[发明专利]一种空间相机CMOS图像传感器锁定防护方法和系统

说明书

本发明公开了一种空间相机CMOS图像传感器锁定防护系统和方法，解决现有系统和方法存在的适用范围小、限流阈值为固定值，难以和被保护器件的锁定电流匹配、不能使被保护器件脱离锁定状态、容易造成误判、影响CMOS图像传感器寿命等缺点。空间相机CMOS图像传感器锁定防护系统由包括DC‑DC模块、磁保持继电器、精密电阻、限流型低压差调整器、精准运算放大器、A/D转换模块、相机控制器CPU、指令驱动器和非易失存储器组成。空间相机CMOS图像传感器锁定防护方法通过以CMOS图像传感器工作电流最高波动频率10倍以上的频率启动A/D转换，并连续采样2个CMOS图像传感器工作电流最长波动周期以上，并且CMOS图像传感器正常工作对应的码值范围可在航天器发射后修改等来避免误判。

技术领域

本发明一般涉及采用CMOS图像传感器的空间相机，且更具体的说，涉及空间相机CMOS图像传感器锁定防护系统和方法。

背景技术

空间相机以航天器为观测平台，对地球或月球、火星等其他星体成像。宇宙空间(尤其是地球大气层外的宇宙空间)存在γ射线、X射线、电子、质子、中子以及各种重离子，其辐射效应会使空间相机中的光电器件受损，导致空间相机工作异常或故障。空间辐射对空间相机的辐射效应主要包括辐射总剂量、单粒子效应和和位移效应。其中单粒子效应是指单个高能粒子撞击对电子器件的瞬间扰动或是永久性的损伤，分为单粒子功能中断效应(也称为单粒子反转效应，Single Event Upset，简称SEU)和单粒子锁定效应(也称为单粒子栓锁效应，Single Event Latch，简称SEL)。单粒子锁定效应如果没有很好的防护措施，可能导致低阻态产生的大电流将器件内金属线熔断，造成永久性损伤，甚至将器件烧毁、无法恢复。

空间相机一般采用电荷耦合器件(Charge Couple Device，CCD)或CMOS作为图像传感器进行光电转换，随着CMOS图像传感器技术的发展，其逐渐替代CCD，在空间相机中应用也变得越来越广泛。当CMOS图像传感器发生单粒子锁定时，供电电流会急剧增加，如果没有防护措施，会导致CMOS图像传感器受损甚至直接报废。目前在空间相机中通常采用在供电回路中加入限流电阻或限流型低压差调整器(也称为低压差线性稳压器，Low DropoutRegulator，简称LDO)的方法进行锁定防护(郭永飞.遥感CCD相机的抗辐射策略研究.中国光学与应用光学，2010，3(6):534-545)。然而，在供电回路中加入限流电阻的方法只能用于动态工作电流10mA、且闩锁电流/工作电流>20的CMOS集成器件。

限流型低压差调整器的特点是当其输出电流超过阈值时，维持输出电流为阈值大小，避免电流过大将图像传感器直接烧毁，该阈值和限流型低压差调整器的型号有关，如MAX883为430mA(见MAX883数据手册)。然而，这种方法的依然存在着以下弊端：

首先，由于限流型低压差调整器的阈值和限流型低压差调整器型号有关(一般为固定值)，难以和被保护器件的锁定电流匹配。当被保护器件的锁定电流比限流型低压差调整器的阈值小，被保护器件发生锁定时限流型低压差调整器只能将电流限制到限流型低压差调整器的阈值处，不能使被保护器件脱离锁定状态。当限流型低压差调整器和CMOS图像传感器处于阈值电流状态时，会大量发热，如果长时间处于这一状态时，会导致器件过热，影响CMOS图像传感器的寿命，并仍有烧毁CMOS图像传感器和限流型低压差调整器的可能。

其次，CMOS图像传感器在工作过程中，其工作电流以行周期/帧周期为周期较大地波动，通过单一的阈值判断很容易造成误判，导致保护电路误动作，影响空间相机的正常工作。同时，CMOS图像传感器由于空间辐射总剂量的影响，在工作数年后其工作电流相对刚发射时会有较大的变化，如果锁定防护电路仍然按照之前的阈值进行判断，也容易造成误判，导致保护电路误动作，影响空间相机的正常工作。

发明内容