[发明专利]一种空间环境下集成电路闩锁保护系统及方法

说明书

本发明涉及一种空间环境下集成电路闩锁保护系统及方法，属于空间环境下的集成电路领域。为了解决空间环境下的集成电路由于单粒子闩锁产生的电流急剧上升，导致系统很难恢复到未闩锁的状态，并且可能导致器件永久性损坏的问题，空间环境下集成电路闩锁保护系统包括FPGA芯片以及多电源供电集成电路，还包括多路电源限流电路，多路电源限流单元包括限流芯片以及MOS管；MOS管的栅极与FPGA芯片的MOS管控制端连接；MOS管的源极与限流芯片的电压输入端连接；MOS管的漏极与限流芯片的电压输出端连接；限流芯片具有使能端以及过流信号输出端，使能端与FPGA芯片的限流使能控制端连接，过流信号输出端与FPGA芯片的过流处理端连接。本发明适用于航空航天电子设备。

技术领域

本发明涉及一种空间环境下集成电路闩锁保护系统及方法，属于空间环境下的集成电路领域。

背景技术

在空间辐射等复杂环境中，电子系统中半导体器件容易受到单粒子闩锁效应的危害而产生异常，会导致电子器件局部电流、功耗增加以及热能累积，若不及时处理，器件温度将持续上升，最终造成永久性烧损，成为不可恢复的故障。因此，针对复杂环境下电子系统的单粒子闩锁效应的电源保护系统值得研究。

在空间环境下，充满了各种粒子，如质子、电子、α粒子、重离子、γ粒子等，这些粒子引起的辐射效应，尤其是单粒子效应，影响着电子设备的可靠性，本文所面向的问题是单粒子闩锁效应带来的影响。单粒子闩锁效应多发生在CMOS集成电路中，出现寄生的PNPN半导体结构，因为有正反馈原理，会产生低阻大电流现象。因为COMS器件本身具有的P+NPN+四层结构，形成两个寄生三极管。如图2所示，P+型漏区，N型阱与P型衬底形成纵向寄生的PNP三级晶体管；N型阱、P型衬底与N+漏区形成横向寄生NPN三级晶体管。一般情况下，寄生的三极管处在高阻关断状态，当高能粒子照射在器件上后，会在位于衬底中引发电子空穴对，能够引起晶体管导通，会有电流通过。因为寄生三极管工作在正向放大区，通过正反馈原理，致使通过寄生三极管的电流一直增加，通过正反馈回路引起大电流再生状态，即闩锁，闩锁出现后，电流可以上升至毫安量级，这样的巨大电流会引起器件局部温度过高，甚至会使器件表面温度达到上百摄氏度。高温将导致器件永久性毁坏。如果器件在闩锁状态，切断输入输出信号也很难回到原来未闩锁的状态，只能切断电源，重新上电，使电路恢复正常工作。

目前的集成电路中，具有多样的电源需求，需要多路电源供电，而且在系统启动过程中，对电源的上电顺序有着比较严格的要求。因此，在多电源供电的集成电路中，对多路电源需要进行集中管理，而且需要较为精确地控制其上电顺序，保证系统能够正常的启动。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的闩锁在使用中可能由于电路急剧上升而导致器件永久性损坏，并且很难回到原来的未闩锁状态的缺点，而提出一种空间环境下集成电路闩锁保护系统及方法，空间环境下集成电路闩锁保护系统包括FPGA芯片以及多电源供电集成电路，还包括多路电源限流电路，其中：

所述多路电源限流电路包括至少一个多路电源限流单元；所述多路电源限流单元包括限流芯片以及MOS管；

所述多电源供电集成电路包括与所述多路电源限流单元个数对应的至少一个电源；

所述MOS管的栅极与所述FPGA芯片的MOS管控制端连接，用于根据从所述MOS管控制端的控制信号进行开启或关断；所述MOS管的源极与所述限流芯片的电压输入端连接；所述MOS管的漏极与所述限流芯片的电压输出端连接；

所述限流芯片具有电压输入端、电压输出端、使能端以及过流信号输出端；所述电压输入端与外部电源连接；所述电压输出端与所述多电源供电集成电路的电压输入端连接，用于控制与所述限流芯片对应的电源上电；所述使能端与所述FPGA芯片的限流使能控制端连接，所述过流信号输出端与FPGA芯片的过流处理端连接。

本发明还提供了一种空间环境下集成电路闩锁保护方法，包括如下步骤：