CN107134758B - 一种空间环境下cmos器件单粒子闩锁效应防护装置 - Google Patents

一种空间环境下cmos器件单粒子闩锁效应防护装置 Download PDF

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Abstract

一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，属于过流保护领域，解决了现有商业级过流保护芯片在空间环境下可靠性低的问题。所述防护装置：供电电源与CMOS器件构成电气回路。电流采集模块将所述电气回路中的电流信号转换为电压信号。电压比较模块判断转换的电压信号与基准电压信号的大小，当前者小于或等于后者时，开关控制模块通过开关模块使电气回路保持连通，否则，开关控制模块通过开关模块断开所述电气回路。开关定时开启模块用于在电气回路断开后的T时间通过控制开关控制模块和开关模块，使电气回路连通。所述防护装置所采用的电子元器件均为模拟元器件。本发明所述装置适用于空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应的防护。

Description

一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置
技术领域
本发明涉及一种CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，属于过流保护领域。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展以及卫星功能需求的转变，微小卫星受到了前所未有的关注。微小卫星具备体积小、重量轻、研制周期短、成本低和发射方式灵活等特点，主要用于通信、对地遥感、行星际探测、科学研究和技术试验等领域，在国际航天领域占有重要的地位。
与宇航级电子器件相比，商业级电子器件因具备更低的价格和更优良的性能而得以应用在微小卫星上。商业级电子器件的应用不仅能够提升微小卫星的性能，而且能够更好地满足微小卫星对低成本、小体积和低功耗的需求。但是，在空间环境下，必须保证商业级电子器件的可靠性。
空间环境中充斥着大量的高能粒子，例如质子、电子、α粒子、γ粒子和重离子等。这些高能粒子引起的辐射效应，尤其是单粒子闩锁效应，严重影响着电子器件的可靠性。单粒子闩锁效应主要发生在CMOS器件中，该效应会导致CMOS器件局部过流，功耗增加以及热能积累。若不及时处理，CMOS器件的温度将持续上升，最终永久性烧毁，成为不可恢复的故障。当CMOS器件发生单粒子闩锁效应时，无法通过切断输入、输出信号的方式使CMOS器件恢复到未发生闩锁效应的状态，只能通过切断电源再重新上电的方式，使其恢复正常。
目前，现有空间环境下商业级CMOS器件的单粒子闩锁效应的防护主要通过商业级过流保护芯片来实现。但是，由于商业因素，过流保护芯片的内部结构未知，其很可能因使用半导体器件而受到空间环境中高能粒子的影响，可靠性无法保证。
发明内容
本发明为解决现有商业级过流保护芯片在空间环境下可靠性低的问题，提出了一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置。
本发明所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，供电电源与CMOS器件构成电气回路；
所述防护装置包括电流采集模块、电压比较模块、开关控制模块、开关定时开启模块和开关模块；
电流采集模块用于将所述电气回路中的电流信号转换为电压信号，并将该电压信号发送至电压比较模块；
电压比较模块用于判断其接收到的电压信号与预设的基准电压信号的大小，当前者小于或等于后者时，向开关控制模块发送第一控制信号，否则，向开关控制模块发送第二控制信号；
开关控制模块用于根据第一控制信号向开关模块发送第三控制信号，根据第二控制信号向开关模块发送第四控制信号，同时向开关定时开启模块发送第五控制信号；
开关模块用于根据第三控制信号控制所述电气回路导通，用于根据第四控制信号控制所述电气回路断开；
开关定时开启模块用于根据第五控制信号，在T时间后向开关控制模块发送第六控制信号；
开关控制模块还用于根据第六控制信号向开关模块发送第三控制信号；
所述防护装置所采用的电子元器件均为模拟元器件。
作为优选的是，电流采集模块包括第一电阻R1和仪表放大器U1；
第一电阻R1的第一端和第二端分别与仪表放大器U1的同相输入端和反相输入端相连；
仪表放大器U1的放大倍数可调；
第一电阻R1的第一端与仪表放大器U1的同相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输入端，电流采集模块的电流信号输入端与供电电源的电流信号输出端相连；
第一电阻R1的第二端与仪表放大器U1的反相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输出端，电流采集模块的电流信号输出端与开关模块的电流信号输入端相连，开关模块的电流信号输出端与CMOS器件的电流信号输入端相连；
仪表放大器U1的输出端为电流采集模块的电压信号输出端。
进一步的是，电压比较模块包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电压比较器U2；
第二电阻R2的第一端与第一基准电压源的输出端相连，第二电阻R2的第二端同时与第三电阻R3的第一端和第一电压比较器U2的同相输入端相连，第三电阻R3的第二端与电源地相连，第四电阻R4的第一端和第二端分别与第一电压比较器U2的正电源端和输出端相连；
第一电压比较器U2的反相输入端为电压比较模块的电压信号输入端，电压比较模块的电压信号输入端与电流采集模块的电压信号输出端相连；
第四电阻R4的第二端与第一电压比较器U2的输出端的公共端同时为电压比较模块的第一控制信号输出端和第二控制信号输出端。
进一步的是，开关控制模块包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、NPN型三极管Q1和第一P沟道MOS管Q2；
第五电阻R5的第一端与NPN型三极管Q1的集电极相连，第五电阻R5的第二端与第一P沟道MOS管Q2的栅极相连，NPN型三极管Q1的发射极与电源地相连，NPN型三极管Q1的基极与第六电阻R6的第一端相连，第六电阻R6的第二端同时与第一P沟道MOS管Q2的漏极和第七电阻R7的第一端相连，第七电阻R7的第二端与电源地相连，第一P沟道MOS管Q2的源极与外接电压源相连；
第五电阻R5与NPN型三极管Q1的公共端同时为开关控制模块的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端和第五控制信号输出端；
第六电阻R6、第七电阻R7与第一P沟道MOS管Q2的公共端同时为开关控制模块的第三控制信号输出端和第四控制信号输出端；
第五电阻R5与第一P沟道MOS管Q2的公共端为开关控制模块的第六控制信号输入端。
进一步的是，开关定时开启模块包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、电容C、第二电压比较器U3和PNP型三极管Q3；
第八电阻R8的第一端与第二基准电压源相连，第八电阻R8的第二端同时与第九电阻R9的第一端和第二电压比较器U3的反相输入端相连，第九电阻R9的第二端与电源地相连；
第二电压比较器U3的同相输入端同时与第十电阻R10的第一端和电容C的第一端相连，电容C的第二端与电源地相连；
第二电压比较器U3的输出端同时与第十一电阻R11的第一端和PNP型三极管Q3的基极相连，第十一电阻R11的第二端与第二电压比较器U3的正电源端相连，PNP型三极管Q3的集电极与外接电压源相连；
第十电阻R10的第二端为开关定时开启模块的第五控制信号输入端，并与电压比较模块的第一控制信号输出端相连；
PNP型三极管Q3的发射极为开关定时开启模块的第六控制信号输出端。
进一步的是，开关模块包括第十二电阻R12、第十三电阻R13和第二P沟道MOS管Q4；
第十二电阻R12的第一端与第二P沟道MOS管Q4的源极相连，第十二电阻R12的第二端同时与第二P沟道MOS管Q4的栅极和第十三电阻R13的第一端相连；
第十二电阻R12的第一端与第二P沟道MOS管Q4的源极的公共端为开关模块的电流信号输入端；第十三电阻R13的第二端与开关控制模块的第三控制信号输出端相连；第二P沟道MOS管Q4的漏极为开关模块的电流信号输出端。
作为优选的是，电压比较模块包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电压比较器U2；
第二电阻R2的第一端与第一基准电压源的输出端相连，第二电阻R2的第二端同时与第三电阻R3的第一端和第一电压比较器U2的反相输入端相连，第三电阻R3的第二端与电源地相连，第四电阻R4的第一端和第二端分别与第一电压比较器U2的正电源端和输出端相连；
第一电压比较器U2的正相输入端为电压比较模块的电压信号输入端，电压比较模块的电压信号输入端与电流采集模块的电压信号输出端相连；
第四电阻R4的第二端与第一电压比较器U2的输出端的公共端同时为电压比较模块的第一控制信号输出端和第二控制信号输出端。
进一步的是，开关控制模块包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、PNP型三极管Q3和第一N沟道MOS管Q5；
第五电阻R5的第一端同时与第六电阻R6的第一端和PNP型三极管Q3的集电极相连，PNP型三极管Q3的基极与第七电阻R7的第一端相连，PNP型三极管Q3的发射极与外接电压源相连，第六电阻R6的第二端与第一N沟道MOS管Q5的栅极相连，第七电阻R7的第二端同时与第一N沟道MOS管Q5的漏极和第八电阻R8的第一端相连，第八电阻R8的第二端与外接电压源相连，第一N沟道MOS管Q5的源极与电源地相连；
第五电阻R5的第二端同时为开关控制模块的第一控制信号输入端和第二控制信号输入端；
第五电阻R5、第六电阻R6与PNP型三极管Q3的公共端为开关控制模块的第五控制信号输出端；
第六电阻R6与第一N沟道MOS管Q5的公共端为开关控制模块的第六控制信号输入端；
第七电阻R7、第一N沟道MOS管Q5与第八电阻R8的公共端为开关控制模块的第三控制信号输出端和第四控制信号输出端。
进一步的是，开关定时开启模块包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、电容C、第二电压比较器U3和NPN型三极管Q1；
第九电阻R9的第一端与第二基准电压源相连，第九电阻R9的第二端同时与第十电阻R10的第一端和第二电压比较器U3的反相输入端相连，第十电阻R10的第二端与电源地相连；
第二电压比较器U3的同相输入端同时与第十一电阻R11的第一端和电容C的第一端相连，电容C的第二端与电源地相连；
第二电压比较器U3的输出端同时与第十二电阻R12的第一端和NPN型三极管Q1的基极相连，第十二电阻R12的第二端与第二电压比较器U3的正电源端相连，NPN型三极管Q1的发射极与电源地相连；
第十一电阻R11的第二端为开关定时开启模块的第五控制信号输入端，并与电压比较模块的第一控制信号输出端相连；
NPN型三极管Q1的集电极为开关定时开启模块的第六控制信号输出端。
进一步的是，开关模块为第二N沟道MOS管Q6，第二N沟道MOS管Q6的漏极为开关模块的电流信号输入端，第二N沟道MOS管Q6的源极为开关模块的电流信号输出端，第二N沟道MOS管Q6的栅极与开关控制模块的第三控制信号输出端相连。
在空间环境下，与现有商业级过流保护芯片相比，本发明所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置因使用模拟元器件而更可靠。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置进行更详细的描述，其中：
图1为实施例一所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置的结构框图；
图2为实施例二提及的电流采集模块的电路原理图；
图3为实施例三提及的电压比较模块的电路原理图；
图4为实施例四提及的开关控制模块的电路原理图；
图5为实施例五提及的开关定时开启模块的电路原理图；
图6为实施例六提及的开关模块的电路原理图；
图7为实施例六所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置的电路原理图；
图8为实施例七提及的电压比较模块的电路原理图；
图9为实施例八提及的开关控制模块的电路原理图；
图10为实施例九提及的开关定时开启模块的电路原理图；
图11为实施例十提及的开关模块的电路原理图；
图12为实施例十所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置的电路原理图；
图13为实施例六提及的空间环境下多电源供电CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置进一步说明。
实施例一：下面结合图1详细地说明本实施例。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，供电电源与CMOS器件构成电气回路；
所述防护装置包括电流采集模块、电压比较模块、开关控制模块、开关定时开启模块和开关模块；
电流采集模块用于将所述电气回路中的电流信号转换为电压信号，并将该电压信号发送至电压比较模块；
电压比较模块用于判断其接收到的电压信号与预设的基准电压信号的大小，当前者小于或等于后者时，向开关控制模块发送第一控制信号，否则，向开关控制模块发送第二控制信号；
开关控制模块用于根据第一控制信号向开关模块发送第三控制信号，根据第二控制信号向开关模块发送第四控制信号，同时向开关定时开启模块发送第五控制信号；
开关模块用于根据第三控制信号控制所述电气回路导通，用于根据第四控制信号控制所述电气回路断开；
开关定时开启模块用于根据第五控制信号，在T时间后向开关控制模块发送第六控制信号；
开关控制模块还用于根据第六控制信号向开关模块发送第三控制信号；
所述防护装置所采用的电子元器件均为模拟元器件。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，用于对空间辐射环境下的商业级CMOS器件进行单粒子闩锁效应防护，不仅能够提高微小卫星系统的稳定性，而且能够降低成本。
实施例二：下面结合图2详细地说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置作进一步的限定。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，电流采集模块包括第一电阻R1和仪表放大器U1；
第一电阻R1的第一端和第二端分别与仪表放大器U1的同相输入端和反相输入端相连；
仪表放大器U1的放大倍数可调；
第一电阻R1的第一端与仪表放大器U1的同相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输入端，电流采集模块的电流信号输入端与供电电源的电流信号输出端相连；
第一电阻R1的第二端与仪表放大器U1的反相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输出端，电流采集模块的电流信号输出端与开关模块的电流信号输入端相连，开关模块的电流信号输出端与CMOS器件的电流信号输入端相连；
仪表放大器U1的输出端为电流采集模块的电压信号输出端。
本实施例采用第一电阻将所述电气回路中的电流信号转换为电压信号，为了减小电流采集模块对供电电源输出电压的影响，将第一电阻的阻值设置为毫欧级。因此，转换后的电压信号很微弱，需先采用放大器对其进行放大处理，再将其发送至电压比较模块。
由于所述电气回路中的电流信号存在一定的波动，因此，本实施例采用仪表放大器对第一电阻两端的电压信号进行放大，减少了共模干扰，提高了电流检测的精度。
本实施例的仪表放大器的放大倍数可调，所述电流采集模块可以通过设置仪表放大器的放大倍数来实现对最大可控电流的灵活控制。
实施例三：下面结合图3详细地说明本实施例。本实施例是对实施例二所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置作进一步的限定。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，电压比较模块包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电压比较器U2；
第二电阻R2的第一端与第一基准电压源的输出端相连，第二电阻R2的第二端同时与第三电阻R3的第一端和第一电压比较器U2的同相输入端相连，第三电阻R3的第二端与电源地相连，第四电阻R4的第一端和第二端分别与第一电压比较器U2的正电源端和输出端相连；
第一电压比较器U2的反相输入端为电压比较模块的电压信号输入端，电压比较模块的电压信号输入端与电流采集模块的电压信号输出端相连；
第四电阻R4的第二端与第一电压比较器U2的输出端的公共端同时为电压比较模块的第一控制信号输出端和第二控制信号输出端。
本实施例的第一电压比较器用于比较电流采集模块发来的电压信号与基准电压信号的大小。当前者小于或者等于后者时，说明CMOS器件处于正常工作状态。当前者大于后者时，说明CMOS器件发生单粒子闩锁效应。
本实施例通过设置基准电压信号能够实现对最大可控电流的灵活控制。
实施例四：下面结合图4详细地说明本实施例。本实施例是对实施例三所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置作进一步的限定。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，开关控制模块包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、NPN型三极管Q1和第一P沟道MOS管Q2；
第五电阻R5的第一端与NPN型三极管Q1的集电极相连，第五电阻R5的第二端与第一P沟道MOS管Q2的栅极相连，NPN型三极管Q1的发射极与电源地相连，NPN型三极管Q1的基极与第六电阻R6的第一端相连，第六电阻R6的第二端同时与第一P沟道MOS管Q2的漏极和第七电阻R7的第一端相连，第七电阻R7的第二端与电源地相连，第一P沟道MOS管Q2的源极与外接电压源相连；
第五电阻R5与NPN型三极管Q1的公共端同时为开关控制模块的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端和第五控制信号输出端；
第六电阻R6、第七电阻R7与第一P沟道MOS管Q2的公共端同时为开关控制模块的第三控制信号输出端和第四控制信号输出端；
第五电阻R5与第一P沟道MOS管Q2的公共端为开关控制模块的第六控制信号输入端。
当电压比较模块向开关控制模块发送第二控制信号后，开关控制模块根据第二控制信号向开关模块发送第四控制信号，开关模块根据第四控制信号断开所述电气回路，电压比较模块发出的第二控制信号也会随所述电气回路的断开而消失。此时，如果CMOS器件的单粒子闩锁效应没有被解除，所述电气回路会发生输出振荡。因此，当CMOS器件发生单粒子闩锁效应后，需要切断所述电气回路一段时间。
本实施例的NPN型三极管箝位设置，当第二控制信号消失后，第一P沟道MOS管因其栅极处于低电平而导通，使所述电气回路保持断开状态。
实施例五：下面结合图5详细地说明本实施例。本实施例是对实施例四所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置作进一步的限定。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，开关定时开启模块包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、电容C、第二电压比较器U3和PNP型三极管Q3；
第八电阻R8的第一端与第二基准电压源相连，第八电阻R8的第二端同时与第九电阻R9的第一端和第二电压比较器U3的反相输入端相连，第九电阻R9的第二端与电源地相连；
第二电压比较器U3的同相输入端同时与第十电阻R10的第一端和电容C的第一端相连，电容C的第二端与电源地相连；
第二电压比较器U3的输出端同时与第十一电阻R11的第一端和PNP型三极管Q3的基极相连，第十一电阻R11的第二端与第二电压比较器U3的正电源端相连，PNP型三极管Q3的集电极与外接电压源相连；
第十电阻R10的第二端为开关定时开启模块的第五控制信号输入端，并与电压比较模块的第一控制信号输出端相连；
PNP型三极管Q3的发射极为开关定时开启模块的第六控制信号输出端。
当电压比较模块发出第一控制信号时，电压比较模块持续为本实施例的电容充电，使其保持充满状态。当开关控制模块通过开关模块切断所述电气回路的同时，向开关定时开启模块发送第五控制信号。当开关定时开启模接收到第五控制信号后，电容开始放电。当电容放电到第二电压比较器的参考电压时，开关定时开启模向开关控制模块发送第六控制信号，开关控制模块根据第六控制信号向开关模块发送第三控制信号，开关模块根据第三控制信号使所述电气回路导通。
本实施例通过设置电容的电容值、第十电阻的电阻值和/或第二电压比较器的正相输入端的接入基准电压值，实现对开关定时开启模块延时开启开关模块的时间的控制，所述接入基准电压值由第二基准电压源、第八电阻和第九电阻决定。
实施例六：下面结合图6、图7和图13详细地说明本实施例。本实施例是对实施例五所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置作进一步的限定。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，开关模块包括第十二电阻R12、第十三电阻R13和第二P沟道MOS管Q4；
第十二电阻R12的第一端与第二P沟道MOS管Q4的源极相连，第十二电阻R12的第二端同时与第二P沟道MOS管Q4的栅极和第十三电阻R13的第一端相连；
第十二电阻R12的第一端与第二P沟道MOS管Q4的源极的公共端为开关模块的电流信号输入端；第十三电阻R13的第二端与开关控制模块的第三控制信号输出端相连；第二P沟道MOS管Q4的漏极为开关模块的电流信号输出端。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置的电路能够通过较大的电流，而且电路的电源电压较低。因此，本实施例采用开启电压较小且能够通过较大电流的MOS管作为开关模块。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置适用于供电电源电压较高的情况(3.3V或5V)，最大可控电流为0-5A。
在实际使用中，往往会涉及到多电源供电的集成电路，当其中一路发生单粒子闩锁故障时，若只切断当前支路的供电电压，其他支路的供电电压仍会给集成电路供电，可能会造成多电源供电集成电路的损坏。因此，本实施例提出一种空间环境下多电源供电CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置的电路原理图，电路原理图如图13。
实施例七：下面结合图8详细地说明本实施例。本实施例是对实施例二所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置作进一步的限定。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，电压比较模块包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电压比较器U2；
第二电阻R2的第一端与第一基准电压源的输出端相连，第二电阻R2的第二端同时与第三电阻R3的第一端和第一电压比较器U2的反相输入端相连，第三电阻R3的第二端与电源地相连，第四电阻R4的第一端和第二端分别与第一电压比较器U2的正电源端和输出端相连；
第一电压比较器U2的正相输入端为电压比较模块的电压信号输入端，电压比较模块的电压信号输入端与电流采集模块的电压信号输出端相连；
第四电阻R4的第二端与第一电压比较器U2的输出端的公共端同时为电压比较模块的第一控制信号输出端和第二控制信号输出端。
实施例八：下面结合图9详细地说明本实施例。本实施例是对实施例七所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置作进一步的限定。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，开关控制模块包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、PNP型三极管Q3和第一N沟道MOS管Q5；
第五电阻R5的第一端同时与第六电阻R6的第一端和PNP型三极管Q3的集电极相连，PNP型三极管Q3的基极与第七电阻R7的第一端相连，PNP型三极管Q3的发射极与外接电压源相连，第六电阻R6的第二端与第一N沟道MOS管Q5的栅极相连，第七电阻R7的第二端同时与第一N沟道MOS管Q5的漏极和第八电阻R8的第一端相连，第八电阻R8的第二端与外接电压源相连，第一N沟道MOS管Q5的源极与电源地相连；
第五电阻R5的第二端同时为开关控制模块的第一控制信号输入端和第二控制信号输入端；
第五电阻R5、第六电阻R6与PNP型三极管Q3的公共端为开关控制模块的第五控制信号输出端；
第六电阻R6与第一N沟道MOS管Q5的公共端为开关控制模块的第六控制信号输入端；
第七电阻R7、第一N沟道MOS管Q5与第八电阻R8的公共端为开关控制模块的第三控制信号输出端和第四控制信号输出端。
实施例九：下面结合图10详细地说明本实施例。本实施例是对实施例八所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置作进一步的限定。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，开关定时开启模块包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、电容C、第二电压比较器U3和NPN型三极管Q1；
第九电阻R9的第一端与第二基准电压源相连，第九电阻R9的第二端同时与第十电阻R10的第一端和第二电压比较器U3的反相输入端相连，第十电阻R10的第二端与电源地相连；
第二电压比较器U3的同相输入端同时与第十一电阻R11的第一端和电容C的第一端相连，电容C的第二端与电源地相连；
第二电压比较器U3的输出端同时与第十二电阻R12的第一端和NPN型三极管Q1的基极相连，第十二电阻R12的第二端与第二电压比较器U3的正电源端相连，NPN型三极管Q1的发射极与电源地相连；
第十一电阻R11的第二端为开关定时开启模块的第五控制信号输入端，并与电压比较模块的第一控制信号输出端相连；
NPN型三极管Q1的集电极为开关定时开启模块的第六控制信号输出端。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，在CMOS器件处于正常工作状态时，电容C空电。当开关控制模块通过开关模块切断所述电气回路的同时，向开关定时开启模块发送第五控制信号。当开关定时开启模接收到第五控制信号后，电容开始充电。当电容充电到第二电压比较器的参考电压时，开关定时开启模向开关控制模块发送第六控制信号，开关控制模块根据第六控制信号向开关模块发送第三控制信号，开关模块根据第三控制信号使所述电气回路导通。
实施例十：下面结合图11和图12详细地说明本实施例。本实施例是对实施例九所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置作进一步的限定。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，开关模块为第二N沟道MOS管Q6，第二N沟道MOS管Q6的漏极为开关模块的电流信号输入端，第二N沟道MOS管Q6的源极为开关模块的电流信号输出端，第二N沟道MOS管Q6的栅极与开关控制模块的第三控制信号输出端相连。
本实施例所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置适用于供电电源电压较低的情况(1.8V、1.5V或1V)，最大可控电流为0-5A。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，供电电源与CMOS器件构成电气回路；
所述防护装置包括电流采集模块、电压比较模块、开关控制模块、开关定时开启模块和开关模块；
电流采集模块用于将所述电气回路中的电流信号转换为电压信号，并将该电压信号发送至电压比较模块；
电压比较模块用于判断其接收到的电压信号与预设的基准电压信号的大小，当前者小于或等于后者时，向开关控制模块发送第一控制信号，否则，向开关控制模块发送第二控制信号；
开关控制模块用于根据第一控制信号向开关模块发送第三控制信号，根据第二控制信号向开关模块发送第四控制信号，同时向开关定时开启模块发送第五控制信号；
开关模块用于根据第三控制信号控制所述电气回路导通，用于根据第四控制信号控制所述电气回路断开；
开关定时开启模块用于根据第五控制信号，在T时间后向开关控制模块发送第六控制信号；
开关控制模块还用于根据第六控制信号向开关模块发送第三控制信号；
所述防护装置所采用的电子元器件均为模拟元器件；
电流采集模块包括第一电阻(R1)和仪表放大器(U1)；
第一电阻(R1)的第一端和第二端分别与仪表放大器(U1)的同相输入端和反相输入端相连；
仪表放大器(U1)的放大倍数可调；
第一电阻(R1)的第一端与仪表放大器(U1)的同相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输入端，电流采集模块的电流信号输入端与供电电源的电流信号输出端相连；
第一电阻(R1)的第二端与仪表放大器(U1)的反相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输出端，电流采集模块的电流信号输出端与开关模块的电流信号输入端相连，开关模块的电流信号输出端与CMOS器件的电流信号输入端相连；
仪表放大器(U1)的输出端为电流采集模块的电压信号输出端；
电压比较模块包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第一电压比较器(U2)；
第二电阻(R2)的第一端与第一基准电压源的输出端相连，第二电阻(R2)的第二端同时与第三电阻(R3)的第一端和第一电压比较器(U2)的同相输入端相连，第三电阻(R3)的第二端与电源地相连，第四电阻(R4)的第一端和第二端分别与第一电压比较器(U2)的正电源端和输出端相连；
第一电压比较器(U2)的反相输入端为电压比较模块的电压信号输入端，电压比较模块的电压信号输入端与电流采集模块的电压信号输出端相连；
第四电阻(R4)的第二端与第一电压比较器(U2)的输出端的公共端同时为电压比较模块的第一控制信号输出端和第二控制信号输出端，
其特征在于，开关控制模块包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、NPN型三极管(Q1)和第一P沟道MOS管(Q2)；
第五电阻(R5)的第一端与NPN型三极管(Q1)的集电极相连，第五电阻(R5)的第二端与第一P沟道MOS管(Q2)的栅极相连，NPN型三极管(Q1)的发射极与电源地相连，NPN型三极管(Q1)的基极与第六电阻(R6)的第一端相连，第六电阻(R6)的第二端同时与第一P沟道MOS管(Q2)的漏极和第七电阻(R7)的第一端相连，第七电阻(R7)的第二端与电源地相连，第一P沟道MOS管(Q2)的源极与外接电压源相连；
第五电阻(R5)与NPN型三极管(Q1)的公共端同时为开关控制模块的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端和第五控制信号输出端；
第六电阻(R6)、第七电阻(R7)与第一P沟道MOS管(Q2)的公共端同时为开关控制模块的第三控制信号输出端和第四控制信号输出端；
第五电阻(R5)与第一P沟道MOS管(Q2)的公共端为开关控制模块的第六控制信号输入端。
2.如权利要求1所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，其特征在于，开关定时开启模块包括第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、电容(C)、第二电压比较器(U3)和PNP型三极管(Q3)；
第八电阻(R8)的第一端与第二基准电压源相连，第八电阻(R8)的第二端同时与第九电阻(R9)的第一端和第二电压比较器(U3)的反相输入端相连，第九电阻(R9)的第二端与电源地相连；
第二电压比较器(U3)的同相输入端同时与第十电阻(R10)的第一端和电容(C)的第一端相连，电容(C)的第二端与电源地相连；
第二电压比较器(U3)的输出端同时与第十一电阻(R11)的第一端和PNP型三极管(Q3)的基极相连，第十一电阻(R11)的第二端与第二电压比较器(U3)的正电源端相连，PNP型三极管(Q3)的集电极与外接电压源相连；
第十电阻(R10)的第二端为开关定时开启模块的第五控制信号输入端，并与电压比较模块的第一控制信号输出端相连；
PNP型三极管(Q3)的发射极为开关定时开启模块的第六控制信号输出端。
3.如权利要求2所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，其特征在于，开关模块包括第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)和第二P沟道MOS管(Q4)；
第十二电阻(R12)的第一端与第二P沟道MOS管(Q4)的源极相连，第十二电阻(R12)的第二端同时与第二P沟道MOS管(Q4)的栅极和第十三电阻(R13)的第一端相连；
第十二电阻(R12)的第一端与第二P沟道MOS管(Q4)的源极的公共端为开关模块的电流信号输入端；第十三电阻(R13)的第二端与开关控制模块的第三控制信号输出端相连；第二P沟道MOS管(Q4)的漏极为开关模块的电流信号输出端。
4.一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，供电电源与CMOS器件构成电气回路；
所述防护装置包括电流采集模块、电压比较模块、开关控制模块、开关定时开启模块和开关模块；
电流采集模块用于将所述电气回路中的电流信号转换为电压信号，并将该电压信号发送至电压比较模块；
电压比较模块用于判断其接收到的电压信号与预设的基准电压信号的大小，当前者小于或等于后者时，向开关控制模块发送第一控制信号，否则，向开关控制模块发送第二控制信号；
开关控制模块用于根据第一控制信号向开关模块发送第三控制信号，根据第二控制信号向开关模块发送第四控制信号，同时向开关定时开启模块发送第五控制信号；
开关模块用于根据第三控制信号控制所述电气回路导通，用于根据第四控制信号控制所述电气回路断开；
开关定时开启模块用于根据第五控制信号，在T时间后向开关控制模块发送第六控制信号；
开关控制模块还用于根据第六控制信号向开关模块发送第三控制信号；
所述防护装置所采用的电子元器件均为模拟元器件；
电流采集模块包括第一电阻(R1)和仪表放大器(U1)；
第一电阻(R1)的第一端和第二端分别与仪表放大器(U1)的同相输入端和反相输入端相连；
仪表放大器(U1)的放大倍数可调；
第一电阻(R1)的第一端与仪表放大器(U1)的同相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输入端，电流采集模块的电流信号输入端与供电电源的电流信号输出端相连；
第一电阻(R1)的第二端与仪表放大器(U1)的反相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输出端，电流采集模块的电流信号输出端与开关模块的电流信号输入端相连，开关模块的电流信号输出端与CMOS器件的电流信号输入端相连；
仪表放大器(U1)的输出端为电流采集模块的电压信号输出端；
电压比较模块包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第一电压比较器(U2)；
第二电阻(R2)的第一端与第一基准电压源的输出端相连，第二电阻(R2)的第二端同时与第三电阻(R3)的第一端和第一电压比较器(U2)的反相输入端相连，第三电阻(R3)的第二端与电源地相连，第四电阻(R4)的第一端和第二端分别与第一电压比较器(U2)的正电源端和输出端相连；
第一电压比较器(U2)的正相输入端为电压比较模块的电压信号输入端，电压比较模块的电压信号输入端与电流采集模块的电压信号输出端相连；
第四电阻(R4)的第二端与第一电压比较器(U2)的输出端的公共端同时为电压比较模块的第一控制信号输出端和第二控制信号输出端，
其特征在于，开关控制模块包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、PNP型三极管(Q3)和第一N沟道MOS管(Q5)；
第五电阻(R5)的第一端同时与第六电阻(R6)的第一端和PNP型三极管(Q3)的集电极相连，PNP型三极管(Q3)的基极与第七电阻(R7)的第一端相连，PNP型三极管(Q3)的发射极与外接电压源相连，第六电阻(R6)的第二端与第一N沟道MOS管(Q5)的栅极相连，第七电阻(R7)的第二端同时与第一N沟道MOS管(Q5)的漏极和第八电阻(R8)的第一端相连，第八电阻(R8)的第二端与外接电压源相连，第一N沟道MOS管(Q5)的源极与电源地相连；
第五电阻(R5)的第二端同时为开关控制模块的第一控制信号输入端和第二控制信号输入端；
第五电阻(R5)、第六电阻(R6)与PNP型三极管(Q3)的公共端为开关控制模块的第五控制信号输出端；
第六电阻(R6)与第一N沟道MOS管(Q5)的公共端为开关控制模块的第六控制信号输入端；
第七电阻(R7)、第一N沟道MOS管(Q5)与第八电阻(R8)的公共端为开关控制模块的第三控制信号输出端和第四控制信号输出端。
5.如权利要求4所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，其特征在于，开关定时开启模块包括第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、电容(C)、第二电压比较器(U3)和NPN型三极管(Q1)；
第九电阻(R9)的第一端与第二基准电压源相连，第九电阻(R9)的第二端同时与第十电阻(R10)的第一端和第二电压比较器(U3)的反相输入端相连，第十电阻(R10)的第二端与电源地相连；
第二电压比较器(U3)的同相输入端同时与第十一电阻(R11)的第一端和电容(C)的第一端相连，电容(C)的第二端与电源地相连；
第二电压比较器(U3)的输出端同时与第十二电阻(R12)的第一端和NPN型三极管(Q1)的基极相连，第十二电阻(R12)的第二端与第二电压比较器(U3)的正电源端相连，NPN型三极管(Q1)的发射极与电源地相连；
第十一电阻(R11)的第二端为开关定时开启模块的第五控制信号输入端，并与电压比较模块的第一控制信号输出端相连；
NPN型三极管(Q1)的集电极为开关定时开启模块的第六控制信号输出端。
6.如权利要求5所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，其特征在于，开关模块为第二N沟道MOS管(Q6)，第二N沟道MOS管(Q6)的漏极为开关模块的电流信号输入端，第二N沟道MOS管(Q6)的源极为开关模块的电流信号输出端，第二N沟道MOS管(Q6)的栅极与开关控制模块的第三控制信号输出端相连。
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