電壓輸出接口電路和被測CMOS4007組成,采用星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)給出的一路測量啟動脈沖控制,按時序?qū)善?007中6個N溝管閾電壓依次測量,輸出模擬電壓信號送至星上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0816。該探測器具有功耗低、可靠性高的特點。
文檔編號H01L31/00GK1262443SQ9910202
公開日2000年8月9日 申請日期1999年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月2日
發(fā)明者范隆, 任迪遠, 嚴榮良 申請人:中國科學院新疆物理研究所