[发明专利]一种单粒子瞬态脉冲信号幅度测量电路

说明书

技术领域

本发明涉及空间辐射效应探测领域和高频电脉冲测量领域，具体的说，本发明涉及一种单粒子瞬态脉冲信号脉冲幅度测量电路。

背景技术

航天技术是衡量一个国家现代化水平和综合国力的重要标志，集成电路作为航天器的核心，其性能和功能己成为各种航天器性能的主要衡量指标之一。

单粒子效应，是指航天及地面等辐射环境中存在的高能粒子，在芯片内部敏感区域引发电离辐射所产生的辐射损伤效应。电离辐射在粒子运动轨迹上产生密集的电子/空穴对，当这些电子/空穴对被电路节点收集时，可能改变电路正常工作状态，导致数据错误，工作失常，芯片烧毁等严重后果。

随着集成电路特征尺寸的不断减小，运行速度的不断加快，工作电压的不断下降，电路对单粒子效应越来越敏感。单粒子效应已经成为严重威胁航天器的安全与可靠的热点问题之一。

在辐射环境下，粒子对电路的轰击将在其运动轨迹上产生电子/空穴对，该电子/空穴对被电路节点吸收，将产生一个瞬时窄脉冲信号，即单粒子瞬态脉冲信号，如果该信号沿着组合通路向下传播，达到锁存器或者其他类型的时序单元，将导致单粒子翻转，从而产生电路错误。而足够的脉冲宽度和脉冲幅度是单粒子瞬态脉冲信号得以在组合通路中传播的必要条件，因此，对单粒子瞬态脉冲信号宽度、幅度的测量将有利于深入研究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，对确保航天器的安全与可靠，具有重要意义。

由于单粒子瞬态脉冲信号脉冲宽度非常窄，采用示波器或逻辑分析仪等设备直接进行测量，对设备带宽和精度等要求非常高，单粒子研究是国外重点保密的领域，禁止这类设备出口，国内产品往往难以满足测量需求，测量难度大。

发明内容

针对这一现状，本发明提供一种瞬态脉冲幅度测量电路，包括：

预处理电路，具有单粒子脉冲接收端、复位输入端、预处理信号输出端、检测信号输出端及正误信号输出端，根据输入脉冲产生预处理信号，及第一级检测信号，并给出正误信号判断输入脉冲宽度是否满足测试要求；至少一级检测电路，每级检测电路由缓冲器和或非门基本RS锁存器构成，具有缓冲器输入端，缓冲器输出端，复位信号输入端和检测信号输出端，通过缓冲器对缓冲器输入信号进行衰减，当衰减后信号足以驱动锁存器时，检测信号输出高电平，当输入信号不足以驱动锁存器时，检测信号输出低电平。

其中第一级检测电路中缓冲器输入端连接预处理信号，其余各级检测电路中缓冲器输入端连接上一级缓冲器输出端。

其中，所述的测量电路特征在于，当待检测信号脉冲宽度足够时，预处理电路产生的预处理信号与输入信号脉冲宽度无关，而只与脉冲幅度有关，且待检测信号脉冲幅度越高，预处理信号脉冲幅度越高，脉冲宽度越宽，驱动能力越强。

其中，所述正误信号用于检测输入信号脉宽是否满足测量所需最小脉宽，检测信号为高电平说明输入信号脉宽足够，测量结果正确，检测信号为低电平表明输入信号脉宽不足，测量结果错误。

其中，该电路中的缓冲器由偶数个反相器级联构成，其中缓冲器输出信号脉冲宽度小于缓冲器输入信号脉冲宽度。

其中，每级检测电路中或非门基本RS锁存器S端连接本级缓冲器输出端，R端连接复位输入端，Q端连接检测信号输出端。

所述各级检测电路采用相同的结构尺寸。根据所述正误信号和各级检测电路输出的信号电平，反推出所测脉冲信号幅度。通过调节电源电压、检测电路中缓冲器的结构、尺寸，调节测量范围和测量精度。

根据本发明提供的单粒子瞬态脉冲信号幅度测量电路，能够对单粒子瞬态脉冲信号幅度进行测量，能够自动检测输入脉冲宽度是否处于测试范围内，电路输入负载小，通过调节电源电压或检测电路中所用缓冲器的结构、尺寸等，可以调节测量范围和测量精度。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的脉冲信号幅度测量电路结构示意图；

图2为本发明一个实施例中的预处理电路结构示意图；

图3(a)为本发明一个实施例中的预处理电路中采用的输出电压可调反相器，图3(b)为本发明一个实施例中的预处理电路中采用的三输入RS锁存器结构示意图；

图4为本发明一个实施例中的预处理电路工作波形示意图；

图5为本发明一个实施例中的检测电路中缓冲器结构示意图；

图6为本发明一个实施例中的检测电路工作波形示意图；

图7为本发明一个实施例中的单粒子瞬态脉冲信号幅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。