CN205283105U - 一种cmos电路空间应用单粒子防护电路 - Google Patents
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Abstract
一种CMOS电路空间应用单粒子防护电路，包括电流采样电路(1)、电压处理及监控电路(2)、电源转换电路(3)和被控电路(4)；电源转换电路(3)的电压输出端与被控电路(4)的电压输入端相连，为被控电路(4)提供工作电压，电流采样电路(1)中的采样电阻R采连接在电源转换电路(3)与被控电路(4)之间，采集被控电路(4)工作时所需的电流I工并转换为采样电压信号V1；电流采样电路(1)的采样电压信号输出端与电压处理及监控电路(2)的输入端相连；电压处理及监控电路(2)的控制信号输出端与电源转换电路(3)的复位信号输入端相连。本实用新型可以缩短CMOS器件受单粒子影响的时间，以降低CMOS器件因单粒子影响而烧毁的概率。
Description
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：
1)本实用新型采集被控电路工作时的电流，并转化为电压信号，通过电压处理及监控电路进行判断被控电路是否正常工作，来控制电源转换电路对被控电路的供电。通过这种方式进行自我监测和控制，可以缩短CMOS器件受单粒子影响的时间，以降低CMOS器件因单粒子影响而烧毁的概率。
2)基于本实用新型的单粒子防护技术，可以降低CMOS器件在空间应用中的失效率，可以降低空间应用中的器件选择难度。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型中电源转换电路与被控电路连接原理示意图；
图3为本实用新型电流采样电路原理示意图；
图4为本实用新型电压处理及监控电路原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提出一种CMOS电路空间应用单粒子防护电路，包括电流采样电路1、电压处理及监控电路2、电源转换电路3和被控电路4。
如图2所示，电流采样电路1将被控电路4工作时所需的电流I工通过采样电阻进行采集并转换为电压信号V1，并将该电压信号V1输出给电压处理及监控电路2。如图3所示，电流采样电路1包括运算放大器，运算放大器的负向输入端输入V0，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。V0＝R采×I工，R采为电流采样电阻。
电压处理及监控电路2将电压信号V1同参考电压V参进行对比，产生控制信号并提供给电源转换电路3。
通过前期测试将被控电路4正常工作时所需的电流进行监测，作为参考电压的设定依据，V参为被控电路4正常工作时，电流采样电路1的输出。I参为被控电路4正常工作时，采样电阻采集的电流。
如图4所示，电压处理及监控电路2包括比较器，比较器的正向输入端输入V1，负向输入端与电阻R3和R4的公共端相连，R4另一端接地，R3另一端接5V直流电源，负向输入端的电压值与V参相等，
电压处理及监控电路2中，工作需用的供电电源为直接从电源模块输出的电压，该电路中所使用的元器件为抗辐照元器件。
目前，随着数据处理速度的提高，绝大多数信号处理器件的工作电压为3.3V甚至更低的工作电压，而电源模块的输出电压一般为5V。因此，在大多数被控电路中，均有电源转换电路。电源转换电路3接通过电流采样电路1向被控电路4输出电压，并收控制信号控制其是否处于有输出状态。电源转换电路3的输出电压为Vout＝Vo+V被,以保证被控电路4正常工作，V被为被控电路4的工作电压。
当被控电路4的工作电压为3.3V(Vout与GND1之间的压差)时，电源转换电路3输出给被控电路4的电压(Vout与GND之间的压差)为：
Vout＝V0+3.3V。
进而实现对被控电路4的工作状态进行控制。
电流采样电路1通过采样电阻将被控电路4的工作电流进行采集，在电压处理及监控电路2中与参考电压进行对比，来判断电路工作是否正常。
电源转换电路3中有复位电路，例如电源转换芯片TPS70302，其第7引脚可以控制其输出状态，需有通过输入控制电压的高低可以对电源转换电路进行复位的功能。
电压处理及监控电路2将V1与V参进行对比，并产生控制信号V控1，
当V1≤V参时，表明被控电路4正常工作，V控1为低电平；
当V1＞V参时，表明被控电路4工作异常，V控1为高电平；
电压处理及监控电路2将对比后的信息，以电压形式V控1传送给控制信号展宽电路5，控制信号展宽电路5将V控1展宽，产生V控2输出给电源转换电路3来控制电源转换电路3是否正常工作：
当V控2为高电平时：电源转换电路3为复位状态，无输出；
当V控2为低电平时：电源转换电路3为工作状态，有输出。
进而实现对被控电路4的工作状态进行控制。
本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
Claims (4)
1.一种CMOS电路空间应用单粒子防护电路，其特征在于，包括电流采样电路(1)、电压处理及监控电路(2)、电源转换电路(3)和被控电路(4)；
电源转换电路(3)的电压输出端与被控电路(4)的电压输入端相连，为被控电路(4)提供工作电压，电流采样电路(1)包括采样电阻R采，采样电阻R采连接在电源转换电路(3)与被控电路(4)之间，采集被控电路(4)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(1)的采样电压信号输出端与电压处理及监控电路(2)的输入端相连；电压处理及监控电路(2)的控制信号输出端与电源转换电路(3)的复位信号输入端相连；电压处理及监控电路(2)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(3)控制电源转换电路(3)有无输出，V控1均为电平信号，V参为被控电路(4)正常工作时，电流采样电路(1)的输出。
2.一种如权利要求1所述的CMOS电路空间应用单粒子防护电路，其特征在于，所述电压处理及监控电路(2)的控制信号输出端与电源转换电路(3)的复位信号输入端之间还连接有控制信号展宽电路(5)，控制信号展宽电路(5)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(3)。
3.一种如权利要求1或2所述的CMOS电路空间应用单粒子防护电路，其特征在于，所述电流采样电路(1)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。
4.一种如权利要求1或2所述的CMOS电路空间应用单粒子防护电路，其特征在于，所述电压处理及监控电路(2)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。
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| CN201521088060.XU CN205283105U (zh) | 2015-12-23 | 2015-12-23 | 一种cmos电路空间应用单粒子防护电路 |
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| CN (1) | CN205283105U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108055489A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种cmos图像传感器的单粒子功能中断防护的系统和方法 |
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2015
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| CN108055489A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种cmos图像传感器的单粒子功能中断防护的系统和方法 |
| CN108055489B (zh) * | 2017-12-28 | 2019-11-05 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种cmos图像传感器的单粒子功能中断防护的系统和方法 |
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