CN206876771U - 一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，旨在提供一种采用一个计数器测量单粒子翻转瞬态脉冲的长度的电路，减少电子元器件数量，提高测量精度。本实用新型技术要点：包括计数电路、控制器以及时钟电路；所述时钟电路用于向计数电路提供计数时钟；所述计数电路用于接收待测信号，并在检测到待测信号的第一类跳沿时开始计数，并在检测到第二类跳沿时停止计数；所述第一类跳沿与第二类跳沿相反；所述控制器用于接收计数电路的计数结果，计算计数结果与计数时钟周期的乘积得到单粒子翻转瞬态脉冲长度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，尤其涉及一种采用计数器计数的方法测量在高能粒子辐射环境下单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路。
背景技术
当集成电路处于高能粒子辐射环境下，例如由于集成电路封装材料受到高辐射元素的污染或者集成电路处于宇宙射线辐射的环境中，单个高能粒子的轰击即可使集成电路的敏感节点产生瞬时的逻辑错误，称为单粒子翻转瞬态（Single Event Transient, 简称SET）脉冲。
目前，公知的测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的集成电路采用反相器链为核心。将单粒子翻转瞬态脉冲作为反相器链的输入端。当该脉冲在反相器链通行时，导致通过的各级反相器输出信号翻转，而没有通过的各级反相器输出信号保持不变。当该脉冲结束时，电路发出禁止该脉冲通行的信号。然后，检测反相器输出信号翻转的级数，并将其与反转器延时相乘，即可得到单粒子翻转瞬态脉冲的长度。
当单粒子翻转瞬态脉冲长度变长时，该测量电路中的反相器链级数也必须相应增加，目前已知级数高达上千级。反相器链级数越大，耗费的硬件资源越多。并且，由于制作工艺的偏差，每一级反相器的延时会存在误差。反相器链级数越大，累积的测量误差也越大。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种采用一个计数器测量单粒子翻转瞬态脉冲的长度的电路，减少电子元器件数量，提高测量精度。
本实用新型通过检测到的单粒子翻转瞬态脉冲由低到高和由高到低的变化控制计数器的开始计数和停止计数，从而达到测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的目的。
本实用新型采用的技术方案是这样的：包括计数电路、控制器以及时钟电路；
所述时钟电路用于向计数电路提供计数时钟；
所述计数电路用于接收待测信号，并在检测到待测信号的第一类跳沿时开始计数，并在检测到第二类跳沿时停止计数；所述第一类跳沿与第二类跳沿相反；
所述控制器用于接收计数电路的计数结果，计算计数结果与计数时钟周期的乘积得到单粒子翻转瞬态脉冲长度。
进一步，所述计数电路包括第一类跳沿检测电路、第二类跳沿检测电路以及计数器；
所述第一类跳沿检测电路接收待测信号，用于在检测到第一类跳沿时使能计数器计数；
所述第二类跳沿检测电路也接收所述待测信号，用于在检测到第二类跳沿时停止计数器计数；
所述计数器的时钟信号输入端接收所述计数时钟；
计数器的计数结果输出端与所述控制器连接。
进一步，所述时钟电路包括至少三个反相器，各个反相器顺序连接，且最后一个反相器的输出端与首个反相器的输入端连接，时钟电路的输出端为其中一个反相器的输出端；反相器的数量为奇数。
进一步，所述第一类跳沿检测电路为上跳沿检测电路，第二类跳沿检测电路为下跳沿检测电路。
进一步，第一类跳沿检测电路包括第一触发器；第二类跳沿检测电路包括第一反相器与第二触发器；
第一触发器的输入端接收高电平，第一触发器的时钟端接收待测信号，第一触发器的输出端与计数器的使能端连接；
第二触发器的输入端接收高电平，所述待测信号通过第一反相器与第二触发器的时钟端连接，第二触发器的输出端与第一触发器的清零端具有信号连接。
进一步，所述第一类跳沿检测电路为下跳沿检测电路，第二类跳沿检测电路为上跳沿检测电路。
进一步，第一类跳沿检测电路包括第一反相器与第一触发器；第二类跳沿检测电路包括第二触发器；
第一触发器的输入端接收高电平，所述待测信号通过第一反相器与第一触发器的时钟端连接，第一触发器的输出端与计数器的使能端连接；
第二触发器的输入端接收高电平，所述待测信号与第二触发器的时钟端连接，第二触发器的输出端与第一触发器的清零端具有信号连接。
进一步，第一触发器的输出端与一个与门第一输入端连接，第二触发器的输出端与所述与门的第二输入端连接；所述与门的输出端与所述控制器的使能信号端口连接；
第二触发器的输出端与一个或门的第一输入端连接，所述控制器的清零信号端口与所述或门的第二输入端连接，所述或门的输出端与第一触发器的清零端连接；
所述控制的清零信号端口还分别与计数器的清零端、第二触发器的清零端连接。
本实用新型还提供了另一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的集成电路，包括时钟电路、上跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路、下跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路及控制器；
所述时钟电路用于向上跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路、下跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路提供计数时钟；
所述上跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路用于检测待测信号中的上跳脉冲，在检测到待测信号中的上跳沿时开始计数并在检测到待测信号中的下跳沿时停止计数从而得到计数结果；
所述下跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路用于检测待测信号中的下跳脉冲，在检测到待测信号中的下跳沿时开始计数并在检测到待测信号中的上跳沿时停止计数从而得到计数结果；
控制器用于接收两种检测电路输出的计数结果，并计算计数结果与计数时钟周期的乘积得到上跳或下跳单粒子翻转瞬态脉冲长度。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型提供的检测电路基于计数器计数，硬件开销不会随待测信号中的单粒子翻转瞬态脉冲长度的增加而增大，花费硬件资源少。
2、本实用新型采用反相器环为计数器提供计数时钟，时钟周期可缩短到10个皮秒甚至更短，大大提高检测精度。
3、本实用新型还可以检测待测信号中的不同极性的粒子翻转瞬态脉冲长度。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图。
图2为产生图1中计数器时钟信号的电路原理图。
图3为测量双向跃变的单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路原理框图。
图中 1.待测电路，2.触发器1， 3.计数器，4.反相器1，5.触发器2，6.与门，7.微控制器,8.或门,9.上跳的单粒子翻转瞬态脉冲长度检测电路，10.反相器2,11.反相器3，12.反相器4， 13. 上跳的单粒子翻转瞬态脉冲长度检测电路1， 14.反相器5， 15. 上跳的单粒子翻转瞬态脉冲长度检测电路2。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型通过检测到的单粒子翻转瞬态脉冲由低到高和由高到低的变化控制计数器的开始计数和停止计数，将计数器的计数结果与计数时钟周期相乘得到待测信号中单粒子翻转瞬态脉冲的长度（用时间衡量）。
本实用新型一个实施例包括计数电路、控制器以及时钟电路；所述时钟电路用于向计数电路提供计数时钟；所述计数电路用于接收待测信号，并在检测到待测信号的第一类跳沿时开始计数，并在检测到第二类跳沿时停止计数；所述控制器用于接收计数电路的计数结果，计算计数结果与计数时钟周期的乘积得到单粒子翻转瞬态脉冲长度。
其中，所述第一类跳沿与第二类跳沿相反；即第一类跳沿为上跳沿时，第二类跳沿为下跳沿；第一类跳沿为下跳沿时，第二类跳沿为上跳沿。
在一个较为具体的实施例中，所述计数电路包括第一类跳沿检测电路、第二类跳沿检测电路以及计数器。
所述第一类跳沿检测电路接收待测信号，用于在检测到第一类跳沿时使能计数器计数。
所述第二类跳沿检测电路也接收所述待测信号，用于在检测到第二类跳沿时停止计数器计数。
所述计数器的时钟信号输入端接收所述计数时钟；计数器的计数结果输出端与所述控制器连接。
图1所示的是一个用数字电路实现上述技术目的的更具体的实施例，本实施例用于检测以上跳沿开始且以下跳沿结束的单粒子瞬态脉冲。
待测组合逻辑电路（1）输出待测信号，该信号接到上跳单粒子瞬态脉冲检测电路模块（9）的输入端Vin。Vin接到触发器1（2）的时钟端（clk），触发器1（2）的输入端D固定在逻辑1。这样，当Vin出现由低到高的上跳沿时，触发器1（2）的输出端Q被置为1。Q端（即jup信号）将保持为1，直到触发器1（2）被清零（clr端置为1）。因此，触发器1（2）是一个上跳沿检测电路。Vin通过一个反相器（4）与触发器2（5）相连。触发器2（5）的连接方式与触发器1（2）的连接方式类似，但是由于触发器2（5）的时钟端与反相后的Vin相连，触发器2（5）是一个下跳沿检测电路。
在图1所示实施例中，所述触发器1（2）的输出端Q与计数器（3）的使能端（EN）相连，当使能端信号为1时，启动计数器计数，计数器的计数结果（cnt）与微控制器（MCU）（7）的通用输入输出端口A（GPIOA）相连。
在图1所示实施例中，所述触发器2（5）的输出jdown为1时，表明此时单粒子瞬态脉冲出现了下跳沿。jdown通过或门（8）与触发器1（2）的清零端相连，单粒子瞬态脉冲的下跳沿使得触发器1（2）的输出jup重新置0。由于jup控制计数器（3）的使能端，因此jup置0使得计数器（3）停止计数。此时计数器的输出与计数器时钟周期相乘即为上跳脉冲的长度。
在图1所示的实施例中，计数有效的信号valid由jdown和jup通过与门（6）相与获得。valid是边沿触发信号，上跳沿有效。valid与微控制器（7）的通用输入输出端口B（GPIOB）相连。微控制器（7）检测到valid的上跳沿后，将GPIOA的计数值输入，并发出清零信号CLR。
在图1所示实施例中，所述清零信号CLR与触发器2（5）和计数器（3）的清零端clr直接相连，并通过或门（8）与触发器1（2）的清零端clr相连。因此当清零信号CLR为1时，触发器1(2)、触发器2（5）、计数器（3）都被清零，上跳单粒子瞬态脉冲检测电路模块（9）准备检测下一个上跳脉冲。
在图1所示的实施例中，计数器（3）的时钟信号Aclk周期与检测精度有关，周期越短检测精度越高，为此本实用新型提供了一种可产生周期仅为几皮秒的时钟电路。如图2所示，计数器（3）的时钟信号Aclk由一个3级反相器环组成。该反相器环由3个大小相同的反相器（10）、（11）、(12)组成。相比较于直接使用系统时钟，这种方案可以使得时钟周期更短，从而使测量精度更高。在其他实施例中，也可以使用5级、7级等奇数个反相器组成的反相器环。
将图1所示的实施例中的反相器（1）移到触发器1（2）的时钟端时，便得到一个检测以下跳沿开始且以上跳沿结束的单粒子瞬态脉冲的电路。
或者在图1所示的实施例的输入端前再串联一个反相器也可得到一个检测以下跳沿开始且以上跳沿结束的单粒子瞬态脉冲的电路。
在图3所示实施例中，检测电路可以检测上跳（以上跳沿开始且以下跳沿结束）以及下跳（以下跳沿开始且以上跳沿结束）两种不同极性的单粒子瞬态脉冲的长度。该电路采用了两个上跳单粒子瞬态脉冲检测电路模块，（13）和（15）。其内部结构与图1中（9）相同。首先，待测电路与一个上跳单粒子瞬态脉冲检测电路模块（13）相连，上跳单粒子瞬态脉冲检测电路模块（13）再与微控制器（7）相连，可以测量上跳单粒子瞬态脉冲的长度。其次，待测电路的输出信号通过反相器（14）与另一个上跳单粒子瞬态脉冲检测电路模块（15）相连，上跳单粒子瞬态脉冲检测电路模块（15）再与微控制器（7）相连，可以测量下跳单粒子瞬态脉冲的长度。
在图3所示实施例中，所述上跳单粒子瞬态脉冲检测电路模块（13）（15）的计数输出分别与微控制器的通用输入输出端口A和C相连，计数有效信号分别与微控制器的通用输入输出端口B和D相连。微控制器通过另外两个管脚分别输出两个清零信号CLR1和CLR2。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，其特征在于，包括计数电路、控制器以及时钟电路；
所述时钟电路用于向计数电路提供计数时钟；
所述计数电路用于接收待测信号，并在检测到待测信号的第一类跳沿时开始计数，并在检测到第二类跳沿时停止计数；所述第一类跳沿与第二类跳沿相反；
所述控制器用于接收计数电路的计数结果，计算计数结果与计数时钟周期的乘积得到单粒子翻转瞬态脉冲长度。
2.根据权利要求1所述的一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，其特征在于，所述计数电路包括第一类跳沿检测电路、第二类跳沿检测电路以及计数器；
所述第一类跳沿检测电路接收待测信号，用于在检测到第一类跳沿时使能计数器计数；
所述第二类跳沿检测电路也接收所述待测信号，用于在检测到第二类跳沿时停止计数器计数；
所述计数器的时钟信号输入端接收所述计数时钟；
计数器的计数结果输出端与所述控制器连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，其特征在于，所述时钟电路包括至少三个反相器，各个反相器顺序连接，且最后一个反相器的输出端与首个反相器的输入端连接，时钟电路的输出端为其中一个反相器的输出端；反相器的数量为奇数。
4.根据权利要求2所述的一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，其特征在于，所述第一类跳沿检测电路为上跳沿检测电路，第二类跳沿检测电路为下跳沿检测电路。
5.根据权利要求4所述的一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，其特征在于，第一类跳沿检测电路包括第一触发器；第二类跳沿检测电路包括第一反相器与第二触发器；
第一触发器的输入端接收高电平，第一触发器的时钟端接收待测信号，第一触发器的输出端与计数器的使能端连接；
第二触发器的输入端接收高电平，所述待测信号通过第一反相器与第二触发器的时钟端连接，第二触发器的输出端与第一触发器的清零端具有信号连接。
6.根据权利要求2所述的一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，其特征在于，所述第一类跳沿检测电路为下跳沿检测电路，第二类跳沿检测电路为上跳沿检测电路。
7.根据权利要求6所述的一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，其特征在于，第一类跳沿检测电路包括第一反相器与第一触发器；第二类跳沿检测电路包括第二触发器；
第一触发器的输入端接收高电平，所述待测信号通过第一反相器与第一触发器的时钟端连接，第一触发器的输出端与计数器的使能端连接；
第二触发器的输入端接收高电平，所述待测信号与第二触发器的时钟端连接，第二触发器的输出端与第一触发器的清零端具有信号连接。
8.根据权利要求5或7所述的一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，其特征在于，第一触发器的输出端与一个与门第一输入端连接，第二触发器的输出端与所述与门的第二输入端连接；所述与门的输出端与所述控制器的使能信号端口连接；
第二触发器的输出端与一个或门的第一输入端连接，所述控制器的清零信号端口与所述或门的第二输入端连接，所述或门的输出端与第一触发器的清零端连接；
所述控制的清零信号端口还分别与计数器的清零端、第二触发器的清零端连接。
9.一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，其特征在于，包括时钟电路、上跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路、下跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路及控制器；
所述时钟电路用于向上跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路、下跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路提供计数时钟；
所述上跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路用于检测待测信号中的上跳脉冲，在检测到待测信号中的上跳沿时开始计数并在检测到待测信号中的下跳沿时停止计数从而得到计数结果；
所述下跳单粒子翻转瞬态脉冲检测电路用于检测待测信号中的下跳脉冲，在检测到待测信号中的下跳沿时开始计数并在检测到待测信号中的上跳沿时停止计数从而得到计数结果；
控制器用于接收两种检测电路输出的计数结果，并计算计数结果与计数时钟周期的乘积得到上跳或下跳单粒子翻转瞬态脉冲长度。
10.根据权利要求9所述的一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路，其特征在于，所述时钟电路包括至少三个反相器，各个反相器顺序连接，且最后一个反相器的输出端与首个反相器的输入端连接，时钟电路的输出端为其中一个反相器的输出端；反相器的数量为奇数。
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