星载数字电子设备的辐射加固技术(一)

对国外星载电子设备特别是常用的ＣＭＯＳ器件在空间环境下的抗辐射性能进行大量调研和长期跟踪，在此基础上总结了国外近年来对大规模集成电路辐射失效机理的研究成果，对比了各种器件工艺集成电路的抗辐射性能，重点分析了星载电子系统总剂量辐射损坏、单粒子翻转和单粒子锁定机理，针对这三种由空间辐射引起的星载电子系统失效这一特殊问题，分别介绍了国内外行之有效的辐射加固技术，最后提出了设计星载电子系统的一些建议。     

一种针对COTS器件的抗辐射加固方法

随着商用现货(COTS)器件在空间任务中的广泛应用,COTS器件的抗辐射加固显得尤为重要,针对COTS器件在空间环境下易受宇宙射线和高能粒子冲击而产生辐射效应的特点,文章结合三模冗余(TMR)技术与现场可编程门阵列(FPGA)的重构技术,提出了一种基于TMR的可重构星载处理单元抗辐射加固方法。通过基于Markov过程的可靠度分析可知,冗余和重构技术相结合可以使处理单元具有更强的容错能力。文章利用实验模拟验证了该星载处理单元的各项关键技术,结果表明:此处理单元能够屏蔽单模故障,并能够定位和修复由空间复杂环境引发的软错误。     

一种基于COTS器件的SiP微系统的抗总剂量效应加固设计与试验评估

总剂量效应是制约COTS器件空间应用的主要因素之一。为满足空间应用对电子系统高性能、小型化及抗辐射的需求,对一种基于COTS器件的SiP微系统的抗总剂量效应加固方案进行设计,采用模型分析与地面试验结合的方法对微系统的抗总剂量辐射能力进行评估。该评估方法将微系统作为设备与器件的一种结合体,先按照设备进行整体模型评估,后按照器件进行试验评估,提高了评估的效率,具有较强的工程实用价值。60Co γ射线辐照试验结果表明:加固后SiP微系统的抗总剂量能力不低于150 krad(Si),可以满足相关任务应用需要。该微系统的抗总剂量效应加固设计和总剂量效应评估方法可为相关微系统研制提供参考。     

高温环境下SRAM器件单粒子锁定效应试验研究

深空探测任务面临辐射与温度变化综合作用的恶劣环境,易导致作为航天器电子系统主要组成的CMOS集成电路发生单粒子锁定效应。着眼于在轨应用需求,针对体硅工艺SRAM器件进行了高温环境单粒子锁定试验研究,在不同电压和温度条件下开展重离子辐照试验,结果表明,随着器件工作电压的升高,单粒子锁定敏感性增加;随着温度升高,单粒子锁定截面增加,从常温到125℃的增幅约为1个数量级:即高温高电压下更易触发器件单粒子锁定效应。     

宇航抗辐射加固集成电路技术发展与思考

宇航抗辐射加固集成电路是航天工程的核心基础技术。长期以来,美欧等国家对抗辐射加固集成电路持续支持并严格禁运,宇航集成电路的发展和自主可控是我国向航天强国迈进的关键核心基础之一,受到国家的高度重视。本文总结了宇航抗辐射加固集成电路发展特点和我国发展现状,分析了未来宇航抗辐射加固集成电路的发展需求,探讨了未来需要重点关注的3个技术方向,即软加固的天算芯片、高压功率器件加固和单粒子效应仿真。     

空间CCD图像传感器辐射损伤评估方法

CCD图像传感器作为高灵敏度光电集成部件,易受空间辐射的影响而发生性能退化和工作异常。开展其辐射效应评价研究并制定相应的防护对策,是保证其在空间可靠应用的前提。文章通过地面模拟试验和辐射屏蔽计算,对空间用CCD图像传感器电离辐射损伤与位移损伤效应开展评估方法研究,为CCD抗辐射加固设计与地面评估试验提供参考。该方法也可用于其他光电器件和材料辐射效应评价。     

航天微系统技术综述

航天微系统技术包括专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、单片微波集成电路(MMIC)、混合集成电路(HIC)等微电子技术和微机电系统(MEMS)。文章介绍了这几种技术的特点、发展现状,以及在航天中的应用情况和应用前景。ASIC与SoC技术可显著提高电子系统的集成度和性能,已在航天中得到广泛应用。MMIC技术可用于航天器通信载荷和平台的射频通信部件,已在欧美航天器中大量应用,目前正朝高频段发展。HIC主要包括厚膜HIC和薄膜HIC,特别适于功率器件和微波器件的集成,目前国外已有大量产品用于航天,如"国际空间站"(ISS)。MEMS技术可用于航天器导航、热控、推进、光学遥感与通信等系统,甚至可对航天器设计方法产生重要影响,但目前还处于起步阶段。在以上技术领域,我国虽已开展了一些研究,但与国外相比还存在较大差距。文章针对航天微系统技术的产业布局、发展方式等提出了建议,可为我国的发展规划和战略决策提供参考。     

抗辐照通用扩展SiP芯片设计

研究微小卫星综合电子系统的SiP技术实现方法。首先介绍微小卫星综合电子系统结构的组成和采用SiP技术的必要性，然后对综合电子系统进行功能模块划分，并对其通用扩展模块进行详细的SiP设计，包括抗辐照器件选型、原型验证、SiP原理图、基板管壳一体化设计、建模仿真、制造加工、实装测试验证等，通过SiP技术实现了一种星载综合电子系统中通用扩展SiP芯片产品，经过实际验证测试，在保证模块功能和性能的前提下，整体模块重量从230 g减轻到48 g，体积由180 mm?130 mm?17 mm减小到46 mm?46 mm?8 mm，很好地满足了星载功能模块小型化、轻量化设计需求。     

标准单元抗单粒子闩锁效应加固设计

文章针对130纳米CMOS工艺标准单粒子闩锁效应问题，开展了Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS）器件单粒子闩锁效应产生的物理机理分析, 提出了一套适合于不同类型标准单元版图加固方法；基于SMIC0.13μm工艺进行了物理建模仿真和电路实现。仿真结果显示，在遭受LET值为120MeV/mg/cm2的重离子辐射时，所设计的电路未发生闩锁效应。     

单反射器和双反射器地球站天线的屏蔽：一种近区场和远区场方法

本文描述了在近区场或远区场存在或不存在一个（假定）半平面定位障碍物的情况下，只有规定几何参数的卡塞格伦天线的轴外辐射图的计算方法。该方位提出并计算了作为天线的方位函数的障碍物造成的衰减，对双反射器系统的半平面屏蔽结果与由相同的障碍物屏蔽的产反射器天线系统而获得的结果进行了比较，用三种不同的但相互关联的研究方法，提出和比较了对附加传播损耗的计算。发现所推荐的近区场方法给出了最全面的结果。