一种空间单粒子锁定效应在轨监测方法技术

本发明专利技术属于空间辐射效应及加固技术领域，具体涉及一种空间单粒子锁定效应在轨监测方法。该方法基于精密电阻、过流检测电路、计数锁存器、锁定防护开关电路、电源系统、看门狗计数电路；所述看门狗计数电路分为两级，所述精密电阻和过流检测电路相连，所述过流检测电路还与所述计数锁存器和锁定防护开关电路相连，所述锁定防护开关电路还与所述看门狗计数电路和电源系统相连；该检测方法能够实现不同轨道环境的空间单粒子锁定效应监测，同时为深空探测单粒子锁定效应监测及评估提供了一种快速准确的通用性方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间辐射效应及加固
，具体涉及。
技术介绍
空间单个带电粒子与电子器件相互作用引起的单粒子效应，是影响航天器在轨安全运行的主要因素之一。CMOS器件因其功耗低、受噪音干扰小等优点，被广泛应用于航天器电子系统中。但是单个高能粒子在CMOS器件中引发的单粒子锁定效应，能在极短的时间内对硬件造成永久性的破坏，导致航天器电子系统失效，严重影响航天器的在轨寿命。随着半导体工艺技术不断发展，电子器件的集成度越来越高，特征尺寸越来越小，使得其对单粒子锁定效应的敏感性也越来越强。为了满足航天器长寿命、高可靠性的需求，为卫星在轨管理和故障处理提供支持，这对器件的单粒子锁定效应在轨监测及防护提出了新的需求。同时，“十二五”及其以后，我国中高轨道航天器数量增多，其轨道环境恶劣，使得器件遭受空间辐射的机率越来越大，受辐射危害的程度也越来越严重，以前极少发生的单粒子锁定现象开始变得越来越突出。为了更好的进行航天器在轨管理，需要对不同轨道环境发生单粒子锁定效应的机率和频度进行准确监测，以便为卫星在轨受危害程度做出准确的评价，这使得对单粒子锁定效应的在轨准确监测及防护设计提出了更进一步的需求。目前，现有的单粒子锁定效应监测及防护方法仅仅是针对过电流引起的单粒子锁定效应，对于“微锁定”没有进行消除，这使得这些监测及防护方法不能广泛应用于空间在轨监测中。为此，本专利技术提出了一种通用性的单粒子锁定效应监测方法，其具有过流监测速度快、能及时消除“微锁定”等特点，可为不同轨道环境卫星在轨管理和故障处理提供工程支持。对单粒子锁定效应的`监测，一般是通过精密电阻和过流检测电路间接进行的。为了防止SEL引起的过电流导致芯片烧毁，还需要在器件的供电电路上采取限流的保护措施。SEL发生的次数可根据保护电路的动作次数来统计，保护电路进入一次过流保护表明发生了一次SEL。但是，SEL中还存在一种现象叫“单粒子微锁定”，即高能粒子入射芯片导致寄生晶体管导通后，电路电流瞬间增大引起晶体管的偏置电压下降，是寄生晶体管不能维持导通，从而使锁定电流短时间后自行消失，不能引起保护电路的动作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计，该方法能够满足空间单粒子锁定效应在轨监测以及辐射防护的需求，该方法能够实现对单粒子锁定效应的在轨监测，可为航天器在轨管理提供支持，也可进一步完善单粒子锁定效应的地面试验评价方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是，该方法基于精密电阻、过流检测电路、计数锁存器、锁定防护开关电路、电源系统、看门狗计数电路；所述看门狗计数电路分为两级，所述精密电阻和过流检测电路相连，所述过流检测电路还与所述计数锁存器和锁定防护开关电路相连，所述锁定防护开关电路还与所述看门狗计数电路和电源系统相连；监测步骤在于:步骤一、空间单粒子撞击被测对象，被沉积的电荷所触发，引起过电流；步骤二、所述精密电阻检测到过电流并将过电流信号发送至所述过流检测电路；步骤三、所述过流检测电路接收到过电流信号后，与初始设置的阈值电流进行比较，若过电流超过了阈值电流，此时所述过流检测电路触发过流控制信号，并将过流控制信号发送至所述锁定防护开关电路和计数锁存器；所述计数锁存器进行计数并记录电流值；步骤四、所述锁定防护开关电路接收到过流控制信号后切断电源系统；第一级看门狗计数电路为周期性的复位；当第一级看门狗计数电路连续三次以上或者五秒内未恢复，则直接启动第二级看门狗计数电路，第二级看门狗计数电路启动后切断电源系统。本专利技术的优点和有益效果在于:一、能够实现不同轨道环境的空间单粒子锁定效应监测，同时为深空探测单粒子锁定效应监测及评估提供了一种快速准确的通用性方法。二、由于还包括看门狗计数电路，所述看门狗计数电路与所述锁定防护开关电路相连。所述看门狗计数电路分为两级，第一级看门狗计数电路为周期性的复位；当第一级看门狗计数电路连续三次以上或者五秒内未恢复，则直接启动第二级看门狗计数电路，第二级看门狗计数电路启动后切断电源系统。在监测单粒子锁定效应时，时常会出现“微锁定”现象，表现为器件进入锁定状态后，工作电流在正常操作电流允许的范围内，甚至并不增大，电源电压也正常，但器件不再响应外部控制信号，处于“死机”状态，这时同样必须切断供电电源并重新加电，才能恢复正常工作。当发生“微锁定”时，设计采用两级看门狗计数技术解决:第一级的看门狗设在局部的电路板中作为一个“自报正常”的装置，通过软件的方法对该看门狗周期性的复位，如果局部电路死机，看门狗计数到预定时间将被触发，就会强制发出一个复位脉冲到局部电路。如果这样的复位脉冲发生了连续的N次或者是没有能够在X秒内恢复电路板，第二级的看门狗被触发而将整个电路的电源切断。【附图说明】图1为本专利技术的示意图；图2为本专利技术的监测流程图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术的【具体实施方式】作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术具体实施的技术方案是:，该方法基于精密电阻、过流检测电路、计数锁存器、锁定防护开关电路、电源系统、看门狗计数电路；所述看门狗计数电路分为两级，所述精密电阻和过流检测电路相连，所述过流检测电路还与所述计数锁存器和锁定防护开关电路相连，所述锁定防护开关电路还与所述看门狗计数电路和电源系统相连；监测步骤在于:步骤一、空间单粒子撞击被测对象，被沉积的电荷所触发，引起过电流；步骤二、所述精密电阻检测到过电流并将过电流信号发送至所述过流检测电路；步骤三、所述过流检测电路接收到过电流信号后，与阈值电流进行比较，若超过阈值电流，则说明发生了单粒子锁定效应，此时触发过流控制信号；然后将过流控制信号发送至所述锁定防护开关电路和计数锁存器；所述计数锁存器进行计数并记录电流值；步骤四、所述锁定防护开关电路接收到过流控制信号后切断电源系统；第一级看门狗计数电路为周期性的复位；当第一级看门狗计数电路连续三次以上或者五秒内未恢复，则直接启动第二级看门狗计数电路，第二级看门狗计数电路启动后切断电源系统。如图2所示，空间单粒子锁定效应监测中，首先在设计航天器电子电路系统时将本专利技术的单粒子锁定监测装置考虑到其中，并在电子电路系统的关键器件周围设计单粒子锁定监测装置，然后利用空间单粒子锁定效应监测装置实时监测航天器不同电子系统的单粒子锁定效应，其具体流程如下:①精密电阻实时检测流经被测对象的工作电流，过流检测电路根据预设的电流阈值对被测对象的工作电流进行比对分析。②若工作电流超过了阈值电流，则判定发生了单粒子锁定效应。此时，记录单粒子锁定次数，并锁存过电流脉冲的特征信息(脉宽、幅值)。同时，提供一个过流控制信号，启动锁定防护开关电路，切断电源系统并重新加电，再重复步骤①、②，直到满足试验要求结束试验。③若工作电流处于正常工作允许的范围，但器件不再响应外部控制信号，处于“死机”状态，则判定局部发生了单粒子微锁定。此时，第一级的Watchdog (看门狗)设在局部的电路板中作为一个“自报正常”的装置，通过软件的方法对该Watchdog周期性的复位，如果局部电路死机，Watchdog计数到预定时间将被触发，就会强制发出一个复位脉冲到局部电路。如果这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间单粒子锁定效应在轨监测方法，该方法基于精密电阻、过流检测电路、计数锁存器、锁定防护开关电路、电源系统、看门狗计数电路；所述看门狗计数电路分为两级，所述精密电阻和过流检测电路相连，所述过流检测电路还与所述计数锁存器和锁定防护开关电路相连，所述锁定防护开关电路还与所述看门狗计数电路和电源系统相连；监测步骤在于：步骤一、空间单粒子撞击被测对象，被沉积的电荷所触发，引起过电流；步骤二、所述精密电阻检测到过电流并将过电流信号发送至所述过流检测电路；步骤三、所述过流检测电路接收到过电流信号后，与阈值电流进行比较，若超过阈值电流，触发过流控制信号；然后将过流控制信号发送至所述锁定防护开关电路和计数锁存器；所述计数锁存器进行计数并记录电流值；步骤四、所述锁定防护开关电路接收到过流控制信号后切断电源系统；第一级看门狗计数电路为周期性的复位；当第一级看门狗计数电路连续三次以上或者五秒内未恢复，则直接启动第二季看门狗计数电路，第二级看门狗计数电路启动后切断电源系统。

【技术特征摘要】
1.一种空间单粒子锁定效应在轨监测方法，该方法基于精密电阻、过流检测电路、计数锁存器、锁定防护开关电路、电源系统、看门狗计数电路；所述看门狗计数电路分为两级，所述精密电阻和过流检测电路相连，所述过流检测电路还与所述计数锁存器和锁定防护开关电路相连，所述锁定防护开关电路还与所述看门狗计数电路和电源系统相连； 监测步骤在于: 步骤一、空间单粒子撞击被测对象，被沉积的电荷所触发，弓I起过电流； 步骤二、所述精密电阻检测到过电流并将过电流信...

【专利技术属性】
技术研发人员：安恒，薛玉雄，杨生胜，把得东，汤道坦，马亚莉，柳青，曹洲，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：