[实用新型]一种CMOS电路空间应用单粒子防护电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种单粒子防护电路。

背景技术

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辐射效应，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。

单粒子锁定(SEL，SingleEventLatchup)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电路中的可控硅结构被触发导通，由此在电源与地之间形成低 电阻大电流通路的现象。

在空间应用中，CMOS器件单粒子锁定，可能会对卫星造成三方面的危害：一是发生 SEL的器件及仪器可能被SEL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，三是当该器件所用二次电源受SEL影响导致输 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。

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；第二种方案以一套电路 作为主份，其余电路作为备份，以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，需要设计一套可以 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

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，以提高CMOS电路的抗单粒子能力。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种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；

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I_工，并将电流I_工转换为采样电压信号V₁；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V₁同 参考电压V_参进行对比，产生控制信号V_控1，并提供给电源转换电路控制电源转换电路有无输 出，V_控1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。

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_控1进行展宽，得到控制信 号V_控2，并提供给电源转换电路。

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采样电压信号V₁的输出端。

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V₁，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_控1输出端。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：