一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置制造方法及图纸

一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，属于过流保护领域，解决了现有商业级过流保护芯片在空间环境下可靠性低的问题。所述防护装置：供电电源与CMOS器件构成电气回路。电流采集模块将所述电气回路中的电流信号转换为电压信号。电压比较模块判断转换的电压信号与基准电压信号的大小，当前者小于或等于后者时，开关控制模块通过开关模块使电气回路保持连通，否则，开关控制模块通过开关模块断开所述电气回路。开关定时开启模块用于在电气回路断开后的T时间通过控制开关控制模块和开关模块，使电气回路连通。所述防护装置所采用的电子元器件均为模拟元器件。本发明专利技术所述装置适用于空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应的防护。

【技术实现步骤摘要】
一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置
本专利技术涉及一种CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，属于过流保护领域。
技术介绍
近年来，随着科学技术的发展以及卫星功能需求的转变，微小卫星受到了前所未有的关注。微小卫星具备体积小、重量轻、研制周期短、成本低和发射方式灵活等特点，主要用于通信、对地遥感、行星际探测、科学研究和技术试验等领域，在国际航天领域占有重要的地位。与宇航级电子器件相比，商业级电子器件因具备更低的价格和更优良的性能而得以应用在微小卫星上。商业级电子器件的应用不仅能够提升微小卫星的性能，而且能够更好地满足微小卫星对低成本、小体积和低功耗的需求。但是，在空间环境下，必须保证商业级电子器件的可靠性。空间环境中充斥着大量的高能粒子，例如质子、电子、α粒子、γ粒子和重离子等。这些高能粒子引起的辐射效应，尤其是单粒子闩锁效应，严重影响着电子器件的可靠性。单粒子闩锁效应主要发生在CMOS器件中，该效应会导致CMOS器件局部过流，功耗增加以及热能积累。若不及时处理，CMOS器件的温度将持续上升，最终永久性烧毁，成为不可恢复的故障。当CMOS器件发生单粒子闩锁效应时，无法通过切断输入、输出信号的方式使CMOS器件恢复到未发生闩锁效应的状态，只能通过切断电源再重新上电的方式，使其恢复正常。目前，现有空间环境下商业级CMOS器件的单粒子闩锁效应的防护主要通过商业级过流保护芯片来实现。但是，由于商业因素，过流保护芯片的内部结构未知，其很可能因使用半导体器件而受到空间环境中高能粒子的影响，可靠性无法保证。
技术实现思路
本专利技术为解决现有商业级过流保护芯片在空间环境下可靠性低的问题，提出了一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置。本专利技术所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，供电电源与CMOS器件构成电气回路；所述防护装置包括电流采集模块、电压比较模块、开关控制模块、开关定时开启模块和开关模块；电流采集模块用于将所述电气回路中的电流信号转换为电压信号，并将该电压信号发送至电压比较模块；电压比较模块用于判断其接收到的电压信号与预设的基准电压信号的大小，当前者小于或等于后者时，向开关控制模块发送第一控制信号，否则，向开关控制模块发送第二控制信号；开关控制模块用于根据第一控制信号向开关模块发送第三控制信号，根据第二控制信号向开关模块发送第四控制信号，同时向开关定时开启模块发送第五控制信号；开关模块用于根据第三控制信号控制所述电气回路导通，用于根据第四控制信号控制所述电气回路断开；开关定时开启模块用于根据第五控制信号，在T时间后向开关控制模块发送第六控制信号；开关控制模块还用于根据第六控制信号向开关模块发送第三控制信号；所述防护装置所采用的电子元器件均为模拟元器件。作为优选的是，电流采集模块包括第一电阻R1和仪表放大器U1；第一电阻R1的第一端和第二端分别与仪表放大器U1的同相输入端和反相输入端相连；仪表放大器U1的放大倍数可调；第一电阻R1的第一端与仪表放大器U1的同相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输入端，电流采集模块的电流信号输入端与供电电源的电流信号输出端相连；第一电阻R1的第二端与仪表放大器U1的反相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输出端，电流采集模块的电流信号输出端与开关模块的电流信号输入端相连，开关模块的电流信号输出端与CMOS器件的电流信号输入端相连；仪表放大器U1的输出端为电流采集模块的电压信号输出端。进一步的是，电压比较模块包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电压比较器U2；第二电阻R2的第一端与第一基准电压源的输出端相连，第二电阻R2的第二端同时与第三电阻R3的第一端和第一电压比较器U2的同相输入端相连，第三电阻R3的第二端与电源地相连，第四电阻R4的第一端和第二端分别与第一电压比较器U2的正电源端和输出端相连；第一电压比较器U2的反相输入端为电压比较模块的电压信号输入端，电压比较模块的电压信号输入端与电流采集模块的电压信号输出端相连；第四电阻R4的第二端与第一电压比较器U2的输出端的公共端同时为电压比较模块的第一控制信号输出端和第二控制信号输出端。进一步的是，开关控制模块包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、NPN型三极管Q1和第一P沟道MOS管Q2；第五电阻R5的第一端与NPN型三极管Q1的集电极相连，第五电阻R5的第二端与第一P沟道MOS管Q2的栅极相连，NPN型三极管Q1的发射极与电源地相连，NPN型三极管Q1的基极与第六电阻R6的第一端相连，第六电阻R6的第二端同时与第一P沟道MOS管Q2的漏极和第七电阻R7的第一端相连，第七电阻R7的第二端与电源地相连，第一P沟道MOS管Q2的源极与外接电压源相连；第五电阻R5与NPN型三极管Q1的公共端同时为开关控制模块的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端和第五控制信号输出端；第六电阻R6、第七电阻R7与第一P沟道MOS管Q2的公共端同时为开关控制模块的第三控制信号输出端和第四控制信号输出端；第五电阻R5与第一P沟道MOS管Q2的公共端为开关控制模块的第六控制信号输入端。进一步的是，开关定时开启模块包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、电容C、第二电压比较器U3和PNP型三极管Q3；第八电阻R8的第一端与第二基准电压源相连，第八电阻R8的第二端同时与第九电阻R9的第一端和第二电压比较器U3的反相输入端相连，第九电阻R9的第二端与电源地相连；第二电压比较器U3的同相输入端同时与第十电阻R10的第一端和电容C的第一端相连，电容C的第二端与电源地相连；第二电压比较器U3的输出端同时与第十一电阻R11的第一端和PNP型三极管Q3的基极相连，第十一电阻R11的第二端与第二电压比较器U3的正电源端相连，PNP型三极管Q3的集电极与外接电压源相连；第十电阻R10的第二端为开关定时开启模块的第五控制信号输入端，并与电压比较模块的第一控制信号输出端相连；PNP型三极管Q3的发射极为开关定时开启模块的第六控制信号输出端。进一步的是，开关模块包括第十二电阻R12、第十三电阻R13和第二P沟道MOS管Q4；第十二电阻R12的第一端与第二P沟道MOS管Q4的源极相连，第十二电阻R12的第二端同时与第二P沟道MOS管Q4的栅极和第十三电阻R13的第一端相连；第十二电阻R12的第一端与第二P沟道MOS管Q4的源极的公共端为开关模块的电流信号输入端；第十三电阻R13的第二端与开关控制模块的第三控制信号输出端相连；第二P沟道MOS管Q4的漏极为开关模块的电流信号输出端。作为优选的是，电压比较模块包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电压比较器U2；第二电阻R2的第一端与第一基准电压源的输出端相连，第二电阻R2的第二端同时与第三电阻R3的第一端和第一电压比较器U2的反相输入端相连，第三电阻R3的第二端与电源地相连，第四电阻R4的第一端和第二端分别与第一电压比较器U2的正电源端和输出端相连；第一电压比较器U2的正相输入端为电压比较模块的电压信号输入端，电压比较模块的电压信号输入端与电流采集模块的电压信号输出端相连；第四电阻R4的第二端与第一电压比较器U2的输出端的公共端同时为电压比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，其特征在于，供电电源与CMOS器件构成电气回路；所述防护装置包括电流采集模块、电压比较模块、开关控制模块、开关定时开启模块和开关模块；电流采集模块用于将所述电气回路中的电流信号转换为电压信号，并将该电压信号发送至电压比较模块；电压比较模块用于判断其接收到的电压信号与预设的基准电压信号的大小，当前者小于或等于后者时，向开关控制模块发送第一控制信号，否则，向开关控制模块发送第二控制信号；开关控制模块用于根据第一控制信号向开关模块发送第三控制信号，根据第二控制信号向开关模块发送第四控制信号，同时向开关定时开启模块发送第五控制信号；开关模块用于根据第三控制信号控制所述电气回路导通，用于根据第四控制信号控制所述电气回路断开；开关定时开启模块用于根据第五控制信号，在T时间后向开关控制模块发送第六控制信号；开关控制模块还用于根据第六控制信号向开关模块发送第三控制信号；所述防护装置所采用的电子元器件均为模拟元器件。

【技术特征摘要】
1.一种空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，其特征在于，供电电源与CMOS器件构成电气回路；所述防护装置包括电流采集模块、电压比较模块、开关控制模块、开关定时开启模块和开关模块；电流采集模块用于将所述电气回路中的电流信号转换为电压信号，并将该电压信号发送至电压比较模块；电压比较模块用于判断其接收到的电压信号与预设的基准电压信号的大小，当前者小于或等于后者时，向开关控制模块发送第一控制信号，否则，向开关控制模块发送第二控制信号；开关控制模块用于根据第一控制信号向开关模块发送第三控制信号，根据第二控制信号向开关模块发送第四控制信号，同时向开关定时开启模块发送第五控制信号；开关模块用于根据第三控制信号控制所述电气回路导通，用于根据第四控制信号控制所述电气回路断开；开关定时开启模块用于根据第五控制信号，在T时间后向开关控制模块发送第六控制信号；开关控制模块还用于根据第六控制信号向开关模块发送第三控制信号；所述防护装置所采用的电子元器件均为模拟元器件。2.如权利要求1所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，其特征在于，电流采集模块包括第一电阻(R1)和仪表放大器(U1)；第一电阻(R1)的第一端和第二端分别与仪表放大器(U1)的同相输入端和反相输入端相连；仪表放大器(U1)的放大倍数可调；第一电阻(R1)的第一端与仪表放大器(U1)的同相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输入端，电流采集模块的电流信号输入端与供电电源的电流信号输出端相连；第一电阻(R1)的第二端与仪表放大器(U1)的反相输入端的公共端为电流采集模块的电流信号输出端，电流采集模块的电流信号输出端与开关模块的电流信号输入端相连，开关模块的电流信号输出端与CMOS器件的电流信号输入端相连；仪表放大器(U1)的输出端为电流采集模块的电压信号输出端。3.如权利要求2所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，其特征在于，电压比较模块包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第一电压比较器(U2)；第二电阻(R2)的第一端与第一基准电压源的输出端相连，第二电阻(R2)的第二端同时与第三电阻(R3)的第一端和第一电压比较器(U2)的同相输入端相连，第三电阻(R3)的第二端与电源地相连，第四电阻(R4)的第一端和第二端分别与第一电压比较器(U2)的正电源端和输出端相连；第一电压比较器(U2)的反相输入端为电压比较模块的电压信号输入端，电压比较模块的电压信号输入端与电流采集模块的电压信号输出端相连；第四电阻(R4)的第二端与第一电压比较器(U2)的输出端的公共端同时为电压比较模块的第一控制信号输出端和第二控制信号输出端。4.如权利要求3所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，其特征在于，开关控制模块包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、NPN型三极管(Q1)和第一P沟道MOS管(Q2)；第五电阻(R5)的第一端与NPN型三极管(Q1)的集电极相连，第五电阻(R5)的第二端与第一P沟道MOS管(Q2)的栅极相连，NPN型三极管(Q1)的发射极与电源地相连，NPN型三极管(Q1)的基极与第六电阻(R6)的第一端相连，第六电阻(R6)的第二端同时与第一P沟道MOS管(Q2)的漏极和第七电阻(R7)的第一端相连，第七电阻(R7)的第二端与电源地相连，第一P沟道MOS管(Q2)的源极与外接电压源相连；第五电阻(R5)与NPN型三极管(Q1)的公共端同时为开关控制模块的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端和第五控制信号输出端；第六电阻(R6)、第七电阻(R7)与第一P沟道MOS管(Q2)的公共端同时为开关控制模块的第三控制信号输出端和第四控制信号输出端；第五电阻(R5)与第一P沟道MOS管(Q2)的公共端为开关控制模块的第六控制信号输入端。5.如权利要求4所述的空间环境下CMOS器件单粒子闩锁效应防护装置，其特征在于，开关定时开启模块包括第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、电容(C)、第二电压比较器(U3)和PNP型三极管(Q3)；第八电阻(R8)的第一端与第二基准电压源相连，第八电阻(R8)的第二端同时与第九电阻(R9)的第一端和第二电压比较器(U3)的反相输入端相连，第九电阻(R9)的第二端与电源地相连；第二电压比较器(U3)的同相输入端同时与第十电阻(R10)的第一端和电容(C)的第一端相连，电容(C)的第二端与电源地相连；第二电压比较器(U3)的输出端同时与第十一电阻(R11)的第一端和PNP型三极管(Q3)的基极相连，第十一电阻(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少军，郭玥，李攀，马宁，彭宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23