一種空間單粒子鎖定效應(yīng)在軌監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于空間輻射效應(yīng)及加固【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種空間單粒子鎖定效應(yīng)在軌監(jiān)測方法。該方法基于精密電阻、過流檢測電路、計數(shù)鎖存器、鎖定防護(hù)開關(guān)電路、電源系統(tǒng)、看門狗計數(shù)電路；所述看門狗計數(shù)電路分為兩級，所述精密電阻和過流檢測電路相連，所述過流檢測電路還與所述計數(shù)鎖存器和鎖定防護(hù)開關(guān)電路相連，所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路還與所述看門狗計數(shù)電路和電源系統(tǒng)相連；該檢測方法能夠?qū)崿F(xiàn)不同軌道環(huán)境的空間單粒子鎖定效應(yīng)監(jiān)測，同時為深空探測單粒子鎖定效應(yīng)監(jiān)測及評估提供了一種快速準(zhǔn)確的通用性方法。
【專利說明】一種空間單粒子鎖定效應(yīng)在軌監(jiān)測方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間輻射效應(yīng)及加固【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種空間單粒子鎖定效應(yīng)在軌監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空間單個帶電粒子與電子器件相互作用引起的單粒子效應(yīng)，是影響航天器在軌安全運(yùn)行的主要因素之一。CMOS器件因其功耗低、受噪音干擾小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航天器電子系統(tǒng)中。但是單個高能粒子在CMOS器件中引發(fā)的單粒子鎖定效應(yīng)，能在極短的時間內(nèi)對硬件造成永久性的破壞，導(dǎo)致航天器電子系統(tǒng)失效，嚴(yán)重影響航天器的在軌壽命。
[0003]隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)不斷發(fā)展，電子器件的集成度越來越高，特征尺寸越來越小，使得其對單粒子鎖定效應(yīng)的敏感性也越來越強(qiáng)。為了滿足航天器長壽命、高可靠性的需求，為衛(wèi)星在軌管理和故障處理提供支持，這對器件的單粒子鎖定效應(yīng)在軌監(jiān)測及防護(hù)提出了新的需求。同時，“十二五”及其以后，我國中高軌道航天器數(shù)量增多，其軌道環(huán)境惡劣，使得器件遭受空間輻射的機(jī)率越來越大，受輻射危害的程度也越來越嚴(yán)重，以前極少發(fā)生的單粒子鎖定現(xiàn)象開始變得越來越突出。為了更好的進(jìn)行航天器在軌管理，需要對不同軌道環(huán)境發(fā)生單粒子鎖定效應(yīng)的機(jī)率和頻度進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測，以便為衛(wèi)星在軌受危害程度做出準(zhǔn)確的評價，這使得對單粒子鎖定效應(yīng)的在軌準(zhǔn)確監(jiān)測及防護(hù)設(shè)計提出了更進(jìn)一步的需求。
[0004]目前，現(xiàn)有的單粒子鎖定效應(yīng)監(jiān)測及防護(hù)方法僅僅是針對過電流引起的單粒子鎖定效應(yīng)，對于“微鎖定”沒有進(jìn)行消除，這使得這些監(jiān)測及防護(hù)方法不能廣泛應(yīng)用于空間在軌監(jiān)測中。為此，本發(fā)明提出了一種通用性的單粒子鎖定效應(yīng)監(jiān)測方法，其具有過流監(jiān)測速度快、能及時消除“微鎖定”等特點，可為不同軌道環(huán)境衛(wèi)星在軌管理和故障處理提供工程支持。
[0005]對單粒子鎖定效應(yīng)的`監(jiān)測，一般是通過精密電阻和過流檢測電路間接進(jìn)行的。為了防止SEL引起的過電流導(dǎo)致芯片燒毀，還需要在器件的供電電路上采取限流的保護(hù)措施。SEL發(fā)生的次數(shù)可根據(jù)保護(hù)電路的動作次數(shù)來統(tǒng)計，保護(hù)電路進(jìn)入一次過流保護(hù)表明發(fā)生了一次SEL。但是，SEL中還存在一種現(xiàn)象叫“單粒子微鎖定”，即高能粒子入射芯片導(dǎo)致寄生晶體管導(dǎo)通后，電路電流瞬間增大引起晶體管的偏置電壓下降，是寄生晶體管不能維持導(dǎo)通，從而使鎖定電流短時間后自行消失，不能引起保護(hù)電路的動作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，設(shè)計一種空間單粒子鎖定效應(yīng)在軌監(jiān)測方法，該方法能夠滿足空間單粒子鎖定效應(yīng)在軌監(jiān)測以及輻射防護(hù)的需求，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對單粒子鎖定效應(yīng)的在軌監(jiān)測，可為航天器在軌管理提供支持，也可進(jìn)一步完善單粒子鎖定效應(yīng)的地面試驗評價方法。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種空間單粒子鎖定效應(yīng)在軌監(jiān)測方法，該方法基于精密電阻、過流檢測電路、計數(shù)鎖存器、鎖定防護(hù)開關(guān)電路、電源系統(tǒng)、看門狗計數(shù)電路；所述看門狗計數(shù)電路分為兩級，所述精密電阻和過流檢測電路相連，所述過流檢測電路還與所述計數(shù)鎖存器和鎖定防護(hù)開關(guān)電路相連，所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路還與所述看門狗計數(shù)電路和電源系統(tǒng)相連；
[0008]監(jiān)測步驟在于:
[0009]步驟一、空間單粒子撞擊被測對象，被沉積的電荷所觸發(fā)，引起過電流；
[0010]步驟二、所述精密電阻檢測到過電流并將過電流信號發(fā)送至所述過流檢測電路；
[0011]步驟三、所述過流檢測電路接收到過電流信號后，與初始設(shè)置的閾值電流進(jìn)行比較，若過電流超過了閾值電流，此時所述過流檢測電路觸發(fā)過流控制信號，并將過流控制信號發(fā)送至所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路和計數(shù)鎖存器；所述計數(shù)鎖存器進(jìn)行計數(shù)并記錄電流值；
[0012]步驟四、所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路接收到過流控制信號后切斷電源系統(tǒng)；第一級看門狗計數(shù)電路為周期性的復(fù)位；當(dāng)?shù)谝患壙撮T狗計數(shù)電路連續(xù)三次以上或者五秒內(nèi)未恢復(fù)，則直接啟動第二級看門狗計數(shù)電路，第二級看門狗計數(shù)電路啟動后切斷電源系統(tǒng)。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于:
[0014]一、能夠?qū)崿F(xiàn)不同軌道環(huán)境的空間單粒子鎖定效應(yīng)監(jiān)測，同時為深空探測單粒子鎖定效應(yīng)監(jiān)測及評估提供了一種快速準(zhǔn)確的通用性方法。
[0015]二、由于還包括看門狗計數(shù)電路，所述看門狗計數(shù)電路與所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路相連。所述看門狗計數(shù)電路分為兩級，第一級看門狗計數(shù)電路為周期性的復(fù)位；當(dāng)?shù)谝患壙撮T狗計數(shù)電路連續(xù)三次以上或者五秒內(nèi)未恢復(fù)，則直接啟動第二級看門狗計數(shù)電路，第二級看門狗計數(shù)電路啟動后切斷電源系統(tǒng)。在監(jiān)測單粒子鎖定效應(yīng)時，時常會出現(xiàn)“微鎖定”現(xiàn)象，表現(xiàn)為器件進(jìn)入鎖定狀態(tài)后，工作電流在正常操作電流允許的范圍內(nèi)，甚至并不增大，電源電壓也正常，但器件不再響應(yīng)外部控制信號，處于“死機(jī)”狀態(tài)，這時同樣必須切斷供電電源并重新加電，才能恢復(fù)正常工作。當(dāng)發(fā)生“微鎖定”時，設(shè)計采用兩級看門狗計數(shù)技術(shù)解決:第一級的看門狗設(shè)在局部的電路板中作為一個“自報正常”的裝置，通過軟件的方法對該看門狗周期性的復(fù)位，如果局部電路死機(jī)，看門狗計數(shù)到預(yù)定時間將被觸發(fā)，就會強(qiáng)制發(fā)出一個復(fù)位脈沖到局部電路。如果這樣的復(fù)位脈沖發(fā)生了連續(xù)的N次或者是沒有能夠在X秒內(nèi)恢復(fù)電路板，第二級的看門狗被觸發(fā)而將整個電路的電源切斷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的監(jiān)測流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步描述，以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明具體實施的技術(shù)方案是:一種空間單粒子鎖定效應(yīng)在軌監(jiān)測方法，該方法基于精密電阻、過流檢測電路、計數(shù)鎖存器、鎖定防護(hù)開關(guān)電路、電源系統(tǒng)、看門狗計數(shù)電路；所述看門狗計數(shù)電路分為兩級，所述精密電阻和過流檢測電路相連，所述過流檢測電路還與所述計數(shù)鎖存器和鎖定防護(hù)開關(guān)電路相連，所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路還與所述看門狗計數(shù)電路和電源系統(tǒng)相連；[0020]監(jiān)測步驟在于:
[0021]步驟一、空間單粒子撞擊被測對象，被沉積的電荷所觸發(fā)，引起過電流；
[0022]步驟二、所述精密電阻檢測到過電流并將過電流信號發(fā)送至所述過流檢測電路；
[0023]步驟三、所述過流檢測電路接收到過電流信號后，與閾值電流進(jìn)行比較，若超過閾值電流，則說明發(fā)生了單粒子鎖定效應(yīng)，此時觸發(fā)過流控制信號；然后將過流控制信號發(fā)送至所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路和計數(shù)鎖存器；所述計數(shù)鎖存器進(jìn)行計數(shù)并記錄電流值；
[0024]步驟四、所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路接收到過流控制信號后切斷電源系統(tǒng)；第一級看門狗計數(shù)電路為周期性的復(fù)位；當(dāng)?shù)谝患壙撮T狗計數(shù)電路連續(xù)三次以上或者五秒內(nèi)未恢復(fù)，則直接啟動第二級看門狗計數(shù)電路，第二級看門狗計數(shù)電路啟動后切斷電源系統(tǒng)。
[0025]如圖2所示，空間單粒子鎖定效應(yīng)監(jiān)測中，首先在設(shè)計航天器電子電路系統(tǒng)時將本發(fā)明的單粒子鎖定監(jiān)測裝置考慮到其中，并在電子電路系統(tǒng)的關(guān)鍵器件周圍設(shè)計單粒子鎖定監(jiān)測裝置，然后利用空間單粒子鎖定效應(yīng)監(jiān)測裝置實時監(jiān)測航天器不同電子系統(tǒng)的單粒子鎖定效應(yīng)，其具體流程如下:
[0026]①精密電阻實時檢測流經(jīng)被測對象的工作電流，過流檢測電路根據(jù)預(yù)設(shè)的電流閾值對被測對象的工作電流進(jìn)行比對分析。
[0027]②若工作電流超過了閾值電流，則判定發(fā)生了單粒子鎖定效應(yīng)。此時，記錄單粒子鎖定次數(shù)，并鎖存過電流脈沖的特征信息(脈寬、幅值)。同時，提供一個過流控制信號，啟動鎖定防護(hù)開關(guān)電路，切斷電源系統(tǒng)并重新加電，再重復(fù)步驟①、②，直到滿足試驗要求結(jié)束試驗。
[0028]③若工作電流處于正常工作允許的范圍，但器件不再響應(yīng)外部控制信號，處于“死機(jī)”狀態(tài)，則判定局部發(fā)生了單粒子微鎖定。此時，第一級的Watchdog (看門狗)設(shè)在局部的電路板中作為一個“自報正?！钡难b置，通過軟件的方法對該Watchdog周期性的復(fù)位，如果局部電路死機(jī)，Watchdog計數(shù)到預(yù)定時間將被觸發(fā)，就會強(qiáng)制發(fā)出一個復(fù)位脈沖到局部電路。如果這樣的復(fù)位脈沖發(fā)生了連續(xù)的N次或者是沒有能夠在X秒內(nèi)恢復(fù)電路板，第二級的Watchdog被觸發(fā)而將整個電路的電源切斷。
[0029]④檢測到微鎖定之后，進(jìn)行復(fù)位并重啟電源，再重復(fù)步驟①、②、③，直到滿足試驗要求結(jié)束試驗。
[0030]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種空間單粒子鎖定效應(yīng)在軌監(jiān)測方法，該方法基于精密電阻、過流檢測電路、計數(shù)鎖存器、鎖定防護(hù)開關(guān)電路、電源系統(tǒng)、看門狗計數(shù)電路；所述看門狗計數(shù)電路分為兩級，所述精密電阻和過流檢測電路相連，所述過流檢測電路還與所述計數(shù)鎖存器和鎖定防護(hù)開關(guān)電路相連，所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路還與所述看門狗計數(shù)電路和電源系統(tǒng)相連； 監(jiān)測步驟在于: 步驟一、空間單粒子撞擊被測對象，被沉積的電荷所觸發(fā)，弓I起過電流； 步驟二、所述精密電阻檢測到過電流并將過電流信號發(fā)送至所述過流檢測電路；步驟三、所述過流檢測電路接收到過電流信號后，與閾值電流進(jìn)行比較，若超過閾值電流，觸發(fā)過流控制信號；然后將過流控制信號發(fā)送至所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路和計數(shù)鎖存器；所述計數(shù)鎖存器進(jìn)行計數(shù)并記錄電流值； 步驟四、所述鎖定防護(hù)開關(guān)電路接收到過流控制信號后切斷電源系統(tǒng)；第一級看門狗計數(shù)電路為周期性的復(fù)位；當(dāng)?shù)谝患壙撮T狗計數(shù)電路連續(xù)三次以上或者五秒內(nèi)未恢復(fù)，則直接啟動第二季看門狗計數(shù)電路，第二級看門狗計數(shù)電路啟動后切斷電源系統(tǒng)。
【文檔編號】H02H3/08GK103701087SQ201310619154
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】安恒, 薛玉雄, 楊生勝, 把得東, 湯道坦, 馬亞莉, 柳青, 曹洲 申請人:蘭州空間技術(shù)物理研究所