[发明专利]一种空间单粒子烧毁效应在轨监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明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烧毁效应在轨监测装置及方法。

背景技术

空间单个高能粒子与微电子器件或电路相互作用引起的单粒子效应，是诱发航天器在轨故障和工作异常的重要因素之一。单个高能粒子穿透功率MOSFET器件，在器件内部敏感节点产生大电流，从而诱发的单粒子烧毁效应是一种灾难性失效，会对航天器造成严重损伤，尤其对大量应用功率MOSFET器件的星上二次电源系统会造成致命威胁，严重影响航天器在轨长寿命、高可靠飞行。

随着航天技术的不断发展，星用电子器件的功率将不断增大，同时，随着半导体工艺水平的不断提高，器件的工作电压和功率也都在增大，这使得器件对单粒子效应越来越敏感。而对于广泛应用于卫星电源系统的功率MOSFET器件来说，其工作电压和功率的增大，使得器件对单粒子烧毁效应也越来越敏感。因此，在目前卫星高可靠性、长寿命运行的背景需求下，需要对功率器件的单粒子烧毁效应进行实时检测，为卫星在轨管理和辐射防护提供保障。

目前，随着我国“高分辨率对地观测系统”、“二代导航”、“遥感”、“电子对抗及空间攻防”、“载人航天与月球探测”等航天活动的不断进展，对航天器空间环境及其效应分析、试验、防护、评估等新技术提出了更高的要求。现有的单粒子烧毁监测，主要针对单粒子烧毁的监测和防护开展了大量的研究工作，没有把发生单粒子烧毁时脉冲信号进行全面的检测分析，因此，为了满足现有航天器发展的需求，需要设计一种单粒子烧毁监测方法，该方法不仅要实现大电流时脉冲信号计数，记录单粒子烧毁次数，而且也要实现脉冲信号的脉宽、幅值检测，为此，本发明设计了一种适用于空间单粒子烧毁效应的在轨监测方法，通过对数转换器和脉冲高度分析仪，实现了宽动态范围测量和脉冲信号的脉宽、幅值测量，可全面表征单粒子烧毁效应的特征信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种空间单粒子烧毁效应在轨监测装置及方法，该装置能够满足航天器单粒子烧毁效应的在轨管理和防护需求，该方法不仅能实现单粒子烧毁效应的监测计数以及防护，同时也能准确获取发生单粒子烧毁时的脉冲信息（脉宽、幅值），可为航天器在轨管理和防护设计提供依据，也可进一步完善单粒子烧毁效应的地面试验评价方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种空间单粒子烧毁效应在轨监测装置，包括高压直流可编程电源、限流保护电阻R_B、功率MOSFET、电荷灵敏放大器、对数转换器、脉冲高度分析仪；

所述电荷灵敏放大器包括限流电阻R_L、反馈电阻R_F、去耦电容C_D、去耦电容C_F、电压保持电容C_H和运算放大器；

其连接关系在于：所述限流保护电阻R_B的一端与所述高压直流可编程电源相连，所述限流保护电阻R_B的另一端与所述功率MOSFET的漏极D相连，所述功率MOSFET的栅极G和源极S接地线，所述限流电阻R_L的一端与所述功率MOSFET的漏极D相连，所述限流电阻R_L的另一端与所述去耦电容C_D的一端相连，所述去耦电容C_D的另一端分成四路分别与所述限流电阻R_F、去耦电容C_F、运算放大器的反相端和电压保持电容C_H的一端相连，所述限流电阻R_F、去耦电容C_F的另一端与所述运算放大器的输出端相连，所述电压保持电容C_H的另一端、运算放大器的同相端接电线，所述对数转换器的一端与所述运算放大器的输出端相连，所述对数转换器的另一端与所述脉冲高度分析仪相连；

其监测方法在于：步骤一、高压直流可编程电源为所述的功率MOSFET提供偏置电压，使得功率MOSFET处于工作状态。当发生单粒子烧毁效应时，所述功率MOSFET的漏极D和源极S之间通过大电流；所述限流保护电阻R_B限制流经所述功率MOSFET的电流，避免烧毁所述MOSFET；