Методы и средства прогнозирования и повышения стойкости импульсных стабилизаторов напряжения к воздействию радиационных факторов космического пространства

Тип работы:
Диссертация
Предмет:
Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления
Страниц:
160


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Диссертация направлена на решение научно-технической задачи развития методов, разработки методик и аппаратно-программных средств прогнозирования и повышения стойкости импульсных стабилизаторов напряжения к воздействию радиационных факторов космического пространства по дозовым и одиночным эффектам, имеющей существенное значение для обеспечения надежной работы систем управления космической аппаратуры (КА).

Актуальность темы диссертации

Космическая аппаратура в процессе эксплуатации подвергается дозовым воздействиям электронов и протонов радиационных поясов Земли и воздействиям отдельных ядерных частиц (ОЯЧ) — тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) и высокоэнергетичных протонов (ВЭП) космического пространства (КП). Стабильная и надежная работа систем управления КА в значительной степени обеспечивается качеством бортовой системы электропитания, основу которой составляют такие элементы, как гибридные микросхемы импульсных стабилизаторов напряжения (ИСН). Радиационные отказы ИСН могут нарушить работу всей системы питания и КА в целом. В связи с этим актуальной является задача прогнозирования и повышения стойкости ИСН к воздействиям радиационных факторов КП по дозовым и одиночным эффектам.

Уровни стойкости современных ИСН к дозовым воздействиям КП лежат в широком диапазоне значений от единиц до сотен килорад, что связано с широким многообразием конструктивно-технологических и схемных реализаций современных ИСН как в традиционном биполярном, так и в перспективных КМОП и БиКМОП базисах. Что касается одиночных эффектов, то до последнего времени было принято считать, что для микросхем относительно невысокой степени интеграции, к которым относятся ИСН, данные эффекты не критичны, поэтому соответствующие испытания и исследования практически не проводились. Однако отказы систем электропитания в ходе эксплуатации и расширение спектра анализируемых одиночных эффектов позволило выявить потенциальную возможность проявления в ИСН как хорошо известных одиночных тиристорных эффектов, так и относительно новых классов эффектов, таких как короткие импульсные ионизационные реакции на воздействия ОЯЧ -& laquo-иголки»-.

Поэтому выявилась насущная необходимость проанализировать основные закономерности радиационного поведения ИСН по дозовым и одиночным эффектам, определить рациональную систему информативных параметров-критериев годности ИСН, выявить их наиболее радиационно-чувствительные узлы и блоки с учетом специфики режимов и условий функционирования ИСН в системах управления КА.

В процессе радиационных экспериментов широкого класса аналоговых интегральных схем (ИС) в составе таких функционально-неоднородных по структуре гибридных устройств как ИСН необходимо иметь возможность дистанционного контроля работоспособности каждой ИС непосредственно в условиях радиационного эксперимента с контролем всех основных параметров-критериев работоспособности, в широком диапазоне режимов их работы и условий эксплуатации (в диапазоне температур среды и др.). Выполнение данной задачи потребовало совместного использования моделирующих установок — ускорителей электронов НИЯУ МИФИ, циклотрон ОИЯИ (г. Дубна), синхроциклотрон ПИЯФ (г. Гатчина) и рентгеновских и лазерных имитаторов ОАО & laquo-ЭНПО СПЭЛС& raquo- и ИЭПЭ НИЯУ МИФИ.

Задача обеспечения большого числа разнообразных экспериментальных исследований радиационного поведения широкого набора аналоговых ИС с привлечением моделирующих установок и имитаторов потребовала создания универсального автоматизированного испытательного комплекса.

Условия проведения экспериментальных исследований чувствительности ИСН к дозовым эффектам и эффектам от ОЯЧ имеют существенные различия по составу и количеству контролируемых критериальных параметров, характерным временам изменений параметров, детерминированному и вероятностному характеру дозовых и одиночных эффектов соответственно, условиям радиационной безопасности и технико-экономическим показателям. Таким образом, важными являются задачи реализации различных модификаций автоматизированного комплекса с учетом специфики проведения экспериментальных исследований на разных установках и дополнительных требований — удаленного управления, точности измерения параметров, реализации работы исследуемых ИС в условиях вакуумной камеры и т. д.

Обеспечение осмысленности радиационного эксперимента, а также решение задач повышения радиационной стойкости ИСН требуют моделирования одиночных радиационных эффектов и характера радиационного поведения ИСН с учетом их конструктивно-технологической и схемотехнической реализации, состава, структуры, режимов и условий работы.

Состояние исследований по проблеме

Вопросам моделирования радиационного поведения аналоговых устройств посвящены многочисленные теоретические и экспериментальные исследования представителей научной школы кафедры Электроники НИЯУ МИФИ — д.т.н. Агаханяна Т. М., д.т.н. Стенина В .Я., д.т.н. Скоробогатова П. К., к.т.н. Аствацатурьяна, к.т.н. Рогаткина Ю. Б. — однако большинство этих исследований относились ко второй половине прошлого века, при этом объектами анализа в основном являлись традиционные биполярные аналоговые микросхемы усилителей и компараторов, созданные более 30 лет назад. Современные микросхемы ИСН содержат в своем составе аналоговые ИС, реализованные не только по биполярной, но также по КМОП и БиКМОП элементно-технологическим базисам и имеют существенные конструктивно-технологические и схемотехнические особенности. В работах д.т.н. Никифорова А. Ю. к.т.н. Яненко A.B. и к.т.н. Бойченко Д. В. представлены результаты ряда экспериментальных исследований современных аналоговых микросхем, однако и в них не определены наиболее радиационно-уязвимые узлы ИСН, не выявлены информативные параметры-критерии их годности, не установлено влияние режимов и условий работы на показатели дозовой стойкости, уровень автоматизации радиационного эксперимента явно не соответствует современным требованиям. Все представленные результаты относились исключительно к эффектам дозы и мощности дозы, а сведения об одиночных эффектах при воздействии ОЯЧ вообще отсутствуют.

Некоторые сведения об уровнях радиационной стойкости современных ИСН представлены в статьях Жданкина В. К. (ф. & laquo-ПРОСОФТ»-), однако эта информация носит скорее обзорно-информационный, чем инженерно-технический характер, а представленные данные о радиационной стойкости ИСН изложены лишь в объеме официальной краткой информации предприятий-изготовителей без какого-либо научного анализа и обобщений.

Работы Харитонова П. А., Малкова С. Ю., Гончарова В. В., Прошунина П. В. (ФГУ «4 ЦНИИ МО РФ& raquo-) посвящены особенностям ионизационной реакции аналоговых устройств на воздействие импульсного ионизирующего излучения без учета условий работы конкретных комплексов аппаратуры, что не может быть непосредственно распространено на решение задач диссертации.

Следует подчеркнуть, что анализ дозовых эффектов в элементах и узлах ИСН не имеет выраженной специфики и может быть проведен на основе хорошо разработанных модельных представлений, изложенных в работах д.т.н. Першенкова B.C., к.т.н. Согояна A.B., к.т.н. Рогаткина Ю. Б. (НИЯУ МИФИ). Научной базой для модельного анализа и экспериментальных исследований одиночных эффектов в ИСН являются труды д.т.н. Чумакова А. И., к.т.н. Яненко A.B. (НИЯУ МИФИ), к.т.н. Анашина B.C. (ОАО & laquo-НИИКП), Емельянова В. В. (ФГУП & laquo-НИИП»-) и Митина Е. В. (ОАО & laquo-РНИИ Электронстандарт& raquo-), однако данные работы не учитывают специфики реализации аналоговых схем и, в частности, ИСН, в основном ориентированы на цифровые устройства и мощные транзисторы и не позволяют решить поставленные в работе задачи без создания и экспериментальной верификации инженерной модели одиночных эффектов в современных ИСН с учетом специфики его состава и структуры.

Работы Б. В. Цыганкова и А. Н. Панченко (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»), П. В. Некрасова (ОАО & laquo-ЭНПО СПЭЛС& raquo-), а также А. И. Озерова (ФГУП & laquo-НИИП»-) посвящены вопросам измерительных стендов для радиационных исследований. Однако в своих работах авторы уделяют основное внимание исследованию цифровых СБИС (ОЗУ, микропроцессоров, ПЛИС), специфика аналоговых ИС в работах практически не отражена.

В целом имеющиеся публикации как отечественных, так и зарубежных авторов не дают полной картины характера радиационного поведения современных ИСН, не выявляют критические узлы ИСН, не формируют рациональной системы параметров-критериев работоспособности ИСН, не объясняют широкий диапазон уровней стойкости современных ИСН. В литературных источниках отсутствуют общая методика прогнозирования, описание эффективных автоматизированных средств обеспечения радиационного эксперимента аналоговых устройств с учетом расширенной системы параметров-критериев. Также в отечественной литературе отсутствуют актуальные экспериментальные данные по радиационной стойкости современных ИСН как по дозовым так и по одиночным эффектам.

Таким образом, очевидна необходимость провести всесторонний анализ основных закономерностей радиационного поведения современных ИСН, структурировать существующие и предложить новые методы повышения стойкости современных ИСН, существенно переработать методики проведения радиационных исследований ИСН на основе рационального выбора системы параметров-критериев работоспособности и реализовать их на современной измерительной основе. Для решения поставленных задач необходимо создать автоматизированный аппаратно-программный комплекс способный контролировать все информативные параметры-критерии работоспособности ИСН в условиях радиационного воздействия и в диапазоне температур среды.

Целью диссертации является разработка методов и средств прогнозирования и повышения радиационной стойкости ИСН по дозовым и одиночным эффектам с учетом особенностей их конструктивно-технологической и схемотехнической реализации, характеристик радиационных воздействий, а также режимов и условий работы стабилизаторов в аппаратуре систем управления КА.

Основными задачами диссертации являются:

1. Анализ тенденций развития, используемых элементно-технологических базисов, состава и структуры узлов современных ИСН, особенностей режимов и условий их работы в космической аппаратуре с целью выбора рациональной системы параметров-критериев работоспособности ИСН, выявления критических узлов и блоков, режимов работы и условий применения с учетом дозовых и одиночных эффектов.

2. Теоретический анализ и экспериментальные исследования закономерностей радиационного поведения ИСН, выявление и моделирование доминирующих радиационных эффектов и механизмов отказов в основных функциональных узлах современных ИСН при воздействии радиационных факторов космического пространства, выявление наиболее радиационно-чувствительных функциональных узлов современных ИСН по дозовым и одиночным эффектам.

3. Развитие эмпирической инженерной модели одиночных эффектов в ИСН с учетом их конструктивно-технологической и схемотехнической реализации, состава и структуры узлов и блоков, режимов и условий их работы в аппаратуре, разработка методов повышения радиационной стойкости ИСН и его основных функциональных узлов на основе рационального выбора состава узлов и схемотехнической реализации ИСН.

4. Разработка новых и совершенствование существующих методических и технических средств радиационных исследований ИСН, обеспечивающих возможность удаленного управления аппаратурой, автоматического управления характеристиками радиационного воздействия, задания требуемых электрических режимов и измерение всех информативных параметров-критериев работоспособности в едином автоматическом цикле с адаптацией для условий радиационного эксперимента по дозовым и радиационным эффектам.

5. Разработка методов прогнозирования и повышения радиационной стойкости ИСН и его основных функциональных узлов с учетом современных схемотехнических возможностей и существующей элементной базы.

Научная новизна работы:

1. Впервые выявлены и обоснованы доминирующие механизмы радиационных отказов современных ИСН и определены наиболее радиационно-чувствительные узлы в их составе, что позволило объяснить широкий диапазон уровней дозовых отказов и факты одиночных отказов ИСН.

2. Предложена и верифицирована оригинальная инженерная модель реакции ИСН на воздействие ОЯЧ, позволяющая прогнозировать степень влияния радиационного отклика каждого отдельного функционального узла на одиночные эффекты в ИСН в целом, выявить наиболее критичные узлы и потенциально неудачные схемотехнические решения.

3. Создана рациональная (необходимая и достаточная) система информативных параметров-критериев работоспособности ИСН при радиационных воздействиях, обеспечивающую достоверность радиационного эксперимента при минимизации ресурсов на его подготовку и проведение.

4. Впервые в отечественной практике экспериментально обнаружены одиночные эффекты и обоснована необходимость испытаний аналоговой элементной базы низкой степени интеграции на стойкость к ОЯЧ, исследованы характеры радиационного поведения широкого ряда элементов и устройств в составе ИСН и определены типовые и предельные уровни их радиационной стойкости.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработаны и внедрены в практику радиационных испытаний базовая методика и универсальный автоматизированный аппаратно-программный комплекс для радиационных испытаний ИСН, реализованные на основе платформы PXI под управлением Lab VIEW. National Instruments). Комплекс обеспечивает дистанционное управление и измерение всех основных параметров-критериев работоспособности современных ИСН, а также узлов и блоков в их составе. На комплекс поданы заявки — на получение свидетельства на полезную модель и на регистрацию программы для ЭВМ.

2. Разработаны программы-методики и получены оригинальные результаты экспериментальных радиационных исследований большинства примененных в отечественной космической аппаратуре — всего более 50 типов современных ИСН и более 60 функциональных узлов современных ИСН отечественного и иностранного производства (ОАО & laquo-НПП & laquo-ЭлТом»-, ОАО & laquo-Интеграл»-, ОАО & laquo-СКТБ РТ& raquo-, Analog Devices, Texas Instruments, Interpoint, VPT Inc, ON Semiconductor, Traco Power, Allegro MicroSystems, STMicroelectronics, Unitrode, International Rectifier, National Semiconductor, Linear Technology, Avago Tech и

ДР-).

3. Разработаны и практически верифицированы рекомендации по повышению радиационной стойкости ИСН на основе (1) замещения оптической развязки трансформаторами в блоке гальванической развязки сигнала обратной связи, (2) применения р-канальных МОП транзисторов в качестве мощного ключевого элемента и (3) по преимущественной реализации ШИМ-контроллеров, операционных усилителей и компараторов в составе ИСН в биполярном базисе. Данный подход позволяет проектировать ИСН с уровнем дозовой стойкости более 200 крад, и уровнем чувствительности к ОЯЧ с ЛПЭ более 90 МэВ-см2/мг.

4. Результаты диссертации внедрены в ЗАО & laquo-НТЦ & laquo-Модуль»- при проектировании бортового информационно-вычислительного комплекса аппаратуры & laquo-Глонасс»- и & laquo-Луч-5»- (запущены и работают на орбите), в ФГУП & laquo-ЦНИИ & laquo-Комета»- при проектировании бортового радиотехнического комплекса изделия 14Ф142, в ФГУП ГРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» — при комплектовании комплексов аппаратуры изделий 14Ф137 и «Ресурс-П», в ОАО & laquo-Российские космические системы& raquo- при проектировании космической аппаратуры & laquo-Казсат»-, в ЗАО & laquo-ПКК Миландр& raquo- при проектировании радиационно-стойкой элементной базы 1310ПН1У, 1309ЕР1Т, в НПК & laquo-Технологический центр МИЭТ& raquo- при создании радиационно-стойкой элементной базы, в ОАО & quot-ЭНПО СПЭЛС& quot- в виде общей методики и технологии радиационных испытаний ИСН.

5. Результаты диссертации вошли в проекты нормативных документов Минобороны Р Ф по контролю и обеспечению радиационной стойкости ЭКБ на этапах их проектирования и производства, разработанные в рамках НИР «Литтос-ку», а также в проекты отраслевых нормативных документов Роскосмоса по контролю радиационной стойкости ЭКБ для комплектования космической аппаратуры, разработанные в рамках НИР & laquo-Рад»-.

6. Результаты экспериментальных исследований радиационного поведения ИС отечественного и иностранного производства, полученные в ходе выполнения диссертации, вошли в Отраслевую информационно-справочную систему & laquo-Роскосмоса»- по стойкости ЭКБ к естественным ИИ КП, созданную ОАО & laquo-НИИ КП& raquo-, и используются разработчиками при создании отечественной космической аппаратуры.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Комплекс впервые полученных экспериментальных данных и эмпирических модельных представлений по радиационным откликам и уровням стойкости более 50 типов современных импульсных стабилизаторов напряжений и более 60 типов их функциональных узлов, что позволило выявить и объяснить широкий диапазон уровней дозовь1х отказов и факты одиночных отказов импульсных стабилизаторов напряжений.

2. Оригинальная инженерная модель реакции импульсного стабилизатора напряжения на воздействие отдельных ядерных частиц, позволяющая прогнозировать степень влияния радиационного отклика каждого отдельного функционального узла на одиночные эффекты стабилизатора в целом, выявить наиболее критичные узлы и потенциально неудачные схемотехнические решения, а также предложить эффективные решения по повышению радиационной стойкости.

3. Базовая методика и универсальный автоматизированный аппаратно-программный комплекс для радиационных испытаний импульсных стабилизаторов напряжения, реализованные на основе платформы PXI под управлением LabVIEW. National Instruments) и обеспечивающие дистанционное управление и измерение всех основных параметров-критериев работоспособности импульсных стабилизаторов напряжения.

4. Научно обоснованные и практически верифицированные рекомендации по повышению радиационной стойкости импульсных стабилизаторов напряжения на основе (1) замещения оптической развязки трансформаторами в блоке гальванической развязки сигнала обратной связи, (2) применения р-канальных МОП транзисторов в качестве мощного ключевого элемента и (3) по преимущественной реализации ШИМ-контроллеров, операционных усилителей и компараторов в составе стабилизатора в биполярном базисе, реализация которых позволяет проектировать импульсные стабилизаторы напряжения с уровнем дозовой стойкости более 200 крад, и уровнем чувствительности к ОЯЧ с ЛПЭ более 90 МэВ-см2/мг.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Научных сессиях НИЯУ & laquo-МИФИ»- (Москва, 2006−2011 гг.) — на Российских научно-технических конференциях & quot-Электроника, микро- и наноэлектроника& quot- (г. Пушкинские Горы 2007 г., г. Петрозаводск 2008 г., г. Н. Новгород 2009 г.), Российских научных конференциях & quot-Радиационная стойкость электронных систем& quot- (& laquo-Стойкость-2008»-, & laquo-Стойкость-2009»-, & laquo-Стойкость-2010»-, & laquo-Стойкость

2011″) г. Лыткарино, Международной научно-технической конференции «RADECS-2011» г. Севилья, Испания.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 19 работах (в период с 2005 по 2011 гг.), в том числе 4 в реферируемых журналах из перечня ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 160 страниц, в том числе 113 рисунков, 18 таблиц, список литературы из 105 наименований и состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

4.6. Выводы

Разработана и верифицирована объектно-ориентированная модель реакции ИСН на воздействие ОЯЧ, позволяющая установить степень влияния отклика каждого ФУ на работоспособность ИСН в целом.

С помощью разработанной модели установлены наиболее чувствительные ФУ к воздействию ОЯЧ, которые способны влиять на характеристики ИСН: узел ШИМ-контроллера, усилитель ошибки, ключевой элемент.

С помощью разработанного аппаратно-программного измерительного комплекса были проведены экспериментальные исследования радиационного поведения ИСН и их ФУ при воздействии ОЯЧ как на больших МУ — циклотроне тяжелых ионов «У-400М» (Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна), синхроциклотроне 1ГэВ протонов (Питерский институт ядерной физики, г. Гатчина), так и на импульсном лазерном имитаторе «Радон-9Ф» (ОАО & laquo-ЭНПО СПЭЛС& raquo-, г. Москва). Анализ результатов эксперимента подтверждает выводы моделирования.

Результаты моделирования и эксперимента обосновывают необходимость испытаний аналоговых ИС низкой степени интеграции на стойкость к воздействию ОЯЧ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным результатом диссертации является решение актуальной научно-технической задачи развития методов, разработки методик и аппаратно-программных средств прогнозирования и повышения стойкости импульсных стабилизаторов напряжения к воздействию радиационных факторов космического пространства по дозовым и одиночным эффектам, имеющей существенное значение для обеспечения надежной работы систем управления космической аппаратуры.

Проведенный обобщенный анализ проблемной ситуации позволил (а) констатировать отсутствие к началу диссертационной работы единого подхода к методам и средствам прогнозирования радиационных эффектов в современных импульсных стабилизаторах напряжения и (б) выявить научное противоречие, которое заключается одновременно в необходимости и невозможности обеспечить повышение радиационной стойкости импульсных стабилизаторов напряжения к воздействию радиационных факторов космического пространства, оставаясь в рамках имеющихся методов и средств теоретического и экспериментального моделирования без их существенного научно-технического развития.

Поэтому целью диссертации являлась разработка и развитие методов и средств прогнозирования и повышения радиационной стойкости импульсных стабилизаторов напряжения по дозовым и одиночным эффектам с учетом их конструктивно-технологической и схемотехнической реализации, режимов и условий применения, направленные на создание нового поколения радиационно-стойких источников электропитания систем управления космической аппаратурой.

Основные научные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Впервые установлены и обоснованы доминирующие механизмы радиационных отказов современных импульсных стабилизаторов напряжения и определены наиболее радиационно-чувствительные узлы в их составе, что позволило выяснить причины широкого диапазона уровней дозовых отказов и факты одиночных отказов импульсных стабилизаторов напряжения.

2. Впервые разработана и верифицирована модель реакции современных импульсных стабилизаторов напряжения, применяемых в космической аппаратуре, на воздействие отдельных ядерных частиц, позволяющая прогнозировать степень влияния радиационного отклика каждого отдельного функционального узла на одиночные эффекты в импульсных стабилизаторах в целом, выявить наиболее критичные узлы и потенциально неудачные схемотехнические решения.

3. Предложена и обоснована рациональная (необходимая и достаточная) расширенная система информативных параметров-критериев работоспособности импульсных стабилизаторов напряжения при радиационных воздействиях, обеспечивающая достоверность радиационного эксперимента при минимизации ресурсов на его подготовку и проведение.

4. Обоснована необходимость испытаний аналоговой элементной базы низкой степени интеграции на стойкость к отдельным ядерным частицам на основании результатов впервые проведенных исследований радиационного поведения широкого ряда элементов и устройств (более 40 типов), в т. ч. впервые в отечественной практике экспериментально обнаруженных одиночных эффектов в импульсных стабилизаторах напряжения.

Основной практический результат диссертации заключается в разработанных методических и технических средствах, обеспечивающих параметрический и функциональный контроль ИСН при проведении радиационных исследований на моделирующих установках и имитаторах. Предложены рекомендации по повышению стойкости современных ИСН при воздействии радиационных факторов космического пространства. Разработанные методы и средства внедрены в ОАО & laquo-ЭНПО СПЭЛС& raquo-, ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», ФГУП & laquo-ЦНИИ & laquo-Комета»-, ОАО & laquo-Российские космические системы& raquo-, ЗАО & laquo-ПКК Миландр& raquo-, НПК & laquo-Технологический центр МИЭТ& raquo-, ЗАО & laquo-НТЦ & laquo-Модуль»-, ОАО & laquo-НИИ КП& raquo-.

Частные практические результаты работы и их реализация:

1) Разработаны и внедрены на предприятиях кооперации Роскосмоса базовая методика сертификации радиационной стойкости ИСН и реализующий ее автоматизированный аппаратно-программный испытательный комплекс на основе платформы PXI под управлением Lab VIEW (ф. National Instruments). Комплекс обеспечивает дистанционное управление и измерение всех основных параметров-критериев работоспособности современных ИСН, а также узлов и блоков в их составе. На комплекс приняты заявки: на получение свидетельства на полезную модель и на регистрацию программы для ЭВМ.

2) Получены оригинальные результаты экспериментальных исследований более 50 типов современных ИСН и более 60 типов современных представителей элементной базы основных функциональных узлов комплектующих КА современных ИСН как отечественного (ОАО & laquo-НПП & laquo-ЭлТом»-, ОАО & laquo-Интеграл»-, ОАО & laquo-СКТБ РТ& raquo-), так и иностранного производства (Analog Devices, Texas Instruments, Interpoint, VPT Inc, ON Semiconductor, Traco Power, Allegro MicroSystems, STMicroelectronics, Unitrode, International Rectifier, National Semiconductor, Linear Technology, Avago Tech и др.). Результаты включены в Отраслевую информационно-справочную систему & laquo-Роскосмоса»- по стойкости ЭКБ к естественным ИИ КП, созданную в ОАО & laquo-НИИ КП& raquo-.

3) Разработаны и практически верифицированы рекомендации по повышению радиационной стойкости ИСН на основе (1) замещения оптической развязки трансформаторами в блоке гальванической развязки сигнала обратной связи, (2) применения р-канальных МОП транзисторов в качестве мощного ключевого элемента и (3) по преимущественной реализации ШИМ-контроллеров, операционных усилителей и компараторов в составе ИСН в биполярном базисе. Данный подход позволяет проектировать ИСН с уровнем дозовой стойкости более л

200 крад, и уровнем чувствительности к ОЯЧ с ЛПЭ более 90 МэВ-см /мг.

Таким образом, достигнута основная цель диссертации, а именно: разработаны и обоснованы методы и средства прогнозирования и повышения радиационной стойкости импульсных стабилизаторов напряжения по дозовым и одиночным эффектам с учетом их конструктивно-технологической и схемотехнической реализации, режимов и условий применения, направленные на создание нового поколения радиационно-стойких источников электропитания систем управления космической аппаратурой.

ПоказатьСвернуть

Содержание

ГЛАВА 1. Анализктуры, принципов построения и особенностей 17 применения современных ИСН в космической аппаратуре

1.1. Основные виды и тенденции развития современных ИСН

1.2. Типовая структура и элементная база современных ИСН

1.3. Основные радиационные факторы космического пространства и 23 доминирующие радиационные эффекты в ИСН

1.4. Система параметров-критериев работоспособности ИСН

1.5. Основные задачи и структура исследований

1.6. Выводы

ГЛАВА 2. Аппаратные и программные средства радиационных исследований ИСН

2.1. Основные методы и состав радиационных исследований ИСН

2.2. Базовые технические требования к автоматизированному 47 испытательному комплексу ИСН

2.3. Реализация аппаратной части АИК ИСН

2.4. Реализация программной части АИК ИСН

2.5. Объектно-ориентированная модель реакции ИСН на радиационное 68 воздействие

2.6. Выводы

ГЛАВА 3. Методы и средства прогнозирования и повышения 78 радиационной стойкости ИСН и их элементов по дозовым эффектам

3.1. Базовая методика и результаты экспериментальных исследований 78 и прогнозирования дозовой стойкости ИСН

3.2. Дозовые эффекты в ключевых элементах ИСН

3.3. Дозовые эффекты в усилителях ошибки ИСН

3.4. Дозовые эффекты в узлах гальванической развязки ИСН

3.5. Дозовые эффекты в ШИМ-контроллерах ИСН

3.6. Развитие методики прогнозирования дозовых отказов ИСН с 113 учетом эффектов низкой интенсивности

3.7. Выводы

ГЛАВА 4. Методы и средства прогнозирования и повышения 118 радиационной стойкости ИСН и их элементов по одиночным эффектам от воздействия отдельных ядерных частиц

4.1. Модель для прогнозирования одиночных эффектов ИСН при 119 воздействии ОЯЧ

4.2. Экспериментальные исследования одиночных эффектов в ИСН 124 на циклотроне тяжелых ионов

4.3. Экспериментальные исследования одиночных эффектов в ИСН 135 на синхроциклотроне протонов

4.4. Экспериментальные исследования одиночных эффектов в ИСН 142 на лазерных имитаторах

4.5. Методы повышения радиационной стойкости ИСН по 145 одиночным эффектам

4.6. Выводы

Список литературы

1. Гейтенко Е. Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчет. -М: СОЛОН-ПРЕСС, 2008. -448 с.

2. Жданкин В. Вторичные источники электропитания фирмы Interpoint // Современные технологии автоматизации. 1997. — № 4. — С. 6−15.

3. NASA Guidelines for Selection and Application of DC/DC Converters / Barr D., Cunningham K., Facto L., Nieraeth D., Plante J., Rutledge Sh., Sharma A., Shue J., Vorperian V. // U.S. Government, 2008.

4. Robert W. Erickson. Fundamentals of Power Electronics. Second Edition. Secaucus, NJ, USA: Kluwer Academic Publishers, 2000. p 900.

5. Чумаков А. И. Действие космической радиации на ИС. М.: Радио и связь. -2004. -320 с.

6. Жданкин В. Устойчивость гибридных DC / DC-преобразователей к воздействию ионизирующих излучений космического пространства // Современные технологии автоматизации. 2005. — № 3. — С. 6−26.

7. Design Guide & Application Manual for Maxi, Mini, Micro Family DC-DC Converter and Accessory Modules // Vicor Corporation, www. vicorpower. com, p. 87.

8. Официальный сайт компании ОАО & laquo-НИИ & laquo-ЭлТом»-. URL: http: //www. eltom. ru (дата обращения 1. 03. 2012).

9. Официальный сайт компании ОАО & laquo-СКТБ РТ& raquo-. URL: http: //www. sktb-relay. ru/ (дата обращения 1. 03. 2012).

10. Официальный сайт компании Crane Interpoint. URL: http: //www. interpoint. com/ (дата обращения 1. 03. 2012).

11. Официальный сайт компании Delta VPT Inc. URL: http: //www. vpt-inc. com/ (дата обращения 1. 03. 2012).

12. Официальный сайт компании Traco Power. URL: www. tracopower. com/ (дата обращения 1. 03. 2012).

13. Официальный сайт компании Texas Instruments. URL: http: //www. ti. com/ (дата обращения 1. 03. 2012).

14. Официальный сайт компании 3D Plus. URL: http: //www. 3d-plus. com/ (дата обращения 1. 03. 2012).

15. Официальный сайт компании Vicor Power. URL: http: //www. vicorpower. com/ (дата обращения 1. 03. 2012).

16. Ладыгин Е. А. Действие проникающей радиации на изделия электронной техники. М.: Сов. радио, 1980. — 224 с.

17. Калмыков, H.H. Галактические космические лучи/ Н. Н. Калмыков, Г. В. Куликов, Т. М. Роганова // Модель космоса. Том 1: науч. 9инф. изд. /М.И. Панасюк, Е. Е. Антонова, Л. Л. Лазутин, С. А. Красоткин. 9 М. :КДУ, 2007. 9 Гл. 1.2. С. 62 995.

18. Агаханян Т. М., Аствацатурьян Е. Р., Скоробогатов П. К. Радиационные эффекты в интегральных схемах. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -256 с.

19. Устюжанинов В. Н., Чепиженко А. З. Радиационные эффекты в биполярных интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1989. -144 с.

20. Вавилов B.C., Ухин H.A. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М.: Атомиздат, 1969.- 310 с.

21. Никифоров А. Ю., Телец В. А., Чумаков А. И. Радиационные эффекты в КМОП ИС. М.: Радио и связь, 1994. — 164 с.

22. Коршунов Ф. П., Богатырев Ю. В., Вавилов В. А. Взаимодействие радиации на интегральные микросхемы. Мн.: Наука и техника, 1986. — 254 с.

23. Бойченко Д. В. Моделирование радиационных отказов пьезопреобразователей механических величин на кремниевых, карбидкремниевых и диэлектрических структурах: Диссертация на соиск. уч. ст. К.Т.Н. -М.: НИЯУ МИФИ, 2009, 150 с.

24. Печенкина Д. В. Зависимость радиационного поведения стабилизаторов напряжения от режима работы в процессе облучения // Радиационная стойкость. Научно-технический сборник. М.: МИФИ. — выпуск 12. — 2011, с. 81−82.

25. Бойченко Д. В., Кессаринский JI.H., Борисов A.A., Шведов C.B. Сравнительное исследование радиационного поведения ИС стабилизаторов напряжения. // Радиационная стойкость. Научно-технический сборник. М.: МИФИ. — выпуск 8. -2005, с. 81−82.

26. Официальный сайт компании National Instruments. URL: http: //russia. ni. com/ (дата обращения 1. 03. 2012).

27. Официальный сайт компании Agilent Technologies. URL: http: //www. home. agilent. com (дата обращения 1. 03. 2012).

28. Официальный сайт компании Anritsu. URL: http: //www. anritsu. com (дата обращения 1. 03. 2012).

29. Официальный сайт компании Rohde& Schwarz. URL: http: //www. rohde-schwarz. ru/ (дата обращения 1. 03. 2012).

30. Официальный сайт компании Keythley. URL: http: //www. keithley. ru/

31. Никифоров А. Ю., Критенко М. И., Телец В. А. и др. Система радиационных испытаний БИС в процессе разработки, производства и поставки. // В сб. & laquo-Радиационная стойкость электронных систем- Стойкость998& raquo-, СПЭЛС9НИИП, Москва, 1998 г., с. 596. 34.

Заполнить форму текущей работой