RU2510893C2

RU2510893C2 - Device for protecting microchips from thyristor effect

Info

Publication number: RU2510893C2
Application number: RU2012120813/08A
Authority: RU
Inventors: Илья Гаврилович Фильцер
Original assignee: Илья Гаврилович Фильцер
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2014-04-10
Also published as: RU2012120813A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to microchip electronics and can be used in radio-electronic ground, sea and aerospace location equipment.

EFFECT: high noise-immunity and reliability of radio-electronic equipment; device includes a current sensor, transistors, capacitors, resistors, diodes, a voltage comparator, an RS flip-flop and a pulse sequence generator.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электронике интегральных микросхем и может быть использовано в составе радиоэлектронной аппаратуры наземного, морского и аэрокосмического базирования для защиты от воздействия тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ), высокоэнергитичных протонов (ВЭП), импульсного ионизирующего излучения, пучкового оружия.The invention relates to the electronics of integrated circuits and can be used as part of ground-based, sea and aerospace-based radioelectronic equipment to protect against the effects of heavy charged particles (TZZ), high-energy protons (VEP), pulsed ionizing radiation, and beam weapons.

Известно устройство защиты фирмы «MAXWELL TECHNOLOGIES» (США), реализованное в виде микросхемы HSH-3000, описанное в электронном каталоге фирмы MAXWELL по адресу в сети ИнтернетаKnown security device company "MAXWELL TECHNOLOGIES" (USA), implemented in the form of a chip HSH-3000, described in the electronic catalog of the company MAXWELL at an address on the Internet

..

Известное устройство содержит детектор излучений и некоторых частиц, усилитель, таймер, логику, выходные каскады.The known device contains a detector of radiation and some particles, an amplifier, a timer, logic, output stages.

Недостаткам известного устройства является низкая чувствительность при защите от возникновения тиристорного эффекта.The disadvantages of the known device is the low sensitivity when protecting against the occurrence of a thyristor effect.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является устройство, описанное в патенте РФ №2305894 под названием «Устройство для защиты интегральных микросхем при попадании в них тяжелых заряженных частиц». Известное устройство содержит датчик тока, включенный между входной клеммой и электронным переключателем, выход которого является выходом устройства. Датчик тока включен между входами усилителя сигналов датчика тока, выходы которого соединены с входами компаратора напряжения, подключенного к R-входу RS-триггера, который имеет приоритет по воздействию на R-вход. S-вход триггера соединен с генератором импульсной последовательности с большой скважностью. Инверсный выход триггера подключен к управляющему входу электронного переключателя, прямой выход - к базе мощного n-p-n транзистора, коллектор которого соединен с выходом устройства, а эмиттер - с общей шиной.The closest set of essential features to the invention is the device described in RF patent No. 2305894 under the name "Device for protecting integrated circuits when heavy charged particles get into them." The known device contains a current sensor connected between the input terminal and the electronic switch, the output of which is the output of the device. A current sensor is connected between the inputs of the signal amplifier of the current sensor, the outputs of which are connected to the inputs of a voltage comparator connected to the R-input of the RS-trigger, which has priority over the effect on the R-input. The trigger S input is connected to a high duty cycle pulse generator. The inverse output of the trigger is connected to the control input of the electronic switch, the direct output is to the base of a powerful n-p-n transistor, the collector of which is connected to the output of the device, and the emitter is connected to a common bus.

Недостатком известного устройства является пониженная помехоустойчивость по отношению к помехам, распространяющимся по шинам питания, что может привести к ложному срабатыванию защиты и, как следствие, к необоснованному выключению защищаемой аппаратуры. Другим недостатком известного устройства является возможность ложного срабатывания защиты при резких скачках тока потребления. Кроме того, недостатком известного устройства является возможность ложного срабатывания защиты в момент включения за счет емкостной составляющей, протекающей через датчик тока защищаемой микросхемы высокой степени интеграции, поскольку в этой ситуации кратковременно возрастает также и потребляемый ток. Такое возрастание тока потребления характерно именно для структур КМОП, из которых сегодня и строится вся вычислительная техника. Кроме того, также и триггер, выполненный на базе транзисторов n-p-n и p-n-р, имеет недостаточную устойчивость к помехам, распространяющимся по шинам питания.A disadvantage of the known device is the reduced noise immunity with respect to interference propagating along the power buses, which can lead to a false response of the protection and, as a result, to unjustified shutdown of the protected equipment. Another disadvantage of the known device is the possibility of false alarms during sharp surges in current consumption. In addition, the disadvantage of the known device is the possibility of false protection operation at the moment of switching on due to the capacitive component flowing through the current sensor of the protected microcircuit with a high degree of integration, since in this situation the current consumption also increases for a short time. Such an increase in current consumption is typical precisely for CMOS structures, from which all computer technology is built today. In addition, also the trigger, made on the basis of transistors n-p-n and p-n-p, has insufficient immunity to interference propagating along the power buses.

Задачами настоящего изобретения являются повышение помехоустойчивости по отношению к помехам, распространяющимся по шинам питания, а также повышение надежности в работе защищающей микросхемы в части исключения ложных срабатываний защиты, обусловленных резким кратковременным увеличением тока потребления защищаемой микросхемы. Кроме того, задачей является повышение надежности за счет исключения ложных срабатываний защиты в момент включения в связи с зарядом конденсатора фильтра питания.The objectives of the present invention are to increase the noise immunity with respect to interference propagating along the power buses, as well as to increase the reliability of the protective microcircuit in terms of eliminating false positives caused by a sharp short-term increase in the current consumption of the protected microcircuit. In addition, the objective is to increase reliability by eliminating false alarms of protection at the moment of switching on the power filter in connection with the charge of the capacitor.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности работы радиоэлектронной аппаратуры при рассмотренных выше внешних воздействиях.The technical result of the present invention is to increase the noise immunity and reliability of electronic equipment under the above external influences.

В настоящее время наиболее частой причиной отказа аппаратуры космических аппаратов (КА) является возникновение тиристорного эффекта в больших интегральных схемах. Более подробно этот вопрос освещен в книге Л.И.Чумакова «Действие космической радиации на интегральные схемы», Москва, Радио и связь, 2004 г. стр.6, 7, 9, 14, 27, 216, 217, 218, 225, 256, 272, 280, 282.Currently, the most common cause of spacecraft (SC) hardware failure is the occurrence of a thyristor effect in large integrated circuits. This issue is discussed in more detail in the book by L. I. Chumakov, “The Effect of Cosmic Radiation on Integrated Circuits”, Moscow, Radio and Communications, 2004, pp. 6, 7, 9, 14, 27, 216, 217, 218, 225, 256, 272, 280, 282.

Защищаемыми микросхемами могут быть:Protected microcircuits can be:

- микропроцессоры;- microprocessors;

- микроконтроллеры:- microcontrollers:

- микросхемы оперативной памяти;- memory chips;

- микросхемы постоянной памяти;- permanent memory chips;

- микросхемы АЦП, ЦАП и др.- microchips ADC, DAC, etc.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для защиты интегральных микросхем от тиристорного эффекта, содержащее датчик тока, резистивный мост, состоящий из первого и второго резистивных делителей, состоящих соответственно из последовательно включенных первого и второго резисторов и третьего и четвертого резисторов, при этом первый резистивный делитель включен между первым выводом датчика тока и общей шиной, второй резистивный делитель - между вторым выводом датчика тока и общей шиной, компаратор напряжения, генератор импульсной последовательности с большой скважностью, выход которого подключен к S-входу RS-триггера, мощный p-n-р транзистор, база которого подключена к инверсному выходу RS-триггера, n-p-n транзистор, база которого подключена к прямому выходу RS-триггера, а эмиттер - к общей шине, введены пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый резисторы, второй n-p-n транзистор, первый, второй и третий конденсаторы, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой диоды, при этом входная клемма устройства соединена с первым выводом пятого резистора, коллектором второго n-p-n транзистора и с эмиттером мощного р-n-р транзистора, неинвертирующий вход компаратора соединен со средней точкой первого резистивного делителя, инвертирующий вход компаратора - со средней точкой второго резистивного делителя, между входами компаратора подключен первый конденсатор, шестой резистор подключен между вторым выводом пятого резистора и общей шиной, база второго n-p-n транзистора подключена к точке соединения пятого и шестого резисторов, первый диод анодом подсоединен к эмиттеру второго n-p-n транзистора, а катодом - к инвертирующему входу компаратора, второй диод подсоединен анодом к инвертирующему входу компаратора, а катодом - к неинвертирующему входу компаратора, первый вывод питания компаратора подключен к входной клемме, а второй вывод питания компаратора соединен с общей шиной, первый вывод датчика тока соединен с коллектором p-n-р транзистора, второй вывод датчика тока соединен с выходом устройства, между первым выводом датчика тока и общей шиной подключен второй конденсатор, седьмой резистор подключен между входной клеммой и выходом компаратора, катод третьего диода соединен с выходом компаратора, а анод этого диода - с анодом четвертого диода, катод последнего соединен с анодом пятого диода, катод которого соединен с R-входом RS-триггера, восьмой резистор подключен между входной клеммой и точкой соединения анодов третьего и четвертого диодов, между упомянутой точкой соединения диодов и общей шиной подключены последовательно соединенные третий конденсатор и девятый резистор, шестой диод катодом соединен с катодом четвертого диода, а анодом - с клеммой «Вх. имп.», между коллектором мощного p-n-р транзистора и коллектором первого n-p-п транзистора подключен десятый резистор.The specified technical result is achieved by the fact that in the known device for protecting integrated circuits from the thyristor effect, containing a current sensor, a resistive bridge, consisting of the first and second resistive dividers, consisting respectively of the series-connected first and second resistors and the third and fourth resistors, while the first resistive divider is connected between the first output of the current sensor and the common bus, the second resistive divider is between the second output of the current sensor and the common bus, comparator a pulse generator with a high duty cycle, the output of which is connected to the S-input of the RS-flip-flop, a powerful pn-p transistor, the base of which is connected to the inverse output of the RS-flip-flop, an npn transistor, whose base is connected to the direct output of the RS-flip-flop, and emitter - to the common bus, introduced the fifth, sixth, seventh, eighth, ninth and tenth resistors, the second npn transistor, the first, second and third capacitors, the first, second, third, fourth, fifth and sixth diodes, while the input terminal of the device is connected with the first conclusion of the fifth the resistor, the collector of the second npn transistor and with the emitter of a powerful rnp transistor, the non-inverting input of the comparator is connected to the midpoint of the first resistive divider, the inverting input of the comparator is connected to the midpoint of the second resistive divider, the first capacitor is connected between the inputs of the comparator, the sixth resistor is connected between the second output of the fifth resistor and the common bus, the base of the second npn transistor is connected to the junction point of the fifth and sixth resistors, the first diode is connected by an anode to the emitter of the second npn tra nzistor, and the cathode to the inverting input of the comparator, the second diode is connected by the anode to the inverting input of the comparator, and the cathode to the non-inverting input of the comparator, the first output of the comparator power is connected to the input terminal, and the second output of the comparator power is connected to the common bus, the first output of the current sensor connected to the collector of the pn-p transistor, the second output of the current sensor is connected to the output of the device, a second capacitor is connected between the first output of the current sensor and the common bus, a seventh resistor is connected between the input terminal the output of the comparator, the cathode of the third diode is connected to the output of the comparator, and the anode of this diode is connected to the anode of the fourth diode, the cathode of the last is connected to the anode of the fifth diode, the cathode of which is connected to the R-input of the RS flip-flop, the eighth resistor is connected between the input terminal and the point connection of the anodes of the third and fourth diodes, between the aforementioned point of connection of the diodes and the common bus, a third capacitor and a ninth resistor are connected in series, the sixth diode is connected to the cathode of the fourth diode by the cathode of the fourth diode, and the terminal “Bx. imp. ”, between the collector of a powerful pnp transistor and the collector of the first npn transistor, a tenth resistor is connected.

При этом RS-триггер содержит первый и второй диод, первый и второй p-n-р транзистор, причем между базой и шиной питания каждого из этих транзисторов подключены соответственно первый и второй резисторы тепловой утечки, а эмиттер второго p-n-р транзистора подключен к шине питания, первый, второй и третий n-p-n транзисторы, причем между базой и общей шиной каждого из упомянутых транзисторов включены соответственно третий, четвертый и пятый резисторы тепловой утечки, эмиттеры первого и третьего n-p-n транзисторов подключены к общей шине, база первого n-p-n транзистора через шестой резистор соединена с входом R RS-триггера, коллекторы первого и второго n-р-n транзисторов соединены между собой, при этом через седьмой резистор они подключены к базе первого p-n-р транзистора, а через восьмой резистор - к базе второго p-n-р транзистора, коллектор третьего n-p-n транзистора через девятый резистор соединен с коллектором первого p-n-р транзистора, база третьего n-р-n транзистора через десятый резистор соединена с входом S RS-триггера, коллектор второго p-n-р транзистора соединен с инверсным выходом RS-триггера и через одиннадцатый резистор - с общей шиной, анод первого диода соединен с шиной питания, а катод - с эмиттером первого p-n-р транзистора, катод второго диода соединен с общей шиной, а его анод - с эмиттером второго n-p-n транзистора, между катодом первого диода и анодом второго диода подключен двенадцатый резистор, коллектор первого p-n-р транзистора через тринадцатый резистор соединен с прямым выходом RS-триггера, а между последним и общей шиной подключен четырнадцатый резистор.In this case, the RS-flip-flop contains the first and second diodes, the first and second pn-p transistors, and the first and second heat leakage resistors are connected respectively between the base and the power bus of each of these transistors, and the emitter of the second pn-p transistor is connected to the power bus, the first, second and third npn transistors, and between the base and the common bus of each of the aforementioned transistors, respectively, the third, fourth and fifth heat leakage resistors are connected, the emitters of the first and third npn transistors are connected to the common bus, the base of the first n -pn transistor through the sixth resistor is connected to the input R of the RS-flip-flop, the collectors of the first and second npn transistors are interconnected, while through the seventh resistor they are connected to the base of the first pn-p transistor, and through the eighth resistor to the base the second pnp transistor, the collector of the third npn transistor through the ninth resistor is connected to the collector of the first pnp transistor, the base of the third npn transistor through the tenth resistor is connected to the input S of the RS flip-flop, the collector of the second pnp transistor is connected to the inverse RS trigger output and through the eleventh resistor, with a common bus, the anode of the first diode connected to the power bus, and the cathode to the emitter of the first pn-p transistor, the cathode of the second diode connected to the common bus, and its anode to the emitter of the second npn transistor, between the cathode of the first diode and The twelfth resistor is connected to the anode of the second diode, the collector of the first pn-p transistor is connected to the direct output of the RS-flip-flop through the thirteenth resistor, and the fourteenth resistor is connected between the last and the common bus.

Сущность изобретения поясняется чертежами фиг.1 и фиг.2.The invention is illustrated by drawings of figure 1 and figure 2.

На фиг.1 представлена электрическая схема устройства для защиты интегральных микросхем от тиристорного эффекта. Это устройство содержит датчик 1 тока, первый вывод которого соединен с коллектором мощного р-n-р транзистора 2 и через конденсатор 3-е общей шиной, а также через первый резистивный делитель, состоящий из последовательно включенных резисторов 4 и 5, соединен с общей шиной. Второй вывод датчика тока соединен с выходной клеммой, а также через второй резистивный делитель, состоящий из последовательно включенных резисторов 6 и 7, соединен с общей шиной. Точка соединения резисторов 4 и 5 соединена с неинвертирующим входом компаратора напряжения 8 и с катодом диода 9. Инвертирующий вход компаратора 8 соединен с точкой соединения резисторов 6 и 7, а также с анодом диода 9. Между входной клеммой и общей шиной подключен делитель напряжения, состоящий из последовательно включенных резисторов 10 и 11, точка соединения которых подключена к базе транзистора 12 структуры n-p-n, коллектор которого подключен к входной клемме, а эмиттер соединен с анодом диода 13, катод которого соединен с инвертирующим входом компаратора. Входная клемма соединена с эмиттером транзистора 2, с первым выводом питания компаратора, через резистор 14-е выходом компаратора 8, через резистор 15-е точкой соединения анодов диодов 16 и 17. Катод диода 16 соединен с выходом компаратора 8. Катод диода 17 соединен с анодом диода 18 и с катодом диода 19, анод последнего подключен к клемме «Вх. имп.». Катод диода 18 соединен с входом R триггера 20, вход S последнего подключен к выходу генератора 21. Между общей шиной и точкой соединения анодов диодов 16 и 17 подсоединена цепочка из последовательно включенных конденсатора 22 и резистора 23. Инверсный выход триггера 20 соединен с базой транзистора 2. Прямой выход триггера соединен с базой n-p-n транзистора 24, эмиттер последнего соединен с общей шиной, коллектор через резистор 25 соединен коллектором транзистора 2, между входами компаратора 8 подсоединен конденсатор 26.Figure 1 presents the electrical circuit of the device for protecting integrated circuits from the thyristor effect. This device contains a current sensor 1, the first output of which is connected to the collector of a powerful pnp transistor 2 and through the capacitor 3rd common bus, and also through the first resistive divider, consisting of series-connected resistors 4 and 5, connected to a common bus . The second output of the current sensor is connected to the output terminal, and also through a second resistive divider, consisting of series-connected resistors 6 and 7, connected to a common bus. The connection point of resistors 4 and 5 is connected to the non-inverting input of the voltage comparator 8 and to the cathode of the diode 9. The inverting input of the comparator 8 is connected to the connection point of the resistors 6 and 7, as well as to the anode of the diode 9. A voltage divider is connected between the input terminal and the common bus of series-connected resistors 10 and 11, the connection point of which is connected to the base of the transistor 12 of the npn structure, the collector of which is connected to the input terminal, and the emitter is connected to the anode of the diode 13, the cathode of which is connected to the inverting input omparatora. The input terminal is connected to the emitter of transistor 2, to the first output of the comparator, through the resistor 14th output of the comparator 8, through the resistor 15th point of connection of the anodes of the diodes 16 and 17. The cathode of the diode 16 is connected to the output of the comparator 8. The cathode of the diode 17 is connected to the anode of the diode 18 and the cathode of the diode 19, the anode of the latter is connected to the terminal "In. imp. ". The cathode of the diode 18 is connected to the input R of the trigger 20, the input S of the latter is connected to the output of the generator 21. Between the common bus and the connection point of the anodes of the diodes 16 and 17, a chain of series-connected capacitor 22 and resistor 23 is connected. The inverse output of the trigger 20 is connected to the base of transistor 2 The direct trigger output is connected to the npn base of the transistor 24, the emitter of the latter is connected to a common bus, the collector through the resistor 25 is connected to the collector of the transistor 2, a capacitor 26 is connected between the inputs of the comparator 8.

На чертеже фиг.2 представлена электрическая схема RS-триггера, входящего в состав устройства защиты, показанного на чертеже фиг.1. Клемма питания RS-триггера соединена с входной клеммой. RS-триггер содержит транзисторы 27, 28 структуры p-n-р и транзисторы 29, 30, 31 структуры n-p-n. Эмиттеры транзисторов 29 и 31 соединены с общей шиной, эмиттер транзистора 28 - с шиной питания. Между базами транзисторов 27 и 28 и шиной питания включены соответственно резисторы 32 и 33 тепловой утечки. Между базами транзисторов 29, 30, 31 и общей шиной включены соответственно резисторы 34, 35, 36 тепловой утечки. К эмиттеру транзистора 27 присоединен катод диода 37, анод которого соединен с шиной питания. К эмиттеру транзистора 30 присоединен анод диода 38, а катод последнего соединен с общей шиной. Между эмиттером транзистора 27 и эмиттером транзистора 30 подключен резистор 39, между входом R RS-триггера и базой транзистора 29 включен резистор 40. Коллектор транзистора 29 соединен с коллектором транзистора 30. Между коллектором транзистора 30 и базой транзистора 27 подключен резистор 41. Между коллектором транзистора 30 и базой транзистора 28 подключен резистор 42. Коллектор транзистора 28 соединен с инверсным выходом RS-триггера и через резистор 43 соединен с общей шиной. Между коллекторами транзисторов 31 и 27 подключен резистор 44. База транзистора 30 соединена с коллектором транзистора 31. Клемма «Вход S» RS-триггера через резистор 45 подключена к базе транзистора 31. Прямой выход RS-триггера через резистор 46 соединен с общей шиной и через резистор 47 соединен с коллектором транзистора 27.The drawing of figure 2 presents the electrical diagram of the RS-trigger, which is part of the protection device shown in the drawing of figure 1. The RS-trigger power terminal is connected to the input terminal. The RS flip-flop contains transistors 27, 28 of the pnp structure and transistors 29, 30, 31 of the npn structure. The emitters of transistors 29 and 31 are connected to a common bus, the emitter of transistor 28 is connected to a power bus. Between the bases of transistors 27 and 28 and the power bus, respectively, thermal leakage resistors 32 and 33 are connected. Between the bases of transistors 29, 30, 31 and a common bus, respectively, heat leakage resistors 34, 35, 36 are connected. A cathode of the diode 37 is connected to the emitter of the transistor 27, the anode of which is connected to the power bus. An anode of the diode 38 is connected to the emitter of the transistor 30, and the cathode of the latter is connected to a common bus. A resistor 39 is connected between the emitter of transistor 27 and the emitter of transistor 30, a resistor 40 is connected between the input of the RS flip-flop and the base of transistor 29. The collector of transistor 29 is connected to the collector of transistor 30. A resistor 41 is connected between the collector of transistor 30 and the base of transistor 27. Between the collector of transistor 30 and a resistor 42 is connected to the base of the transistor 28. The collector of the transistor 28 is connected to the inverse output of the RS flip-flop and is connected via a resistor 43 to a common bus. A resistor 44 is connected between the collectors of transistors 31 and 27. The base of transistor 30 is connected to the collector of transistor 31. Terminal “Input S” of the RS flip-flop through resistor 45 is connected to the base of transistor 31. The direct output of the RS-flip-flop through resistor 46 is connected to a common bus and through resistor 47 is connected to the collector of transistor 27.

Рассмотрим состояние устройства защиты в отсутствии воздействий, приводящих к возникновению тиристорного эффекта. При этом к выходу устройства защиты (см. фиг.1) по входу питания подключена защищаемая внешняя микросхема. Конденсатор, фильтрующий питание, подключен между общей шиной и входом датчика тока. При поданном входном напряжении начинает работать импульсный генератор 21, на выходе которого формируются положительные импульсы, поступающие с большим периодом следования. При частоте повторения два герца длительность импульсов составляет пять микросекунд. Эти импульсы поступают на вход S триггера 20 и вызывают открывание транзистора 31 (см. фиг.2). Транзисторы 27, 28, 29, 30 остаются закрытыми. Триггер 20 принимает первое устойчивое состояние, при котором транзистор 2 оказывается открыт и насыщен. Ток, открывающий этот транзистор, проходит по цепи: входной источник питания (клемма «Вход») - участок «эмиттер-база» транзистора 2 - резистор 43 - общая шина. Транзистор 24 закрыт, т.к. напряжение и ток в цепи его базы равны нулю. Напряжение на выходе устройства защиты равно напряжению на его входе за вычетом падения на открытом транзисторе 2. Транзистор 12 закрыт, поскольку напряжение на катоде диода 13 оказывается выше, чем на базе транзистора 12. Номиналы резисторов 4, 5, 6 и 7 выбираются таким образом, чтобы напряжение на втором (инвертирующем) входе компаратора оказывалось бы выше, чем напряжение на первом (неинвертирующем) входе компаратора. Напряжение на выходе компаратора 8 близко к нулевому значению. Диод 16 открыт, и ток протекает по цепи: клемма «Вход» - анод, катод диода 16 - выход компаратора 8 - общая шина. Диоды 17, 18 и 19 закрыты. Использование клеммы «Вх. имп.» делает возможным сокращение расхода энергии и ряда компонентов в том случае, когда необходима защита ряда микросхем высокой степени интеграции в одном и том же приборе. Это реализуется за счет веерного подключения к клемме «Вх. имп.» датчиков, включенных в различные цепи (включая дополнительные компараторы). Вновь введенные диоды 37, 38 и резистор 39 существенно повышают помехоустойчивость RS-триггера. Защищаемая микросхема, подключенная к выходу рассматриваемого устройства, функционирует нормально.Consider the state of the protection device in the absence of influences leading to the occurrence of a thyristor effect. At the same time, a protected external microcircuit is connected to the output of the protection device (see Fig. 1) at the power input. A power filter capacitor is connected between the common bus and the current sensor input. When the input voltage is applied, the pulse generator 21 starts to work, at the output of which positive pulses are generated, arriving with a large repetition period. At a repetition rate of two hertz, the pulse duration is five microseconds. These pulses are fed to the input S of the trigger 20 and cause the opening of the transistor 31 (see figure 2). Transistors 27, 28, 29, 30 remain closed. The trigger 20 takes the first steady state, in which the transistor 2 is open and saturated. The current that opens this transistor passes through the circuit: the input power source (terminal "Input") - section "emitter-base" of the transistor 2 - resistor 43 - common bus. The transistor 24 is closed, because the voltage and current in the circuit of its base are zero. The voltage at the output of the protection device is equal to the voltage at its input minus the drop on the open transistor 2. The transistor 12 is closed, since the voltage at the cathode of the diode 13 is higher than at the base of the transistor 12. The values of the resistors 4, 5, 6 and 7 are selected in such a way so that the voltage at the second (inverting) input of the comparator would be higher than the voltage at the first (non-inverting) input of the comparator. The voltage at the output of the comparator 8 is close to zero. The diode 16 is open, and the current flows through the circuit: the input terminal is the anode, the cathode of the diode 16 is the output of the comparator 8 is a common bus. Diodes 17, 18 and 19 are closed. Using the “In. imp. ”makes it possible to reduce energy consumption and a number of components in the case when it is necessary to protect a number of microcircuits with a high degree of integration in the same device. This is realized through a fan connection to the terminal “In. imp. ”of sensors included in various circuits (including additional comparators). The newly introduced diodes 37, 38 and resistor 39 significantly increase the noise immunity of the RS flip-flop. The protected chip connected to the output of the device in question is functioning normally.

Теперь рассмотрим работу устройства защиты в аварийной ситуации. При возникновении одного из упомянутых выше возможных воздействий (ТЗЧ, ВЭП, ИИИ, пучковое оружие и др.) происходит срабатывание тиристорного эффекта, что приводит к нарастанию тока потребления и к дальнейшему разрушению микросхемы. Нарастание тока регистрируется на датчике 1 и далее приводит к выключению транзистора 2 и включению шунтирующего транзистора 24. Таким образом, предотвращается выход из строя защищаемой микросхемы. Рассмотрим этот процесс более подробно. Увеличение падения напряжения на датчике 1 приводит к тому, что напряжение на первом входе компаратора 8 становится выше, чем на втором входе. В результате напряжение на выходе компаратора 8 принимает высокий уровень, близкий к уровню напряжения питания. Вследствие этого диод 16 закрывается, а диоды 17 и 18 открываются. Ток проходит по цепи: шина питания - резистор 15 - диоды 17 и 18 - резисторы 40 и 34 - участок «база-эмиттер» транзистора 29 - общая шина. Это вызывает открывание транзисторов 29, 27, 30, 28 и переключение триггера 20 во второе устойчивое состояние. Все это приводит к закрыванию транзистора 2 и открыванию транзистора 24, что обеспечивает отключение питания от защищаемой микросхемы и быстрый разряд конденсатора, расположенного на выводах питания этой микросхемы. Ток, открывающий транзистор 24, проходит по цепи: входной источник питания - диод 37 - участок «эмиттер - коллектор» транзистора 27 - резистор 47 - участок «база-эмиттер» транзистора 24 - общая шина. Таким образом, реализуется защита от катастрофического отказа микросхемы, подключаемой к выходу рассматриваемого устройства, при попадании ТЗЧ, ВЭП, ИИИ, воздействии пучкового оружия и др. Именно таким образом защита парирует возможные внешние разрушающие воздействия. В рассматриваемой аварийной ситуации от генератора 21 на вход S триггера 20 продолжают поступать кратковременные импульсы с большим периодом повторения. Эти импульсы стремятся перевести триггер 20 в первое устойчивое состояние. При этом возможны два сценария поведения устройства защиты. Если одновременно на вход R триггера 20 поступает напряжение высокого уровня, которое имеет приоритет перед сигналами, поступающими на вход S, то триггер принимает второе устойчивое состояние, соответствующее состоянию защиты. Если же активные сигналы на входе R отсутствуют, то триггер 20 принимает первое устойчивое состояние за счет импульсов, поступающих на вход S, что соответствует рабочему режиму. После выключения транзистора 2 могла бы возникнуть неопределенная ситуация по уровню напряжения на выходе компаратора 8 из-за неопределенности на входах компаратора. Наличие транзистора 12 позволяет избежать этой неопределенности. После выключения транзистора 2 напряжения на входах компараторов снижаются. Уровень напряжения на базе транзистора 12 становится выше, чем на катоде диода 13 и, следовательно, выше, чем на эмиттере транзистора 12. Напряжение на первом входе компаратора фиксируется на уровне, определяемом делителем на резисторах 10 и 11. Далее открывается диод 9. Ток при этом протекает по цепи: точка соединения резисторов 10 и 11 - участок «база - эмиттер» транзистора 12 - анод, катод диода 13 - анод, катод диода 9 - резистор 5. Напряжение на втором входе компаратора оказывается выше, чем на первом входе, а на выходе компаратора удерживается низкий уровень напряжения, что позволяет триггеру 20 принимать как первое, так и второе устойчивое состояние. В дальнейшем при поступлении импульсов на вход S происходит включение транзистора 2 в том случае, если отсутствуют сигналы на входе R. Клемма «Вх. имп.» может использоваться для подключения к выходам других компараторов, в свою очередь, связанных с другими датчиками тока. Таким образом, в рассматриваемом устройстве по сравнению с известным удается исключить ложное срабатывание защиты в момент включения за счет исключения емкостной составляющей, протекающей через датчик тока, обусловленной наличием конденсатора, подсоединенного к выходным клеммам. Следует отметить, что в самом устройстве защиты принципиально не содержится структур, в которых мог бы возникнуть тиристорный эффект.Now consider the operation of the protection device in an emergency. When one of the possible effects mentioned above (TZCh, VEP, III, beam weapons, etc.) occurs, the thyristor effect is triggered, which leads to an increase in the current consumption and to further destruction of the microcircuit. The increase in current is recorded on the sensor 1 and then leads to the turn-off of the transistor 2 and the inclusion of a shunt transistor 24. Thus, failure of the protected chip is prevented. Consider this process in more detail. The increase in voltage drop at the sensor 1 leads to the fact that the voltage at the first input of the comparator 8 becomes higher than at the second input. As a result, the voltage at the output of the comparator 8 takes a high level close to the level of the supply voltage. As a result, the diode 16 closes, and the diodes 17 and 18 open. The current passes through the circuit: power bus — resistor 15 — diodes 17 and 18 — resistors 40 and 34 — base-emitter section of transistor 29 — common bus. This causes the transistors 29, 27, 30, 28 to open and the trigger 20 to switch to the second steady state. All this leads to the closing of the transistor 2 and the opening of the transistor 24, which ensures that the power is disconnected from the protected microcircuit and a fast discharge of the capacitor located on the power terminals of this microcircuit. The current that opens the transistor 24 passes through the circuit: the input power source — diode 37 — emitter-collector section of transistor 27 — resistor 47 — base-emitter section of transistor 24 — common bus. Thus, protection against a catastrophic failure of the microcircuit connected to the output of the device under consideration is realized when an electric current transformer, VEP, III, hit by a beam weapon, etc. get hit. This is the way in which the defense fights off possible external destructive influences. In the considered emergency, from the generator 21 to the input S of the trigger 20 continue to receive short-term pulses with a large repetition period. These pulses seek to translate the trigger 20 in the first steady state. There are two possible scenarios for the behavior of the protection device. If simultaneously at the input R of the trigger 20 receives a high level voltage, which takes precedence over the signals received at the input S, then the trigger takes a second steady state corresponding to the protection state. If there are no active signals at the input R, then the trigger 20 takes the first stable state due to the pulses arriving at the input S, which corresponds to the operating mode. After turning off the transistor 2, an uncertain situation could arise regarding the voltage level at the output of the comparator 8 due to the uncertainty at the inputs of the comparator. The presence of transistor 12 avoids this uncertainty. After turning off the transistor 2 voltage at the inputs of the comparators are reduced. The voltage level at the base of transistor 12 becomes higher than at the cathode of diode 13 and, therefore, higher than at the emitter of transistor 12. The voltage at the first input of the comparator is fixed at the level determined by the divider on resistors 10 and 11. Next, diode 9 opens. this flows along the circuit: the connection point of the resistors 10 and 11 is the base – emitter section of the transistor 12 — the anode, the cathode of the diode 13 — the anode, the cathode of the diode 9 — resistor 5. The voltage at the second input of the comparator is higher than at the first input, and the output of the comparator is kept low at Aries voltage that allows the trigger 20 to take both the first and the second stable state. Subsequently, when pulses arrive at input S, transistor 2 is turned on if there are no signals at input R. Terminal “Bx. imp. "can be used to connect to the outputs of other comparators, in turn, associated with other current sensors. Thus, in the device under consideration, in comparison with the known device, it is possible to eliminate the false protection operation at the time of switching on due to the exclusion of the capacitive component flowing through the current sensor due to the presence of a capacitor connected to the output terminals. It should be noted that the protection device itself does not fundamentally contain structures in which a thyristor effect could occur.

В предложенном устройстве удалось существенно повысить надежность за счет исключения возможности ложных срабатываний защиты, обусловленных возникновением помех, распространяющихся по шинам питания. В предложенном устройстве также удалось существенно повысить надежность за счет исключения возможности ложных срабатываний защиты, обусловленных возникновением кратковременного импульса тока потребления защищаемой интегральной схемы, вызываемого увеличением скорости работы упомянутой интегральной схемы. Эти новые свойства устройства защиты обеспечиваются благодаря введению конденсаторов 22, 26, резисторов 10, 11, 14, 15, 23, 39, диодов 9, 13, 16, 17, 18, 19, 37, 38, транзистора 12.In the proposed device, it was possible to significantly increase reliability by eliminating the possibility of false protection trips due to the occurrence of interference propagating along the power buses. In the proposed device, it was also possible to significantly increase reliability by eliminating the possibility of false positives caused by the occurrence of a short-term current pulse of the consumption of the protected integrated circuit caused by an increase in the operating speed of the integrated circuit. These new properties of the protection device are provided due to the introduction of capacitors 22, 26, resistors 10, 11, 14, 15, 23, 39, diodes 9, 13, 16, 17, 18, 19, 37, 38, transistor 12.

Использование предложенного устройства позволит существенно повысить надежность работы системы, состоящей из защищаемой интегральной схемы и защищающего устройства (микросхемы).Using the proposed device will significantly improve the reliability of the system, consisting of a protected integrated circuit and a protective device (microcircuit).

Макет предлагаемого устройства защиты прошел натурные испытания и показал положительные результаты. Защищаемой большой интегральной схемой (БИС) была выбрана БИС оперативного запоминающего устройства (ЗУ). Ранее при воздействии ТЗЧ такая БИС ЗУ всякий раз выходила из строя под воздействием ТЗЧ, когда она включалась без устройства защиты. В то же время, при включении совместно с устройством защиты, защита срабатывала всякий раз, когда появлялся поток ТЗЧ. Последующая проверка показала, что испытуемая БИС ЗУ в этом случае оказывались целой и невредимой. После воздействия ТЗЧ информация записывалась во все ячейки памяти БИС ЗУ, затем считывалась. При этом наблюдалось полное совпадение записанной и считанной информации. При проведении испытаний экспериментально подтверждена функциональная работоспособность макета защищающей микросхемы (отключение тока потребления и отключение электропитания защищаемой БИС) при воздействии на защищаемую БИС заряженных частиц. При возникновении в защищаемой БИС тиристорного эффекта защищающее устройство предотвращает выход защищаемой БИС из строя.The prototype of the proposed protection device passed field tests and showed positive results. Protected large integrated circuit (LSI) was selected LSI random access memory (memory). Previously, under the influence of the TZCh, such an LSI memory device failed every time under the influence of the TZCh when it was turned on without a protection device. At the same time, when turned on together with the protection device, the protection was triggered every time when an SLC flow appeared. Subsequent verification showed that the tested LSI memory in this case turned out to be safe and sound. After the impact of the SLC, information was recorded in all memory cells of the LSI memory, then it was read. In this case, a complete coincidence of the recorded and read information was observed. During the tests, the functional efficiency of the prototype microcircuit prototype was experimentally confirmed (turning off the current consumption and turning off the power supply of the protected LSI) when exposed to charged particles in the protected LSI. If a thyristor effect occurs in the protected LSI, the protective device prevents the protected LSI from failing.

В настоящее время интегральные микросхемы защиты, рассмотренные выше, отсутствуют как на Российском внутреннем рынке, так и на международном рынке. В настоящее время предложенное устройство проектируется в виде интегральной микросхемы защиты.At present, the integrated protection microcircuits discussed above are absent both in the Russian domestic market and in the international market. Currently, the proposed device is being designed as an integrated protection chip.

Claims

1. A device for protecting integrated circuits from a thyristor effect, comprising a current sensor, a resistive bridge, consisting of first and second resistive dividers, consisting of first and second resistors and third and fourth resistors respectively, with the first resistive divider connected between the first output a current sensor and a common bus, a second resistive divider - between the second output of the current sensor and a common bus, a voltage comparator, a pulse sequence generator with a large square the output whose connection is connected to the S-input of the RS-flip-flop, a powerful pn-p transistor, the base of which is connected to the inverse output of the RS-flip-flop, the first npn transistor, the base of which is connected to the direct output of the RS-flip-flop, and the emitter to the common bus, characterized in that the fifth, sixth, seventh, eighth, ninth and tenth resistors, the second npn transistor, the first, second and third capacitors, the first, second, third, fourth, fifth and sixth diodes are introduced into it, while the input terminal of the device is connected with the first output of the fifth resistor, the second collector nn-rn transistor and with an emitter of a powerful pn-rn transistor, the non-inverting input of the comparator is connected to the midpoint of the first resistive divider, the inverting input of the comparator is connected to the mid-point of the second resistive divider, the first capacitor is connected between the inputs of the comparator, the sixth resistor is connected between the second the output of the fifth resistor and the common bus, the base of the second npn transistor is connected to the junction point of the fifth and sixth resistors, the first diode is connected by an anode to the emitter of the second n-pn transistor, and by the cathode to the inverter the comparator’s input, the second diode is connected by an anode to the comparator’s inverting input, and the cathode is connected to the comparator’s non-inverting input, the comparator’s first power output is connected to the input terminal, and the comparator’s second power output is connected to the common bus, the first current sensor output is connected to the collector pn -p of the transistor, the second output of the current sensor is connected to the output of the device, a second capacitor is connected between the first output of the current sensor and the common bus, the seventh resistor is connected between the input terminal and the output of the comparator, the third diode’s method is connected to the comparator’s output, and the diode’s anode to the fourth diode’s anode, the last cathode is connected to the fifth diode’s anode, the cathode of which is connected to the R-input of the RS-flip-flop, the eighth resistor is connected between the input terminal and the connection point of the anodes of the third and fourth diodes, between the aforementioned diode connection point and the common bus, a third capacitor and a ninth resistor are connected in series, the cathode of the sixth diode is connected to the cathode of the fourth diode, and the anode to the terminal "Bx. imp. ”, between the collector of a powerful pnp transistor and the collector of the first npn transistor, a tenth resistor is connected.

2. The device according to claim 1, characterized in that the RS-flip-flop contains the first and second diodes, the first and second pn-p transistors, and the first and second heat leakage resistors are connected between the base and the power bus of each of these transistors, and the emitter the second pn-p transistor is connected to the power bus, the first, second and third npn transistors, and between the base and the common bus of each of the aforementioned transistors, respectively, the third, fourth and fifth heat leakage resistors, emitters of the first and third npn transistors are connected under are connected to the common bus, the base of the first npn transistor is connected through the sixth resistor to the RS input of the RS flip-flop, the collectors of the first and second npn transistors are connected to each other, and through the seventh resistor they are connected to the base of the first pnp transistor, and through the eighth resistor - to the base of the second pnp transistor, the collector of the third npn transistor through the ninth resistor is connected to the collector of the first pnp transistor, the base of the third npn transistor through the tenth resistor is connected to the input S of the RS flip-flop, the collector second pnp transistor connect It is connected with the inverse output of the RS flip-flop and through the eleventh resistor with a common bus, the anode of the first diode is connected to the power bus, and the cathode is with the emitter of the first pnp transistor, the cathode of the second diode is connected to the common bus, and its anode with the emitter of the second npn transistor, the twelfth resistor is connected between the cathode of the first diode and the anode of the second diode, the collector of the first pnp transistor is connected to the direct output of the RS flip-flop through the thirteenth resistor, and the fourteenth resistor is connected between the last and the common bus.