DC/DC-AB7@4B39@53D7=: CRANEElectronics:B79E=MD3DL …

90

СТА 3/2013

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВАИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

www.cta.ru

ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Полёт на Марс обнажил существен-ные проблемы для разработчиков пре-образователей напряжения. Космичес-кое пространство является жёсткойсредой с предельными температурамии радиационными воздействиями раз-личных видов излучения. Космическаяаппаратура в дополнение к требова-ниям по стойкости к специфическимдестабилизирующим факторам такойсреды должна характеризоваться ещё иустойчивостью к различным видамивибрации, механическим ударам и приэтом надёжно функционировать втечение 15 лет или более, включаявремя (до 5 лет) наземных испытаний.

Объём работ по квалификации пре-образователя напряжения для примене-ния в космической аппаратуре являетсязначительным, поэтому преимуществомпользуются DC/DC-преобразователи суже подтверждёнными техническимихарактеристиками, допускающими их киспользованию в составе бортовойаппаратуры космических аппаратов.Серийные изделия космического при-

боростроения, как правило, характери-зуются большей продолжительностьювремени выпуска (период от началавыпуска изделия до снятия его с про-изводства), что обязывает разработчикапреобразователей применять компонен-ты, которые будут оставаться доступны-ми в течение десятилетий. Применениемикросхем с высокой степенью интег-рации является рискованным предложе-нием, так как они часто имеют относи-тельно короткое время выпуска и под-вергаются конструкционным измене-ниям наряду с изменениями технологииих производства. Помимо этого выбордискретных компонентов вместо стан-дартных интегральных микросхем пре-доставляет разработчику бо Oльшую гиб-кость в вопросах формирования струк-туры устройства и выбора метода регу-лирования. В силу приведённых причиннаилучшим решением для преобразова-телей космической категории качества(Space) часто является применение дис-кретных компонентов с подтверждён-ными для специфики использованияпараметрами.

Для обеспечения требуемого временинепрерывного безотказного функцио-

нирования надо исследовать воздей-ствие наихудшего сочетания внешнихфакторов. Анализ предельных значе-ний параметров компонентов с учётомкоэффициентов запаса и нормативныхзначений является предпочтительнымподходом к обеспечению надёжногобезотказного функционирования тех-ники. Так, космическое пространствохарактеризуется большим перепадомтемператур, поэтому в качестве требо-вания может выступать работа прикриогенных температурах вплоть до–130°C и при температурах выше+125°С, что, как правило, находится запределами спецификаций поставщика,в силу этого, прежде чем сделать выбор,необходимо провести обширные иссле-дования изменений характеристиккомпонента или устройства при воз-действии предельных температур.

Проникновение в космос являетсярискованной операцией, которая требу-ет огромного внимания к механическойконструкции преобразователя. Оченьважен способ крепления, особенно длякрупных устройств, таких как транс-форматоры и большие конденсаторы.Даже тип маркировочной краски на

Виктор Жданкин

Одной из важнейших задач создания космических аппаратов с длительнымсроком активного существования является обеспечение требуемой стойкостибортовой аппаратуры к воздействиям ионизирующих излучений космическогопространства. В статье обсуждаются общие вопросы разработки преобразователейкосмической категории качества, кратко представлены результаты испытанийрадиационно-стойких DC/DC-преобразователей, серийно выпускаемых компаниейCRANE Aerospace & Electronics под торговой маркой Interpoint™, на стойкость к одиночнымэффектам, которые проводились при подготовке модулей для применения в бортовойаппаратуре марсохода Curiosity. Также представлены результаты испытаний на стойкостьк ионизационным дозовым эффектам при воздействии низкоинтенсивного гамма-излучения с небольшой мощностью дозы, которые проявляются в некоторых компонентахDC/DC-преобразователей с биполярной структурой. Статья написана по материалам,предоставленным компанией CRANE Aerospace & Electronics [1]–[3].

DC/DC-преобразователиCRANE Electronics: результатыиспытаний на воздействиерадиации – экзамен сдан

крышке преобразователя нужно при-нять во внимание, так как космическийаппарат часто должен соответствоватьтребованиям к содержанию летучихконденсируемых веществ (Collected Vo-latile Condensable Material – CVCM) иустойчивости к дегазации, измеряемойпо общей убыли массы (Total MassLoss – TML). И если преобразовательпланируется использовать в составебортового оборудования космическогоаппарата, он должен выдерживать воз-действие радиации.

РАДИАЦИОННЫЕ

ВОЗДЕЙСТВИЯ В КОСМОСЕ

Ионизирующее излучение космиче-ского пространства включает в себяионизирующие излучения низкой и вы-сокой интенсивности, протоны и ионысолнечных и галактических космичес-ких лучей, вызывающие в изделияхэлектронной техники одиночные эф-фекты и структурные повреждения кри-сталлической решётки из-за смещенияатомов (Displacement Damage) при воз-действии высокоэнергетических час-тиц. В космическом пространстве по-стоянно присутствуют ионизирующиеизлучения, и преобразователь долженбыть сконструирован так, чтобы функ-ционировать в этой враждебной окру-жающей среде. При путешествии втечение 8 месяцев марсохода Curiosity кМарсу он подвергался трём значитель-ным всплескам солнечных космическихлучей (СКЛ, или Solar Mass Ejections –SME) наряду с непрерывным воздей-ствием галактических космическихлучей.

Космическая радиация состоит изпотоков высокоэнергетических прото-нов, или α-частиц, высокоэнергетиче-ских электронов, или β-частиц, ней-тронов, тяжёлых ядер, а также электро-магнитных полей, γ-излучения и рент-геновских лучей. Её воздействие можетбыть непосредственно ионизирующимили косвенно ионизирующим. Иони-зирующее излучение может служитьпричиной повышения напряжения итока смещения в биполярных усилите-лях и компараторах, уменьшения поло-сы пропускания биполярных усилите-лей, уменьшения коэффициента усиле-ния у биполярных транзисторов, отри-цательного смещения затвора MOSFET-транзисторов. Нейтроны вызываютионизирующее излучение косвенно,когда они взаимодействуют с полупро-водниковыми приборами, что приво-дит к нестабильности атомов, которые

излучают гамма- или альфа-частицыпри радиоактивном распаде.

Структурное повреждение кристал-лической решётки из-за смещения ато-мов является результатом воздействиянеионизирующего излучения, когдавысокоэнергетическая частица вызыва-ет разрушение в полупроводниковойкристаллической решётке, образуя за-хватывающие узлы и сокращая времясуществования носителей при малой ихконцентрации. В отличие от поврежде-ний, создаваемых ионизирующим из-лучением, такое структурное поврежде-ние часто является постоянным (не-обратимым). Структурное повреждениекристаллической решётки ухудшаетхарактеристики устройств, чувствитель-ных к световому потоку, уменьшаякоэффициенты передачи тока и снижаякоэффициенты усиления транзисторов,особенно при низких плотностях тока,и может понижать коэффициент реком-бинации во многих полупроводнико-вых устройствах с дополнительной при-месной электропроводностью.

Одиночные эффекты тоже являютсязначительной проблемой для преобра-зователей, предназначенных для при-менения в космической аппаратуре.Они проявляются, когда высокоско-ростная частица сталкивается с устрой-ством и передаёт ему свою энергию.Степень повреждения зависит от массычастицы, скорости и вещества, с кото-рым она сталкивается. Результатомможет быть изменение состояния логи-ческих устройств или прекращениефункционирования устройства вслед-ствие разрушительного радиационногозащёлкивания транзисторов в пропус-кающем состоянии, что часто наблюда-ется у КМОП- и БиКМОП-устройств.Общепринятая классификация оди-ночных эффектов подробно представ-лена, например, в [4] и [5].

МЕТОДОЛОГИЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

НАПРЯЖЕНИЯ

С учётом описанных подходов к разра-ботке и в целях уменьшения влияниядестабилизирующих факторов космиче-ского пространства сложилась методо-логия проектирования преобразователейнапряжения для бортового оборудова-ния космических аппаратов, включаю-щая в себя перечисленные далее пункты.� Обеспечение значительного огра-

ничения допустимых значений на-пряжения для активных устройств.

� Использование токоограничиваю-щих резисторов.

� Выбор топологии для источников свысоким импедансом (обратноходо-вая или снабжаемая током тополо-гия).

� Применение транзисторов MOSFET,стойких к эффекту пробоя подзатвор-ного диэлектрика (Single Event GateRapture – SEGR) и к импульсномуизменению напряжения (dV/dt).

� Проектирование с учётом резкогоуменьшения коэффициента усиле-ния транзистора при воздействии ра-диации.

� Применение микросхем ограничен-ной сложности (низкой степени ин-теграции).

� Применение схем с биполярнымиусилителями, которые менее чувстви-тельны к ионизирующему излучению.

� Применение схем, которые допу-скают значительные изменения на-пряжения смещения и тока смеще-ния.

� Управление выключением MOSFET-транзисторов отрицательным напря-жением затвор–исток (Vgs) для ком-пенсации пороговых смещений принаихудшем сочетании дестабилизи-рующих факторов.

� Испытание и отбор на стойкость всехчувствительных к радиации компо-нентов.Проверка с отбраковкой компонентов

на радиационную стойкость преподно-сит свой собственный набор проблем,связанных со стоимостью времени ис-пытаний на ускорителях частиц, радио-активной природой нейтронов и про-должительностью времени испытаний,требуемой для определения характери-стик устройства при низких интенсив-ностях ионизирующего излучения,наблюдаемого в космическом про-странстве (мощность дозы ниже10–3–10–2 рад (SiO2)/с).

МОДУЛИ ПИТАНИЯ

ДЛЯ МАРСИАНСКОЙ МИССИИ

Разработка устройства для миссии наМарсе была связана с решением мно-жества уникальных проблем, которыетребовали всестороннего пониманияфизики процессов, материаловедения,особенностей передачи тепла и косми-ческого излучения, а также анализасостояний на схемном уровне и приме-нения методологии проектированиядля уменьшения влияния специфиче-ских дестабилизирующих факторовкосмического пространства.

А П П А Р А Т Н Ы Е С Р Е Д С Т В А / И С Т О Ч Н И К И П И Т А Н И Я

91

СТА 3/2013 www.cta.ru

Компания CRANE Aerospace & Elect-ronics (CRANE Electronics), будучи од-ним из ведущих мировых производите-лей DC/DC-преобразователей и поме-хоподавляющих фильтров, на протяже-нии многих лет выпускает продукциюкосмической категории качества, по-стоянно адаптируясь к новым уровнямсоответствующих требований и возрас-тающей сложности необходимых испы-таний. Продукция компании CRANEElectronics, поставляемая под торговоймаркой Interpoint™, уже применяласьранее во многих программах NASA(National Aeronautics and Space Agency –Национальное управление по аэронав-тике и исследованию космическогопространства, НАСА), включая всё ещёнаходящуюся в стадии реализации мис-сию Cassini-Huygens Saturn (аппаратCassini-Huygens, запущенный в 1997 го-ду, до сих пор продолжает посылатьценные данные о Сатурне и его спутни-ках). Очередным проектом стал авто-номный планетарный зонд Curiosity(Mars Science Laboratory – MSL).

В аппаратуре Curiosity (см. врезку«Зонд Curiosity») применены девять раз-личных серий DC/DC-преобразовате-лей и помехоподавляющих фильтровкомпании CRANE Electronics, включаяSMFLHP, SMRT, SMHF и SFME. На

рис. 1 показан внешний вид некоторыхDC/DC-преобразователей Intepoint™.Помехоподавляющие фильтры служатдополнением к DC/DC-преобразовате-лям, упрощая обеспечение соответствиясистемы требованиям стандарта MIL-STD-461 к помехам излучения, кондук-тивным помехам и другим воздействиям.

Далее в статье представлены результа-ты испытаний преобразователей компа-нии CRANE Aerospace & Electronics навоздействие ионизирующих излученийнизкой интенсивности, которые былиполучены при подготовке изделий дляприменения в бортовой аппаратуремиссии Curiosity.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВОЗДЕЙСТВИЯ ОДИНОЧНЫХ

ЯДЕРНЫХ ЧАСТИЦ

НА DC/DC-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Ионизирующие излучения космиче-ского пространства при воздействии навнутренние электронные компонентыDC/DC-преобразователей вызываютодиночные эффекты как результат воз-действия тяжёлых заряженных частиц(ТЗЧ) и протонов с относительно высо-кими энергиями (свыше 1 МэВ), кото-рые приводят к обратимым сбоям и не-обратимым (катастрофическим) отка-зам. Необходимо заметить, что невоз-

можно защититься от воздействия про-тонов с относительно высокими энер-гиями и ТЗЧ путём применения допол-нительных экранов, поэтому даннуюпроблему необходимо решать на всехэтапах конструирования DC/DC-пре-образователя (выбор компонентной ба-зы и схемотехнических решений, про-цесс изготовления и др.). Одиночныеэффекты могут быть причиной резкогоувеличения выходного напряжения, про-садки напряжения, отключений и по-вторных включений, защёлкиваний иликатастрофических отказов. Значениепороговых линейных потерь энергии(ЛПЭ) иона в веществе 40 МэВ•см2/мг(>37 МэВ•см2/мг) характерно для боль-шей части частиц, с которыми космиче-ский аппарат может столкнуться за вре-мя своего активного существования, иэто значение является достаточным длябольшинства космических программ.Значение ЛПЭ 85 МэВ•см2/мг по суще-ству охватывает все частицы, с которымикосмический аппарат может столкнутьсяв течение своего срока активного суще-ствования. Параметры стойкости к воз-действию одиночных частиц в основномподтверждаются испытаниями готовогоDC/DC-преобразователя.

В период между февралём 2010 и фев-ралём 2011 года были проведены испы-

92

СТА 3/2013www.cta.ru

ЗОНД CURIOSITY

Зонд Curiosity был запущен с космодрома

Air Force Station, расположенного на мысе

Канаверал, 26 ноября 2011 года ракетой

«Атлас-5», а 5 августа 2012 года совершил

посадку на Марс в районе кратера Гейла.

Curiosity, наиболее сложный из когда-либо

разработанных планетарных зондов, содер-

жит в 10 раз больше научного оборудования,

чем его предшественники Spirit и Oppor-

tunity. Основной задачей Curiosity является

исследование того, мог ли Марс когда-либо

иметь благоприятные условия для жизни

бактерий, а также пригоден ли Марс для ор-

ганизации поселений будущих экспедиций

исследователей. В результате 100-дневной

работы марсохода Curiosity были обнаруже-

ны вода в грунте [6] и органика небиологи-

ческого происхождения, а также были про-

ведены измерения радиации. Выяснилось,

если человек решит отправиться на Красную

планету, то, кроме жуткого холода и разре-

женного воздуха, он подвергнется риску

получить опасную дозу радиации. Марсоход

Curiosity оказался первым земным аппара-

том, который сделал измерения заряженных

частиц с помощью американского прибора

RAD. За первые сто дней он зафиксировал

несколько вспышек на Солнце, в результате

которых поток заряженных частиц резко

вырастал. Однако, как показали расчёты,

оболочка аппарата сократила мощность

соответствующих доз в несколько раз. Ре-

зультаты измерений прибора RAD были

дополнены данными прибора HEND (изго-

товитель ИКИ РАН, Россия), установленно-

го на находящемся на марсианской орбите

аппарате Mars Odissey. В отличие от амери-

канского прибора, он способен улавливать

нейтроны низких энергий. Мониторинг ра-

диационной обстановки на Марсе очень

важен в связи с подготовкой будущих полё-

тов туда человека. �

а б в

Рис. 1. Внешний вид конструкции: а – радиационно-стойкого интегрально-гибридного DC/DC-преобразователя серии SMHF с крепёжными фланцами;

б – преобразователя серии SMHF без крышки; в – радиационно-стойкого DC/DC-преобразователя серии SMRT


тания на стойкость к воздействию ТЗЧразличных компонентов разных компа-ний (микросхемы АЦП/ЦАП, FPGA,операционных усилителей, транзисто-ров MOSFET, микросхем памяти, ли-нейных регуляторов и DC/DC-преобра-зователей), которые планировались кприменению в космических программахNASA. Подвергались испытаниям инесколько серий DC/DC-преобразова-телей производства компании CRANEElectronics: SMRT28515T, SMTR283R3S,SMSA2812D, SMSA2815S, MFP0507S,SLH2812D, SMFLHP2815S.

Основные исследования на стойкостьк воздействию отдельных ТЗЧ проводи-лись на циклотроне Texas A&M Univer-sity (TAMU) и на установке LawrenceBerkeley National Laboratory (LBNL).Обе эти установки предназначены дляциклического ускорения протонов иионов с широким диапазоном энергии.

Для имитационного моделированиярадиационных эффектов от отдельныхядерных частиц (одиночных сбоев) при-менялся также сфокусированный лазерамериканской лаборатории NRL (NavalResearch Laboratory). Лазерный луч сдлиной волны 590 нм на глубине про-никновения 2 мкм имел интенсивностьсфокусированного излучения около37% (снижение до уровня 1/e) от интен-сивности на поверхности, частота по-вторения импульсов составляла 1 кГц.Необходимо отметить, что испытанияна стойкость к воздействию отдельныхзаряженных частиц на лазерных имита-торах со сфокусированным излучением

позволяют воспроизводить ряд одиноч-ных радиационных эффектов:� эффекты одиночных сбоев, включая

эффекты функциональных сбоев;� эффекты вторичного пробоя, в том

числе в мощных полевых транзисто-рах;

� эффекты отказов (тиристорные эф-фекты SEL и катастрофическиеотказы);

� одиночные переходные эффекты(SET – Single Event Transient, «игол-ки») – кратковременные импульсынапряжения (тока), возникающиевследствие одиночных радиацион-ных эффектов.Результаты испытаний и анализа

воздействий ТЗЧ на электронные ком-поненты приведены в отчёте [7].В табл. 1 кратко представлены резуль-таты испытаний DC/DC-преобразова-телей CRANE Electronics на воздей-ствие одиночных ядерных частиц, аболее подробно об испытаниях одногоиз них – SMFLHP2815S [8] и получен-ных результатах рассказывается в сле-дующем разделе.

ИСПЫТАНИЯ

DC/DC-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

SMFLHP2815SНА СТОЙКОСТЬ

К ВОЗДЕЙСТВИЮ ТЗЧИсследования проводились с целью

определения стойкости одноканальногоDC/DC-преобразователя SMFLHP2815S(рис. 2) к воздействию одиночных эф-фектов от воздействия потоков ТЗЧ на

испытательном оборудовании в Cyclo-tron Institute, расположенном на терри-тории Texas A&M University. Работа про-водилась по программе NASA ElectronicsParts and Packaging (NEPP).

Испытывались два образца. Каждыйобразец подвергался воздействию кор-пускулярного ионизирующего излуче-ния, и результаты сравнивались дляконтроля. Перед испытаниями у образ-цов удалили крышки. Конверторы се-рии SMFLHP являются однотактнымипрямоходовыми импульсными DC/DC-преобразователями напряжения, кото-рые использует квазипрямоугольныеимпульсы с постоянной частотой пере-ключения 600 кГц. Гальваническая раз-вязка между входными и выходнымицепями в основной цепи обеспечивает-ся трансформатором, а в контуре обрат-ной связи используется широкополос-ная индуктивная связь. В этих устрой-ствах применяется уникальная двойнаяпетля обратной связи, которая управ-ляет выходным током с использованиемвнутреннего контура обратной связи ивыходным напряжением в режиме кон-тура обратной связи с последователь-ным включением напряжения. До-полнительная обратная связь по токудросселя улучшает переходные характе-ристики в токовом режиме и упрощаетпараллельное подключение несколькихмодулей.

Испытательный стендИспытания проходили на стенде

Texas&M Cyclotron Radiation Effects Faci-lity пучками с энергией 15 МэВ/нуклон.Плотность потока частиц составлялаот 5,49×102 до 1,45×105 частиц/см2 в се-кунду. Для разрушающих испытанийвсе тесты проводились при потоке до1×106 частиц/см2 или пока не проис-ходили разрушающие события. Длянеразрушающих испытаний все тес-ты осуществлялись при потоке до1×106 частиц/см2 или пока не насчиты-валось достаточное число (>100) пере-94

СТА 3/2013


www.cta.ru

Таблица 1Краткое представление результатов испытаний гибридных DC/DC-преобразователей

CRANE Electronics на воздействие одиночных заряженных частиц

Кодкомпонента

Оборудование/дата

Результаты испытаний, ЛПЭ(МэВ•см2/мг) Напряжение

питанияРазмер

выборки(H – поток ТЗЧ, L – лазерное излучение)

SMRT28515TH: TAMU/ 10.03.2010;

LBNL/ 10.06.2010;TAMU/ 10.11.2010

H: SEL ЛПЭ > 86,3; SET ЛПЭ < 25.Эффекты SET наблюдалисьпри ±300 мВ (пик.), 600 нс

±15 В 1

SMTR283R3S H: TAMU/ 10.03.2010;TAMU/ 10.11.2010

H: SEL ЛПЭ > 86,3; SET ЛПЭ < 54.Эффекты SET наблюдалисьпри 700 мВ (пик.), 100 мкс

±15 В 3

SMSA2812D H: TAMU/ 10.03.2010;TAMU/ 10.11.2010

H: SEL ЛПЭ > 86,3; SET ЛПЭ < 28,8.Эффекты SET наблюдалисьпри ±300 мВ (пик.), 600 нс

±12 В 2

MFP0507S H: TAMU/ 10.12.2010;LBNL/ 11.01.2011

H: SEL ЛПЭ > 85,4; SET ЛПЭ < 3,49.Эффекты SETпри выходном напряжении 0,8 В –200 мВ, 100 мкс;при выходном напряжении 3,3 В –менее 800 мВ, 200 мкс

0,8; 3,3 В 4

SLH2812DH: LBNL/10.06.2010;

TAMU/ 10.11.2010;TAMU/ 10.03.2010

H: SEL ЛПЭ > 86,3; SET ЛПЭ < 58,8.Эффекты SET: импульс 1 В (пик.),700 нс

±15 В 2

SMFLHP2815S H: TAMU/ 10.03.2010;TAMU/ 10.11.2010

H: SEL ЛПЭ > 86,3; SET ЛПЭ < 53,1.Эффекты SET: импульс 1 В (пик.),200 мкс

±15 В 2

SMSA2815S L: NRL/ 10.05.2010L: при поглощении фотонов.

Эффекты SET: импульсы +160 мВи 192 мВ, 100 мкс

±15 В 2

Рис. 2. Внешний вид конструкции

одноканального DC/DC-преобразователя

SMFLHP2815S

ходных состояний. Для испытаний при-менялись ионы Xe, Ta и Au. При этомвыдерживалась комнатная температура.Испытания проводились при входномнапряжении 28, 21 и 35 В, при отклю-чённой, 30-процентной и 50-процент-ной нагрузке. Контролировались ток навходе преобразователя и выходное на-пряжение.

Проверялись стойкость к воздей-ствиям ТЗЧ по эффекту отказов SEL(тиристорные эффекты), одиночномуэффекту пробоя подзатворного ди-электрика в МДП-структурах (SEGR)и переходной ионизационной реак-ции в виде отдельных импульсов на-пряжения.

Структурная схема оборудованиядля испытания преобразователяSMFLHP2815S представлена на рис. 3.Она содержит источник питания дляобеспечения входных напряжений,электронную нагрузку, плату с прове-ряемым устройством, компьютер дляуправления измерительным оборудо-ванием через интерфейс КОП, а такжецифровой электронно-лучевой осцил-лограф для фиксирования любых от-клонений от нормы на выходе. Послеподачи заданного входного напряже-ния значения выходного напряженияотображаются на осциллографе, кото-

рый срабатывает при значениях, кото-рые находятся выше или ниже установ-ленного порога (250 мВ). На рис. 4приведена принципиальная схемавключения преобразователяSMFLHP2815S при испытаниях.

Результаты испытанийПодробные результаты испытаний

приведены в таблице отчёта [8].Устройства подвергались воздей-

ствию корпускулярного ионизирующе-го излучения ионов ксенона, тантала изолота с потоками от 8,49×103 до3,03×106 частиц/см2. Для разрушающихи неразрушающих испытаний наблю-дения велись до максимального значе-ния ЛПЭ 86,3 МэВ•см2/мг при прямомугле падения пучка. Для модуляSMFLHP2815S не наблюдалось разру-шающих событий, но устройство оказа-лось восприимчиво к воздействию ТЗЧпо эффекту одиночных сбоев SET ивыдавало импульсы напряжения ввыходных цепях, которые в наихудшемслучае имели пиковую амплитудуоколо –1 В и длительность 200 мкс. Этиимпульсы могут быть уменьшены пу-тём применения соответствующейсхемы LC-фильтра совместно сDC/DC-преобразователем. На графи-ках 1 и 2 рис. 5 показаны такие импуль-

сы напряжения для наихудшего случая,а на рис. 6 – наблюдаемое сечение эф-фекта (отношение общего числа про-явлений эффекта в устройстве к плот-ности переноса частиц).

Испытания SMFLHP2815S проводи-лись при входном напряжении 28 В врежиме холостого хода и при 30-про-центной нагрузке. Дополнительныеиспытания проводились для наихуд-шего сочетания факторов: входныенапряжения 21 и 35 В при нагрузке 30 и50%. Общий вывод таков, что макси-мальное количество импульсов напря-жения в выходных цепях является от-носительно небольшим, поэтому ис-пытываемое устройство может приме-няться в бортовой аппаратуре космиче-ской техники.

К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

В начале статьи при обсужденииподходов к разработке преобразовате-лей напряжения для космических при-менений указывалось на то, что приме-нение микросхем с высокой степеньюинтеграции является для данной сферырискованным предложением. Междутем, микросхемы бывают очень раз-ные, поэтому есть смысл более подроб-но обсудить вопрос их применения.

96

СТА 3/2013


www.cta.ru

Рис. 3. Структурная схема оборудования для испытания преобразователя

SMFLHP2815S на воздействие одиночных ядерных частиц

Рис. 4. Принципиальная схема включения преобразователя

SMFLHP2815S при испытаниях на воздействие ТЗЧ

Цифровой осциллограф

4-канальный источник питания

Электронная нагрузка

Интерфейс КОП ПК

Канал подачи напряжения

Токовая нагрузка

Платас установленным

преобразователем

Отслеживание импульсовнапряжения и запоминание

123456

71098

1211

11

J1

U1+VinInput CommonTriple (TRI)Inhibit 1 (INH1)Sync OutSync In

SMFLHP2815S

+VoutPositive SenseSense Return

Output CommonMSTR/INH2

Slave

J2

C1 RC2

2 2

Входноенапряжение

Напряжениена нагрузке

Рис. 5. Типичные для наихудшего случая импульсные напряжения с пиковой амплитудой около –1 В и длительностью 200 мкс

Нап

ряж

ение

Нап

ряж

ение

График 1

Время Время

График 2

0.0E+0

0,56

–0,44

0,54

–0,46

9.1E–5 1.9E–4 2.8E–4 3.8E–4 4.8E–4 5.7E–4 6.7E–4 7.7E–4 8.7E–4 9.6E–4 0.0E+0 9.2E–5 1.9E–4 2.9E–4 3.9E–4 4.8E–4 5.8E–4 6.8E–4 7.8E–4 8.8E–4 9.7E–4

История вопросаПолупроводниковые устройства,

созданные для применения в бортовойаппаратуре космической техники,были разработаны в те времена, когдастандартные радиационные испытанияосуществлялись при высокой мощно-сти дозы (HDR). За последние пять летбыли проведены дополнительные ис-пытания этих изделий при низкихмощностях поглощённой дозы (LDR),согласующихся с ELDRS (EnhancedLow Dose Rate Sensitivity – эффектуменьшения величины предельнойнакопленной дозы для биполярныхизделий при воздействии реальногоионизирующего излучения космиче-ского пространства с мощностью дозыниже 10–3–10–2 рад (SiO2)/c). Уверен-ность в корректном поведении продук-ции космической категории качествакомпании CRANE Electronics примощностях ELDRS основана на том,что испытания были проведены как накомпонентном уровне, так и на уровнеготовых преобразователей.

Испытаниям подвергались DC/DC-преобразователи популярных серийSLH, SMSA, SMHF, SMTR и SMRT. Этиизделия содержат в своём составе не-сколько видов биполярных интеграль-ных схем. Данные биполярные устрой-ства являются потенциально чувстви-тельными к суммарной накопленной до-зе ионизирующего излучения при оченьнизких мощностях дозы, часто определя-емых как мощности менее 10 мрад (Si)/с.

В [3] приведены схемы применениякаждой ИМС и данные о влиянии эф-фектов ELDRS на характеристики пре-образователя, что полезно для понима-ния допустимого предела устойчивостиизделия к дозовым эффектам при воз-

действии реального иони-зирующего излучениякосмического простран-ства, статистические дан-ные испытаний компо-нентов, которые содержатсведения о поведениипартии кремниевых пла-стин при низких мощно-стях дозы, статистическиеданные испытаний пре-образователей с зарегист-рированными партиямиИМС.

Перечень ИМС, со-держащихся в каждомпреобразователе пере-

численных серий, приведён в табл. 2.Кратко охарактеризуем каждый изчетырёх упомянутых в таблице видовбиполярных интегральных микро-схем.� LM119. Это сдвоенный компаратор,

приобретённый у компании NationalSemiconductor как кристалл MD8.Данный кристалл тестировался навоздействие радиации согласно ру-ководящему техническому докумен-ту Source Control Drawing (SCD), ко-торый содержит пострадиационныеограничения, обнаруженные компа-нией CRANE Electronics.

� LM136. Это прецизионный источ-ник опорного напряжения 2,5 В,приобретённый у National Semicon-ductor как кристалл MDR. Имеетгарантированное значение предель-ной накопленной дозы 100 крад (Si),подтверждённое при воздействииионизирующего излучения с высо-кой мощностью дозы.

� LM158. Это сдвоенный операцион-ный усилитель, приобретённый у ком-пании National Semiconductor как кри-сталл MDE. Имеет гарантированные ииспытанные для партии микросхемпараметры радиационной стойкостипри низких мощностях дозы (ELDRS).В DC/DC-преобразователях CRANE

Electronics применяются микросхемыLM158 или микросхемы MC34072.

� MC34072. Это сдвоенный усилитель,приобретённый у компании On Semi ииспытанный CRANE Electronics поруководящему техническому докумен-ту SCD, который содержит пострадиа-ционные ограничения, обнаруженныекомпанией CRANE Electronics.

Результаты исследованийИМС LM119

ИМС LM119 является единственнойинтегральной микросхемой, используе-мой в дискретной реализации схемыширотно-импульсного модулятора вовсех рассматриваемых преобразователях.Устройство представляет собой сдвоен-ный компаратор, одна часть которогофункционирует в качестве генераторатактовых импульсов, а вторая – в каче-стве компаратора ШИМ-контроллера.Генератор является гистерезисной схе-мой с гистерезисом в несколько вольт.Возможным результатом воздействиярадиации на данный компонент высту-пает сдвиг частоты генератора, поэтомунамеренно этот генератор сделан нечув-ствительным к весьма значительнымизменениям напряжения смещения итока смещения. Изменения напряжениясмещения создают смещения в одинако-вом направлении на обоих уровняхцикла гистерезиса, а не собственно вгистерезисе. В результате схема можетбез последствий выдерживать смещения100 мВ или выше, что во много раз боль-ше, чем можно было бы ожидать от воз-действий ионизирующего излучения снизкой мощностью дозы. Ток смещениятоже приводит к положительному илиотрицательному смещению рабочейточки, но так как перемещения происхо-дят в одинаковом направлении, то влия-ние на частоту практически отсутствует.

Другая половина ИМС LM119 ис-пользуется в качестве ШИМ-компара-тора, диапазон входной помехи общего(синфазного) вида составляет от 1,2 до6 В при изменении коэффициента за-полнения от 0 до 60%. Смещение рабо-чей точки, вызванное большим измене-нием на входе напряжения смещенияили тока смещения, не влияет на коэф-фициент заполнения. Высокое значе-ние коэффициента петлевого усиленияпри разомкнутом контуре обратнойсвязи будет возвращать рабочую точкуна прежнее место, что необходимо длядостижения правильного коэффициен-та заполнения и корректного значениявыходного напряжения.


97


Серия Компонент

SLH LM136

SMSA LM119, LM136, LM158

SMHF LM119, LM136, LM158 или MC34072

SMTR LM119, LM136, LM158 или MC34072

SMRT LM119, LM136, LM158

Таблица 2

Перечень биполярных ИМС, содержащихся

в DC/DC-преобразователях CRANE Electronics

рассматриваемых серий

1.00E–02

1.00E–03

1.00E–04

1.00E–05

1.00E–06

1.00E–0740,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00

Действительные ЛПЭ (МэВ·см2/мг)

Сече

ние

эфф

екта

(см

2 /уст

ройс

тво) 1.00E–02

1.00E–03

1.00E–04

1.00E–05

1.00E–06

1.00E–0740,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00

Действительные ЛПЭ (МэВ·см2/мг)

Сече

ние

эфф

екта

(см

2 /уст

ройс

тво)

Условные обозначения:

XSEC – характеристическая кривая сечения эффекта;

XSEC MEAN – значение сечения эффекта.

Рис. 6. Сечения эффекта SET для SMFLHP2815S

Схема ШИМ-контроллера, в которойприменяется LM119, практически не-восприимчива к значительным измене-ниям напряжения и тока смещения. Какследует из результатов испытаний [3],эта схема тестировалась при воздействиинизких мощностей поглощённых дозионизирующих излучений (ELDRS) дозначений поглощённых доз 50 крад (Si) и100 крад (Si) с изменением частотына 1%. Для поглощённой дозы 100 крад(Si) при сопоставлении данных, полу-ченных при воздействии большой мощ-ности дозы (HDR) и низкой мощностидозы (LDR), различий не обнаружено.Эта схема много раз была испытана прибольших мощностях дозы (HDR) допоглощённой дозы 450 крад (Si) опять жес изменением частоты менее чем на 1%.

Интересные сведения об устойчиво-сти ИМС LM119 можно получить из

врезки «Краткое изложение результатовиспытаний сдвоенного компаратораLM119 на воздействие ионизирующихизлучений с низкой мощностью дозы».

Результаты исследованийИМС LM136

Источник опорного напряженияLM136 применяется во всех изделияхкосмической категории качества компа-нии CRANE Electronics для полученияопорного напряжения, на основе кото-рого формируется выходное напряже-ние. Изменение в выходном напряже-нии является суммой смещения опор-ного напряжения и смещения входногонапряжения усилителя. Значение изме-ренного изменения выходного напря-жения при испытаниях воздействиемнизкой мощности дозы ионизирующегоизлучения может быть использовано для

определения суммы смещений обеихэтих составляющих, а сравнение значе-ний смещений, полученных при испы-таниях воздействиями доз высокой инизкой мощностей, может быть исполь-зовано для определения влияния пре-дельной накопленной дозы при воздей-ствии ионизирующего излучения не-большой мощности на каждую из этихсоставляющих.

В данных, полученных при испыта-нии ИМС LM136 воздействием высо-кой мощности дозы до значения погло-щённой дозы 100 крад (Si), обнаруженостойкое изменение выходного напря-жения 0,3%. В данных, полученных прииспытаниях преобразователя SMRT навоздействие небольшой мощности дозыионизирующего излучения (ELDRS)при поглощённой дозе 100 крад (Si), об-наружено смещение выходного напря-

98

СТА 3/2013


www.cta.ru

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ СДВОЕННОГО КОМПАРАТОРА LM119НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ С НИЗКОЙ МОЩНОСТЬЮ ДОЗЫ

Общие положенияХорошо известно, что эффекты, вызван-

ные суммарной накопленной дозой радиа-

ции, могут быть причиной ухудшения пара-

метров и, в конечном счёте, функционально-

го сбоя в электронном устройстве. Повреж-

дение происходит посредством образования

электронно-дырочной пары, передачи и

захвата дырок в диэлектрических зонах. В

современных микросхемах, созданных по

КМОП-технологии c технологическими

нормами 0,6 мкм и менее, большая часть раз-

рушения обнаруживается в менее толстых

изолирующих зонах. Устройства же, исполь-

зующие биполярные компоненты с малой

концентрацией носителей, проявляют чув-

ствительность к воздействию ионизирующих

излучений с небольшой мощностью дозы

(ELDRS). В настоящее время общепринят

метод прогнозирования чувствительности к

ELDRS или моделирования чувствительно-

сти к низкой мощности дозы при комнатной

температуре и воздействии облучения

50–100 рад (Si)/с (Condition A в стандарте

MIL-STD-883G Test Method 1019.7). В тече-

ние последних 10 лет был проверен ряд уско-

ряющих методик, включая отжиг при повы-

шенной температуре, подобный тому, кото-

рый применяется для МОП-устройств, и

облучение при различных температурах.

Однако ни одна из этих методик не была

признана столь же успешной и для обширно-

го ряда построенных на биполярных компо-

нентах линейных устройств и/или устройств

смешанных сигналов, используемых в аппа-

ратуре космических кораблей.

Самое последнее требование, включён-

ное в стандарт MIL-STD-883G Test Method

1019.7, предписывает, чтобы устройства,

потенциально склонные к воздействию

ELDRS, «были испытаны при предполагае-

мой во время применения мощности (по-

глощённой) дозы, при принятой низкой

мощности дозы до уровня поглощённой

дозы, превышающего значение предельной

накопленной дозы, или по ускоренным ме-

тодикам, таким как облучение при повы-

шенной температуре с учётом допуска на

деградацию параметра прибора». Недавно

опубликованный стандарт MIL-STD-883

Test Method 1019.7, хоть и предусматривает

ускоренное испытание, но по существу тре-

бования этого стандарта надо понимать так,

что перед тем как назначать испытания по

ускоренным методикам, должны быть

выполнены испытания на ELDRS при низ-

кой мощности дозы для подтверждения

приемлемости ускоренного испытания на

основе результатов воздействия низкой

мощности дозы на компоненты.

Исходя из ограничений ускоренного

испытания и в целях обеспечения соответ-

ствия требованиям MIL-STD-883G Test Me-

thod 1019.7 Condition D были проведены ис-

пытания рассматриваемой микросхемы на

ELDRS при мощности дозы 10 мрад (Si)/с.

Установка для испытаний настойкость к дозовым эффектам

Испытания на ELDRS были проведены с

использованием радиационной установки

Radiation Assured Devices’ Longmire Labora-

tories (Колорадо-Спрингс). В качестве источ-

ника ELDRS применялся излучатель GB-150,

модифицированный для обеспечения пано-

рамной экспозиции. Стержни из 60Co были

зафиксированы на основании излучателя. Во

время облучения стержень поднимался элек-

тронным таймером-контроллером, и воздей-

ствие осуществлялось в воздухе. Мощность

дозы излучателя могла изменяться от при-

близительно 1 мрад (Si)/с до максимального

значения порядка 50 рад (Si)/с и зависела от

расстояния от источника. Для испытания на

ELDRS при низкой мощности дозы устрой-

ства размещались на расстоянии приблизи-

тельно 2 метра от стержней из 60Co. Калиб-

ровка излучателя осуществлялась Radiation

Assured Devices’ Longmire Laboratories с

использованием термолюминесцентных до-

зиметров (TLD), зарегистрированных в Na-

tional Institute of Standards and Technology

(NIST).

Условия радиационныхиспытаний

Сдвоенный компаратор LM119 облучался

при различных электрических условиях:

при подаче однополярного напряжения

10 В и при подключении всех выводов к

земле. Устройства облучались до макси-

мального значения поглощённой дозы

50 крад (Si) со считыванием данных при

значениях 10, 20, 30 и 50 крад (Si). Контроль

электрических параметров производился в

течение 1 часа после окончания каждого пе-

риода облучения. После каждого периода

облучения в течение 2 часов устройства воз-

вращались для накопления следующей дозы

радиации. Для обеспечения требуемой

мощности дозы 10 мрад (Si)/с плата с мик-

росхемой при испытании на ELDRS была

помещена в камеру с источником 60Co и

расположена в свинцово-алюминиевом

жения 0,5% и не обнаружено различиймежду результатами испытаний приHDR и LDR. При испытаниях модулясерии SMSA воздействием мощностейдоз ELDRS до поглощённой дозы 50крад (Si) обнаружено смещение вы-ходного напряжения 0,3% и тоже не об-наружено различий между результатамииспытаний при HDR и LDR.

Результаты исследованийИМС MC34072

Этот усилитель применяется для фор-мирования сигнала ошибки в случае,когда существует разность между опор-ным и выходным напряжением. Это зна-чительно усиленное напряжение ошиб-ки управляет ШИМ-контроллером длявоздействия на выходное напряжение.Как было упомянуто при рассмотрениикомпонента LM136, сумма смещений в

усилителе и источнике опорного на-пряжения может проявляться в виде из-менения выходного напряжения. Ис-пытания, проведённые для преобразо-вателя серии SMSA, содержащего дверазные партии кремниевых пластинMC34072, до поглощённой дозы50 крад (Si), показали, что смещениевыходного напряжения было 0,3% прииспытаниях LDR и HDR. Это напряже-ние смещения, вероятно, явилосьрезультатом смещения только от источ-ника опорного напряжения LM136.

ВЫВОД

Каждый из трёх компонентов, опреде-лённый как потенциально чувствитель-ный к воздействию ELDRS, был испы-тан много раз на компонентном уровне ив составе преобразователей. Микросхемаисточника опорного напряжения LM136

была испытана 4 раза в составе преобра-зователя (каждый раз – из разных пар-тий), 1 раз на компонентном уровне.Микросхема LM119 была испытана3 раза в составе преобразователей (каж-дый раз – из разных партий) и один разна компонентном уровне. МикросхемаMC34072 была испытана 2 раза в составеизделий и 1 раз как отдельный компо-нент, каждое испытание проводилосьдля микросхем из разных партий. Ре-зультаты испытаний и, что очень важно,их согласованность, по крайней мере,для трёх партий пластин каждого компо-нента значительно уменьшают рискпотенциальной проблемы ELDRS. Кро-ме того, надо учитывать, что данныекомпоненты были специально спроек-тированы так, чтобы минимизироватьвлияние радиации, вызывающей изме-нения технических параметров.


99


контейнере. Свинцово-алюминиевый кон-

тейнер требуется в соответствии с докумен-

том MIL-STD-883G Test Method 1019.7

Section 3.4, который гласит следующее:

«Свинцово-алюминиевый (Pb/Al) контей-

нер. Испытываемые образцы должны быть

помещены в Pb/Al-контейнер для уменьше-

ния влияний повышенной дозы рассеянной

радиации с низкой энергией. Минимальная

толщина свинца должна быть 1,5 мм, он

окружает внутренний алюминиевый экран

с требуемой толщиной по меньшей мере

0,7 мм. Этот Pb/Al-контейнер создаёт при-

близительное равновесие заряженных час-

тиц между Si и TLD, такое как контейнер из

CaF2. Напряжённость радиационного поля

внутри Pb/Al-контейнера должна быть

измерена перед началом испытаний в тех

случаях, когда был заменён источник из-

лучения или когда были изменены его ори-

ентация либо форма, а также форма контей-

нера, элемент тестового оборудования. Это

измерение должно быть произведено после

помещения дозиметра (например, TLD) в

контейнер на то место, где приблизительно

размещается облучаемый образец. В том

случае, когда может быть доказано, что рас-

сеянная низкоэнергетическая радиация на-

столько мала, что не вызовет ошибки дози-

метрии вследствие увеличения дозы, Pb/Al-

контейнер может не использоваться».

Значение мощности дозы внутри свинцо-

во-алюминиевого контейнера было опреде-

лено по измерениям мощности излучения

дозиметром TLD непосредственно перед

началом экспозиции для определения погло-

щённой дозы. Значение мощности дозы во

время этого эксперимента было 10 мрад (Si)

с точностью ±5%.

Проверяемые параметрыВ этой работе исследовались следующие

параметры:

� напряжение смещения на входе VIO;

� ток смещения на входе IIO;

� входной ток смещения +IB;

� входной ток смещения IB;

� ток источника питания ICC;

� выходное напряжение высокого уровня

VOH;

� выходное напряжение низкого уровня

VOL.

Параметры были представлены в виде

зафиксированных данных, а все необрабо-

танные данные, включая сводку определяю-

щих признаков, представлены в форме

отчёта [3], а также в виде отдельного файла в

формате Excel. Данные определяющих при-

знаков содержат среднее, стандартное от-

клонение и среднее значение с коэффици-

ентом KTL (ограничивающий коэффициент

точности при одностороннем измерении).

Используемое значение KTL равно 4,666 со-

гласно MIL-HDBK 814 “Military Handbook.

Ionizing Dose and Neutrons Hardness Assu-

rance Guidelines for Microcircuit and Semi-

conductors Devices” при использовании

односторонних доверительных границ до-

пуска 99/90% и объёма выборки 5 штук. За-

метим, что для прохождения устройством

тестирования на ELDRS должен выпол-

няться следующий критерий: после радиа-

ционного облучения технические парамет-

ры устройства должны соответствовать спе-

цификации и среднее значение для выборки

должно удовлетворять требованиям специ-

фикации с учётом ограничивающего коэф-

фициента KTL. В том случае, когда после

радиационного облучения этот критерий не

выполняется, соответствующая партия

устройств рассматривается как партия, не

прошедшая радиационные приёмочные ис-

пытания (Radiation Lot Acceptance Testing –

RLAT).

Результаты испытанийпри воздействииионизирующих излученийнебольшой мощности дозы

В соответствии с представленными кри-

териями для сдвоенных компараторов

LM119 из партий с кодами 0806/J205B6252

неудачно закончилось испытание на

ELDRS при первом уровне возрастающей

дозы 10 крад (Si) вследствие увеличения

входных токов смещения на обоих каналах.

На инвертирующем и неинвертирующем

входах тоже были выявлены аномальные

изменения параметров при 10 крад (Si) и

20 крад (Si). Но несмотря на то что были

обнаружены существенные ухудшения на-

пряжения смещения на входе и входных

токов смещения, устройства сохранили

свой основной набор функций, доказатель-

ством чего послужили результаты послед-

них двух испытаний, в которых проверялись

VOL и VOH при подключении устройства в

схему в качестве стандартного компаратора.

Из результатов испытаний видно, что

параметры до воздействия радиации и

пострадиационные параметры находятся в

пределах спецификаций даже с учётом KTL.

Параметры испытываемых устройств зна-

чительно не изменились, как и следовало

ожидать. Поэтому можно сделать вывод, что

любые обнаруженные их изменения были

обусловлены только радиационным облуче-

нием. �

Результаты испытаний каждого изэтих компонентов кратко представле-ны в табл. 3. Результаты испытанийпреобразователя серии SMRT на воз-действие мощностей доз ELDRS пред-ставлены в табл. 4–6, а некоторыерезультаты испытаний преобразователясерии SMSA2815S приведены в табл.7–9. Значения параметров всех испыты-ваемых образцов DC/DC-преобразова-телей SMSA2815S оставались в преде-лах требований спецификаций до зна-чения поглощённой дозы 50 крад (Si)после воздействия гамма-излучения смощностью дозы 20 мрад (Si)/с.Подробно результаты испытаний пре-образователя SMSA2815S представле-ны в отчёте [9].

Множество испытаний различныхпартий потенциально чувствительныхинтегральных микросхем, применяе-мых в изделиях космической категориикачества компании CRANE Aerospace &Electronics, не выявили эффекта умень-шения величины предельной накоп-ленной дозы радиации для биполярныхизделий при воздействиях ионизирую-щего излучения с низкой мощностьюдозы (ELDRS с мощностью дозы ниже10–3–10–2 рад (SiO2)/с). Испытанияинтегральных микросхем были прове-дены как в составе преобразователей,так и отдельно для компонентов. Крометого, преобразователи показали своюустойчивость к изменениям парамет-ров интегральных схем в результатевоздействия ионизирующих излуче-ний, что значительно минимизируетвлияние накопленной дозы ионизации,независимо от мощности дозы. �

ЛИТЕРАТУРА

1. Dave Perchlik. Challenges of Designing Vol-

tage Converters for a Mission to Mars [Элект-

ронный ресурс] // PowerPulse.Net. – 2012. –

Режим доступа : http://www.powerpulse.net/

powerViews.php?pv_id=6.

2. NASA’s Mars Science Lab, Curiosity, Lands on

Mars with Interpoint™ DC-DC Converters :

News Release. – Redmond : CRANE Aero-

space & Electronics, 2012.

3. Jay Kuehny, David Perchlik. Low Dose Rate

Effects on Crane Space Products. – CRANE

Aerospace & Electronics, February, 2012.

4. Анашин В.С. Средства контроля воздей-

ствия ионизирующих излучений космиче-

ского пространства на РЭА космических

аппаратов в области одиночных эффек-

тов // Датчики и системы. – 2009. – № 9.

5. Анашин В.С. Общие вопросы обеспечения

стойкости РЭА космических аппаратов к

ионизирующим излучениям космического100

СТА 3/2013


www.cta.ru

Таблица 3Результаты испытаний компонентов DC/DC-преобразователей на ELDRS

Таблица 4Результаты испытаний преобразователя SMRT при воздействии ионизирующего излучения

с низкой мощностью дозы 10 мрад (Si)/c(контролируемый параметр – выходное напряжение [В] на основном выходе 3,3 В)


с низкой мощностью дозы 10 мрад (Si)/с(контролируемый параметр – выходное напряжение [В] на основном выходе 15 В)


с низкой мощностью дозы 10 мрад (Si)/с(контролируемый параметр – частота переключения [кГц])

Изделие Компонент Партия пластины Мощностьдозы

Суммарнаянакопленная

дозаионизации

SMRT LM158 JM084X27-WS – 10 мрад (Si)/с 100 крад

SMRT LM136 JM0CX16-W10 – 10 мрад (Si)/с 100 крад

SMRT LM119 J2098325-W6 – 10 мрад (Si)/с 100 крад

MFP LM136 JM05CX201-W10 – 10 мрад (Si)/с 100 крад

SMSA2815S LM136 J206B7482 JM0637042 0,02 рад (Si)/с 50 крад

SMSA2815S MC34072 P550F100N-W38 P536F100L-W18 0,02 рад (Si)/с 50 крад

SMSA2815S LM119 J20667341 J205B6252-W6 0,02 рад (Si)/с 50 крад

Компонент MC34072 HM069063 – 10 мрад (Si)/с 32,4 крад

Компонент LM136 A122M002-W1 – 5 мрад (Si)/с 32,4 крад

Компонент LM119 J205B6252 – 10 мрад (Si)/с 5 крад

ВоздействиеРежим холостого хода Входное напряжение приложено,

нагрузка подключенаСерийный

номер157

Изменение,%

Серийныйномер

170



176



218


0 крад 3,305 – 3,298 – 3,299 – 3,294 –20 крад 3,302 0,09077 3,294 0,12129 3,294 0,15156 3,29 0,1214340 крад 3,298 0,2118 3,289 0,27289 3,287 0,36375 3,285 0,2732260 крад 3,294 0,33283 3,284 0,4245 3,281 0,54562 3,279 0,4553780 крад 3,288 0,51437 3,28 0,54579 3,274 0,75781 3,274 0,60716100 крад 3,284 0,6354 3,278 0,60643 3,27 0,87905 3,273 0,63752

Отжиг 168 чпри +100°С 3,3 0,15129 3,293 0,15161 3,293 0,18187 3,288 0,18215

Воздействие

Режим холостого хода Входное напряжение приложено,нагрузка подключена


157



170



176



218


0 крад 15,03 – 15,02 – 15,04 – 14,99 –20 крад 15,02 0,06653 15,01 0,06658 15,03 0,06649 14,98 0,0667140 крад 15,01 0,13307 14,99 0,19973 15 0,26596 14,96 0,2001360 крад 14,99 0,26613 14,97 0,33289 14,98 0,39894 14,95 0,2668480 крад 14,97 0,3992 14,96 0,39947 14,96 0,53191 14,93 0,40027100 крад 14,95 0,53227 14,94 0,53262 14,94 0,66489 14,92 0,46698

Отжиг 168 чпри +100°С 15,01 0,13307 15,01 – 15,02 – 14,98 –

Воздействие

Режим холостого хода Входное напряжение приложено,нагрузка подключена


157



170



176



218


0 крад 293 – 294 – 291 – 291 –

20 крад 294 0,341297 295 0,340136 292 0,343643 285 2,06186

40 крад 295 0,682594 296 0,680272 292 0,343643 292 0,343643

60 крад 295 0,682594 297 1,020408 292 0,343643 293 0,687285

80 крад 295 0,682594 297 1,020408 292 0,343643 293 0,687285

100 крад 295 0,682594 298 1,360544 293 0,687285 293 0,687285

Отжиг 168 чпри +100°С 294 0,341297 294 0 291 0 291 0

пространства за счёт ЭКБ // Контроль

стойкости электронной компонентной ба-

зы к ионизирующим излучениям космиче-

ского пространства для её применения в

радиоэлектронной аппаратуре космиче-

ских аппаратов : тез. докл. семинара 12 дек.

2012. – М.: РОСКОСМОС, 2012.

6. Первые результаты российского экспери-

мента ДАН на борту марсохода НАСА

Curiosity, работающего на поверхности

Марса : cообщение преcс-службы ИКИ

РАН [Электронный ресурс] // ИКИ. – М.,

2012. – Режим доступа : http://www.iki.rssi.ru/

events/events_12.htm.

7. Martha V. O’Bryan, Kenneth A. LaBel,

Jonathan A. Pellish, Jean-Marie Lauenstein, et

al. Recent Single Event Effects Compendium of

Candidate Electronics for NASA Space

Systems // NSREC 2011 W-6. – NASA, 2011.

8. Anthony B. Sanders, Hak S. Kim, Anthony M.

Phan. SEE Test Plan 3.0. Heavy Ion SEE Test

of SMFLHP2815S from Interpoint.

T030210_T110910_SMFLHP2815S. –

NASA, 2010.

9. Stephen Buchner, Christian Poivey, Jim Forney,

Hak Kim. TID Test Report SMSA2815S

(Interpoint) DC-to-DC Converter. G07SEP_

SMSA2815_TID. – NASA/GSFC, 6th No-

vember, 2007.

Автор – сотрудникфирмы ПРОСОФТТелефон: (495) 234-0636E-mail: [email protected]


101


Таблица 7Выходное напряжение как функция значения поглощённой дозы для преобразователя

SMSA2815S

Таблица 8Изменение входного тока [А] при различных значениях поглощённой дозы

для преобразователя SMSA2815S (режим холостого хода)

Таблица 9Изменение входного тока [А] при различных значениях поглощённой дозы

для преобразователя SMSA2815S(устройство включено, входное напряжение 31 В, ток нагрузки 300 мА)

Поглощённая доза,крад (Si)

Выходное напряжение, В

Контрольныйобразец

Испытываемоеустройство

№ 1


№ 2

Испытываемоеустройств

№ 3

Среднее значе-ние

0 14,930 14,951 14,913 14,927 14,930332 14,975 14,961 14,914 14,926 14,933675 14,978 14,974 14,910 14,934 14,939337 14,977 14,973 14,922 14,935 14,943310 14,978 14,972 14,930 14,940 14,9473315 14,978 14,920 14,936 14,950 14,9353330 14,978 14,985 14,952 14,981 14,9726750 14,978 14,955 14,945 14,878 14,95933

Отжиг в течениенедели при комнатнойтемпературе

14,930 14,951 14,913 14,961 14,94167

Поглощённаядоза, крад (Si)



№ 1


№ 2


№ 3

Среднеезначение

0 0,0330 0,0330 0,0310 0,0310 0,03172 0,0330 0,0330 0,0310 0,0317 0,03195 0,0330 0,0330 0,0318 0,0320 0,03237 0,0331 0,0330 0,0318 0,0319 0,032210 0,0330 0,0330 0,0309 0,0310 0,031615 0,0330 0,0329 0,0312 0,0314 0,031830 0,0331 0,0329 0,0311 0,0304 0,031550 0,0330 0,0330 0,0312 0,0380 0,0341Отжиг 0,0330 0,0330 0,0312 0,0380 0,0341

Поглощённаядоза, крад (Si)



№ 1


№ 2


№ 3

Среднеезначение

0 0,003 0,003 0,003 0,003 0,00302 0,003 0,003 0,0029 0,0029 0,00295 0,0029 0,0028 0,0027 0,0028 0,00287 0,0029 0,0028 0,0027 0,0027 0,002710 0,0029 0,0027 0,0027 0,0025 0,002615 0,0029 0,0028 0,0027 0,0027 0,002730 0,0028 0,0027 0,0027 0,0027 0,002750 0,0031 0,0029 0,0029 0,0028 0,0029Отжиг 0,0031 0,0029 0,0029 0,0028 0,0029

Documents

DC/DC-AB7@4B39@53D7=: CRANEElectronics:B79E=MD3DL …