[發明專利]單粒子瞬態脈沖寬度測量電路

在審

• 申請號: 201410811710.2
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN104678188A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 宿曉慧;羅家俊;韓鄭生;劉海南;郝樂;李欣欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01R29/02
• 分類號: G01R29/02
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙) 11370
• 代理人: 朱海波

技術領域

本發明涉及電脈沖寬度測量技術領域，特別涉及一種單粒子瞬態脈沖信號的高電平脈沖寬度測量電路。

背景技術

隨著航天電子器件集成度的不斷提高，空間輻射已經成為影響航天器可靠性和運行壽命的重要因素。輻射對集成電路的影響主要分為兩大類：單粒子效應和總劑量效應。總劑量效應是集成電路長期處在輻射環境中，輻射效果積累所產生的效應；單粒子效應是輻射能量粒子進入集成電路后，輻射效果即時作用所產生的效應。其中單粒子效應可細分為三類：

1、單粒子軟錯誤效應：包括單粒子翻轉效應，單粒子瞬變效應，單粒子多翻轉效應等，在短時間內對電路節點產生干擾。

2、具有潛在危險性的效應：如單粒子閂鎖效應，如不加以控制，可能會導致芯片發生單粒子燒毀。

3、單粒子硬錯誤效應，如位移損傷等，會使得芯片中的晶體管徹底不能工作。

其中，單粒子瞬變效應是常見的影響芯片性能的主要因素，當芯片放置在輻射環境中，周圍能量粒子會注入到芯片內部，通過電離輻射在能量粒子的運動軌跡上產生一定數目的電子、空穴對，這些電子、空穴對會在電場的作用下被電路節點吸收，改變節點電平，如果沒有反饋回路，那么當單粒子作用的時間結束后，該節點電平又會恢復回原來的值，從而在電路中產生一個脈沖信號。

為了深入研究單粒子效應的發生機理、規律，測量各種星載電子元器件和集成電路的輻射敏感參數，評價其抗單粒子效應的水平和故障風險，為器件選型和抗輻射加固措施提供依據，需要搭建有效的測量環境，對瞬態脈沖信號寬度等特征進行準確測量。其中測量環境往往選擇地面輻照實驗，通過模擬產生宇宙射線粒子對待測芯片進行轟擊試驗，模擬真實的宇宙空間輻射環境。在對脈沖信號寬度進行測量時，根據入射粒子種類、能量等不同，產生的單粒子脈沖信號電平維持時間也不同，脈沖寬度可以從幾十皮秒到一千皮秒以上。如果采用傳統的示波器或邏輯分析儀等檢測設備測量單粒子瞬態脈沖寬度，要求測量設備的頻率必須非常高，這樣的高頻設備往往國內不能生產，國外也禁止輸出，這使得測量成本非常高，實現難度大。如果采用片上電路進行測量，現有的脈沖寬度測量方法往往通過外部輸入高頻信號對脈沖信號采樣來進行測量，因此捕獲精度受采樣信號的頻率和波形影響，實際測量中也難以提供頻率極高，波形特點又十分優良的采樣信號，使得電路可測范圍小，測量精度低。

發明內容

本發明旨在提高測量電路的可測范圍和測量精度。

本發明提供一種單粒子瞬態脈沖寬度測量電路，包括：

控制信號產生電路，具有單粒子脈沖接收端、脈沖開始信號輸出端和脈沖結束信號輸出端，當在單粒子脈沖接收端接收到單粒子脈沖信號時，脈沖開始信號輸出端輸出的脈沖開始信號發生翻轉，當該單粒子脈沖信號結束時，脈沖結束信號輸出端輸出的脈沖結束信號發生翻轉；

至少一級延時比較電路，每級延時比較電路具有延時信號輸入端、使能輸入端、延時信號輸出端和翻轉輸出端，其中第一級延時比較電路的延時信號輸入端連接控制信號產生電路的脈沖開始信號輸出端，從第二級延時比較電路開始，每級延時比較電路的延時信號輸入端連接上一級延時比較電路的延時信號輸出端，脈沖結束信號輸出端連接到所有延時比較電路的使能輸入端，延時信號輸入端接收的信號經過延時電路延時后由延時信號輸出端輸出，當使能輸入端和延時信號輸出端的信號同時有效時，翻轉輸出端的輸出信號發生翻轉。

根據本發明提供的單粒子瞬態脈沖寬度測量電路，通過增加延時比較電路的數目，可增加比較結果的位數，擴大測量范圍；通過增大或減小各級延時比較電路中反相器的數目及反相器的尺寸等，能夠調節每級比較的測量精度，更好的適應所測單粒子瞬態脈沖的特點，可測脈沖寬度范圍大，測量精度高。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明的一個實施例提供的單粒子瞬態脈沖寬度測量電路結構示意圖；

圖2為本發明的一個實施例提供的控制信號產生電路的結構示意圖；

圖3為本發明的一個實施例提供的帶與門功能的三輸入RS鎖存器的結構示意圖；

圖4為本發明的一個實施例提供的控制信號產生電路的工作波形示意圖；

圖5為本發明的一個實施例提供的延時比較電路的結構示意圖；

圖6為本發明的一個實施例提供的延時比較電路的工作波形示意圖；