专利名称：一种测量单粒子瞬态脉冲效应截面的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及单粒子瞬态脉冲(Single Event Transients，SET)效应的研究领域，特别涉及一种测量单粒子瞬态脉冲效应截面的装置，主要用于器件单粒子瞬态脉冲效 应截面的定量测试，可为航天、军用、民用器件提供单粒子瞬态脉冲效应截面的准确定量试 验。
背景技术：
辐射环境中的高能质子、中子、α粒子、重离子等都能导致电子系统中的半导体器 件内部形成电离电荷，这些额外电荷被器件敏感节点收集后，导致器件工作状态发生变化， 功能受阻甚至器件损坏，即为单粒子效应。通常来说，由高能粒子引发的单粒子效应主要 是针对超大规模数字集成电路和部分功率器件，例如随机存储器、微处理器和功率MOS场 效应晶体管等器件，在单个高能粒子的轰击下产生的单粒子扰动、单粒子闭锁和单粒子烧 毁等效应。而单粒子瞬态脉冲(Single EventTransients, SET)效应是指高能带电粒子轰 击模拟集成电路的灵敏节点，在电路的输出端引起瞬时电压信号的异常现象。从理论上来 说，单个高能粒子在大规模数字存储电路或模拟集成电路中诱发电离电荷的产生、传输和 收集等物理过程是相似的，因此，SET效应又被称为模拟单粒子扰动(Analog Single Event Upsets,ASEU)现象。虽然该瞬时扰动属于“软错误”不会对集成电路本身造成损伤，但传播 到后续电子系统中，会严重影响航天器工作的可靠性。而SET效应截面则是评估器件在特 定空间辐射环境中扰动率的基础数据。目前，SET效应截面的测量均是通过使用费用昂贵的 高端示波器完成的，不仅测量成本高，而且在加速器的辐射环境下进行测试容易损伤仪器， 甚至影响测试的准确性。因此，建立有效的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置成为评价器件SET效应的 首要任务。但是，模拟集成电路中的SET效应是与目标电路的工作状态、器件受高能粒子轰 击的部位密切相关的，其输出的扰动脉冲可能是正脉冲、负脉冲或双极性脉冲。针对不同的 后续应用电路，不同极性的脉冲可能会产生不同程度的影响。因此，为准确评估SET效应对 航天电子系统的实际影响程度，避免出现效应过评估和欠评估现象；应针对不同的SET扰 动阈值电压，分别测量正脉冲和负脉冲的扰动截面，特别是双极性脉冲应被看作两次扰动， 分为正脉冲和负脉冲分别进行扰动截面的统计。但目前示波器的处理方式是，只将一个双 极性脉冲看作一个正脉冲或负脉冲进行计数，从而出现了对效应的欠评估，增大了器件在 空间中应用的风险性。此外，不同的后续电路对扰动脉冲响应的阈值也有差别，测量装置必 须具有调节输入脉冲阈值电压的功能。因此，用于单粒子瞬态脉冲效应截面测量的装置，应 该能对不同阈值电压的正脉冲和负脉冲分别进行截面数据的统计，给出准确的SET扰动截 面数据。发明内容本实用新型的目的是针对现有的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量中存在的不足，从而提供一种测量单粒子瞬态脉冲效应截面的装置。该装置通过正负脉冲触发电路实 现对正负单粒子瞬态脉冲的区别性检测，利用正负脉冲整形电路和正负脉冲计数电路，完 成单粒子瞬态脉冲效应截面的测量，同时解决了在地面模拟空间辐射环境中测量单粒子瞬 态脉冲效应截面时，双极性脉冲需要分为正脉冲和负脉冲分别处理的问题。为了实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是一种单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置，其特征在于，该测量装置包括稳压电 源、正负脉冲触发电路、正负脉冲整形电路、正负脉冲计数电路和计数复位电路；所述的稳 压电源输出三路不同输出值的电压，其中两路为正负脉冲触发电路提供工作电压，电压输 出值范围为-15V +15V，另一路为计数复位电路、正负脉冲整形电路和正负脉冲计数电路 提供工作电压，电压输出值为0 +5V ；所述的正负脉冲触发电路，用于完成触发电平的设置，和对输入单粒子瞬态脉冲 信号的甄别、放大；所述的正负脉冲整形电路，用于将甄别、放大后的单粒子瞬态脉冲信号转换成标 准数字信号，从而触发其后的计数电路；所述的正负脉冲计数电路，用于实现对输入的标准数字脉冲信号的计数功能；所述的计数复位电路，用于完成单粒子瞬态脉冲效应截面测量后，对正负脉冲计 数电路进行清零复位。作为上述技术方案的一种改进，所述的正负脉冲触发电路均为高输入阻抗的比较 器，包括正脉冲触发电路和负脉冲触发电路，其一个输入端为单粒子瞬态脉冲输入端，另 一个输入端为比较电路输入端，分别由正压/负压及其输入电阻构成，输出端均连接正负 脉冲整形电路；所述的比较器电路的输入电阻不小于1012Ω、响应速度高于1MHz、转换速率大于 8V/y S。作为上述技术方案的再一种改进，所述的正脉冲触发电路和负脉冲触发电路通过 调节输入电阻阻值对正/负脉冲设定正/负阈值电平。作为上述技术方案的另一种改进，所述的正负脉冲整形电路采用高速数字光电耦 合器组成整形电路，完成高电压信号到标准数字信号的转换，其响应速度应高于IMHz ；经过放大的单粒子瞬态脉冲信号首先通过限流电阻RL，使得发光二极管LED瞬时 发光工作，同时，再在光敏单元PD中将光信号转换成电压信号，最后经过后续的施密特电 路将电压信号转换成标准的数字信号，驱动后续的正负脉冲计数电路。作为上述技术方案的又一种改进，所述的正负脉冲计数电路为工作频率大于IMHz 的十进制计数器驱动7段数码显示管组成。作为上述技术方案的又一种改进，所述的计数复位电路设置在正负脉冲计数电路 的复位端，包括复位开关Sm、RC复位电路、晶体管Q1、开关二级管D1、稳压二极管Zl和复 位信号输出端RST，当计数结束按动复位开关可将计算器的数字归零，以便进行下次计数；所述的复位开关Sm，用于启动复位电路工作；所述的RC复位电路，由Rl、R2、Cl和Ch组成，用于产生复位信号；[0021]所述的晶体管Q1，用于放大以增强电路的负载特性；所述的开关二级管D1，用于增加电容的放电速度；所述的稳压二极管Z1，用于稳定电路的跳变门槛电压。本实用新型的测量单粒子瞬态脉冲效应截面的装置包括三路输出稳压电源、计数复位电路、正负脉冲触发电路、正负脉冲整形电路和正负脉冲计数电路。三路输出稳压电源 能提供+15伏、-15伏和+5伏稳定的电压输出，其中士 15伏为正负脉冲触发电路提供工作 电压，+5伏作为计数复位电路、正负脉冲整形电路和正负脉冲计数电路的工作电压。计数 复位电路是在装置完成单粒子瞬态脉冲效应截面测量后，对正负脉冲计数电路进行清零复 位，以便下次的截面计数从零开始，采用现有的成熟技术。正负脉冲触发电路主要用来完成 触发电平的设置，和输入单粒子瞬态脉冲信号的甄别、放大功能，主要包括触发电平设置电 路和比较器电路，其中的比较器电路的设计指标应达到输入电阻不小于1012Ω、响应速度 高于1MHz、转换速率大于8V/μ s，才能满足地面模拟试验的要求。正负脉冲整形电路用来 将甄别、放大后的单粒子瞬态脉冲信号转换成标准数字信号，从而触发其后的计数电路。本 实用新型中可采用高速数字光电耦合器组成整形电路，完成高电压信号到标准数字信号的 转换，其响应速度应高于1MHz。正负脉冲计数电路由工作频率大于IMHz的十进制计数器驱 动7段数码显示管组成，实现对输入的标准数字脉冲信号的计数功能，正负脉冲计数器的 显示位均达到8位有效数字。本实用新型的优点在于，本实用新型能够满足单粒子瞬态脉冲效应截面的测量， 实现对正负单粒子瞬态脉冲的区别性检测，解决单粒子瞬态脉冲效应截面的测量中，双极 性脉冲需要分为正脉冲和负脉冲分别处理的问题。相比现有技术具有如下优点1、本实用新型具有大于IMHz的响应频率，能满足地面模拟试验中加速器测试注 量率不大于每秒IO6的要求，消除了测量装置由于响应频率不足，而可能存在的单粒子瞬态 脉冲扰动信号的遗漏问题。2、本实用新型具有支持输入电压范围在士 15伏的单粒子瞬态脉冲扰动信号的能 力，加上转换速率大于SV/μ s的触发电路，能满足各种模拟集成电路测试的需求，解决了 模拟集成电路工作电压范围宽的问题。3、本实用新型采用光电耦合器作为正负脉冲整形电路，将装置的触发电路与计数 电路分开，可以避免触发电路存在的不确定扰动产生错误计数。4、本实用新型使用输入电阻不小于IO12 Ω的触发电路，能实现输入单粒子瞬态脉 冲直接驱动正负脉冲触发电路，而不会产生负载效应。当扰动脉冲幅度超过正负阈值设定 值后，并行的正负脉冲触发电路、整形电路与计数电路完成截面数据的直接测量。

图1是本实用新型的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置的原理示意图；图2是本实用新型的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置中的正负脉冲计数复 位电路的电路图；图3是本实用新型的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置中的正负脉冲触发电 路的原理图；[0034]图4是本实用新型的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置中的正负脉冲整形电 路的原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，对本实用新型的结构进行进一步详细的说明。如图1所示，为本实用新型的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置的原理结构框图，包括三路输出稳压电源1、计数复位电路2、正负脉冲触发电路3、正负脉冲整形电路4 和正负脉冲计数电路5。其中，三路输出稳压电源1上设置有5个直流电源接线端子，其中 的+15伏和-15伏端子接正负脉冲触发电路的电源，其它3个+5伏端子分别为计数复位电 路2、正负脉冲整形电路4和正负脉冲计数电路5提供工作电压；计数复位电路2的复位输 出端连接计数电路的复位端口，完成计数电路的复位清零。如图2所示，为计数复位电路的原理图，其中Sm是电路的复位开关，RU R2和Cl 组成RC复位电路，晶体管Ql的放大作用可以增强电路的负载特性，开关二级管Dl用来增 加电容的放电速度，稳压二极管Zl用来稳定电路的跳变门槛电压。如图3所示，为正负脉冲触发电路的原理图，正负脉冲触发电路3的输入端即为整 个装置的单粒子瞬态脉冲输入端口，负责对正负脉冲设定阈值电平，完成超过阈值电压的 扰动信号的放大处理，以便后续电路进行处理计数等操作。A和B均为高输入阻抗的比较 器，调节可变电阻器RVl和RV2实现正负阈值电平的设置；响应频率大于1MHz、转换速率高 于8V/ μ s的比较器，能满足在士 15伏内的单粒子瞬态脉冲信号的触发放大要求。如图4所示，为正负脉冲整形电路的原理图，正负脉冲整形电路4采用光电耦合 器，将经放大的单粒子瞬态脉冲信号转换成标准的数字信号。经过放大的单粒子瞬态脉冲 信号通过限流电阻RL，使得发光二极管LED瞬时发光工作，同时在光敏单元PD中将光信号 转换成电压信号，再经过后续的施密特电路转换成标准的数字信号，驱动后续的计数电路。正负脉冲计数电路5接收来自整形电路的数字信号，分别完成正负脉冲的计数， 并在接收复位信号完成计数的归零。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求一种单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置，其特征在于，该测量装置包括稳压电源、正负脉冲触发电路、正负脉冲整形电路、正负脉冲计数电路和计数复位电路；所述的稳压电源输出三路不同输出值的电压，其中两路为正负脉冲触发电路提供工作电压，电压输出值范围为-15V～+15V，另一路为计数复位电路、正负脉冲整形电路和正负脉冲计数电路提供工作电压，电压输出值为0～+5V；所述的正负脉冲触发电路，用于完成触发电平的设置，和对输入单粒子瞬态脉冲信号的甄别、放大；所述的正负脉冲整形电路，用于将甄别、放大后的单粒子瞬态脉冲信号转换成标准数字信号，从而触发其后的计数电路；所述的正负脉冲计数电路，用于实现对输入的标准数字脉冲信号的计数功能；所述的计数复位电路，用于完成单粒子瞬态脉冲效应截面测量后，对正负脉冲计数电路进行清零复位。
2.根据权利要求1所述的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置，其特征在于，所述的 正负脉冲触发电路均为高输入阻抗的比较器，包括正脉冲触发电路和负脉冲触发电路，其 一个输入端为单粒子瞬态脉冲输入端，另一个输入端为比较电路输入端，分别由正压/负 压及其输入电阻构成，输出端均连接正负脉冲整形电路；所述的比较器电路的输入电阻不小于1012Ω、响应速度高于1MHz、转换速率大于8V/μ S。
3.根据权利要求2所述的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置，其特征在于，所述的 正脉冲触发电路和负脉冲触发电路通过调节输入电阻阻值对正/负脉冲设定正/负阈值电平。
4.根据权利要求1所述的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置，其特征在于，所述的 正负脉冲整形电路采用高速数字光电耦合器组成整形电路，完成高电压信号到标准数字信 号的转换，其响应速度应高于IMHz ；经过放大的单粒子瞬态脉冲信号首先通过限流电阻RL，使得发光二极管LED瞬时发光 工作，同时，再在光敏单元PD中将光信号转换成电压信号，最后经过后续的施密特电路将 电压信号转换成标准的数字信号，驱动后续的正负脉冲计数电路。
5.根据权利要求1所述的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置，其特征在于，所述的 正负脉冲计数电路为工作频率大于IMHz的十进制计数器驱动7段数码显示管组成。
6.根据权利要求1所述的单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置，其特征在于，所述的 计数复位电路设置在正负脉冲计数电路的复位端，包括复位开关Sm、RC复位电路、晶体管 Q1、开关二级管D1、稳压二极管Zl和复位信号输出端RST，当计数结束按动复位开关可将计 算器的数字归零，以便进行下次计数；所述的复位开关Sm，用于启动复位电路工作；所述的RC复位电路，由Rl、R2、Cl和Ch组成，用于产生复位信号；所述的晶体管Q1，用于放大以增强电路的负载特性；所述的开关二级管D1，用于增加电容的放电速度；所述的稳压二极管Zl，用于稳定电路的跳变门槛电压。
专利摘要本实用新型涉及一种单粒子瞬态脉冲效应截面的测量装置，其特征在于，该测量装置包括稳压电源、正负脉冲触发电路、正负脉冲整形电路、正负脉冲计数电路和计数复位电路；所述的稳压电源输出三路不同输出值的电压，其中两路为正负脉冲触发电路提供工作电压，电压输出值范围为-15V～+15V，另一路为计数复位电路、正负脉冲整形电路和正负脉冲计数电路提供工作电压，电压输出值为0～+5V；所述的正负脉冲触发电路，用于完成触发电平的设置，和对输入单粒子瞬态脉冲信号的甄别、放大；所述的正负脉冲整形电路，用于将甄别、放大后的单粒子瞬态脉冲信号转换成标准数字信号；所述的正负脉冲计数电路，用于实现对输入的标准数字脉冲信号的计数功能。
文档编号G01R31/302GK201562039SQ20092024694
公开日2010年8月25日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者安广朋, 封国强, 张振龙, 韩建伟, 马英起 申请人:北京中科九章空间科技发展有限责任公司