ЖУРНАЛ СТА 3/2013

История вопроса Полупроводниковые устройства, созданные для применения в бортовой аппаратуре космической техники, были разработаны в те времена, когда стандартные радиационные испытания осуществлялись при высокой мощно- сти дозы (HDR). За последние пять лет были проведены дополнительные ис- пытания этих изделий при низких мощностях поглощённой дозы (LDR), согласующихся с ELDRS (Enhanced Low Dose Rate Sensitivity – эффект уменьшения величины предельной накопленной дозы для биполярных изделий при воздействии реального ионизирующего излучения космиче- ского пространства с мощностью дозы ниже 10 –3 –10 –2 рад (SiO 2 )/c). Уверен- ность в корректном поведении продук- ции космической категории качества компании CRANE Electronics при мощностях ELDRS основана на том, что испытания были проведены как на компонентном уровне, так и на уровне готовых преобразователей. Испытаниям подвергались DC/DC- преобразователи популярных серий SLH, SMSA, SMHF, SMTR и SMRT. Эти изделия 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 очень низких мощностях дозы, часто определя- емых как мощности менее 10 мрад (Si)/с. В [3] приведены схемы применения каждой ИМС и данные о влиянии эф- фектов ELDRS на характеристики пре- образователя, что полезно для понима- ния допустимого предела устойчивости изделия к дозовым эффектам при воз- действии реального иони- зирующего излучения космического простран- ства, статистические дан- ные испытаний компо- нентов, которые содержат сведения о поведении партии кремниевых пла- стин при низких мощно- стях дозы, статистические данные испытаний пре- образователей с зарегист- рированными партиями ИМС. Перечень ИМС, со- держащихся в каждом преобразователе пере- численных серий, приведён в табл. 2. Кратко охарактеризуем каждый из четырёх упомянутых в таблице видов биполярных интегральных микро- схем. ● LM119. Это сдвоенный компаратор, приобретённый у компании National Semiconductor как кристалл MD8. Данный кристалл тестировался на воздействие радиации согласно ру- ководящему техническому докумен- ту Source Control Drawing (SCD), ко- торый содержит пострадиационные ограничения, обнаруженные компа- нией CRANE Electronics. ● LM136. Это прецизионный источ- ник опорного напряжения 2,5 В, приобретённый у National Semicon- ductor как кристалл MDR. Имеет гарантированное значение предель- ной накопленной дозы 100 крад (Si), подтверждённое при воздействии ионизирующего излучения с высо- кой мощностью дозы. ● LM158. Это сдвоенный операцион- ный усилитель, приобретённый у ком- панииNational Semiconductor как кри- сталл MDE. Имеет гарантированные и испытанные для партии микросхем параметры радиационной стойкости при низких мощностях дозы (ELDRS). В DC/DC-преобразователях CRANE Electronics применяются микросхемы LM158 или микросхемы MC34072. ● MC34072. Это сдвоенный усилитель, приобретённый у компании On Semi и испытанный CRANE Electronics по руководящему техническому докумен- ту SCD, который содержит пострадиа- ционные ограничения, обнаруженные компанией CRANE Electronics. Результаты исследований ИМС LM119 ИМС LM119 является единственной интегральной микросхемой, используе- мой в дискретной реализации схемы широтно-импульсного модулятора во всех рассматриваемых преобразователях. Устройство представляет собой сдвоен- ный компаратор, одна часть которого функционирует в качестве генератора тактовых импульсов, а вторая – в каче- стве компаратора ШИМ-контроллера. Генератор является гистерезисной схе- мой с гистерезисом в несколько вольт. Возможным результатом воздействия радиации на данный компонент высту- пает сдвиг частоты генератора, поэтому намеренно этот генератор сделан нечув- ствительным к весьма значительным изменениям напряжения смещения и тока смещения. Изменения напряжения смещения создают смещения в одинако- вом направлении на обоих уровнях цикла гистерезиса, а не собственно в гистерезисе. В результате схема может без последствий выдерживать смещения 100 мВ или выше, что во много раз боль- ше, чем можно было бы ожидать от воз- действий ионизирующего излучения с низкой мощностью дозы. Ток смещения тоже приводит к положительному или отрицательному смещению рабочей точки, 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 до 6 В при изменении коэффициента за- полнения от 0 до 60%. Смещение рабо- чей точки, вызванное большим измене- нием на входе напряжения смещения или тока смещения, не влияет на коэф- фициент заполнения. Высокое значе- ние коэффициента петлевого усиления при разомкнутом контуре обратной связи будет возвращать рабочую точку на прежнее место, что необходимо для достижения правильного коэффициен- та заполнения и корректного значения выходного напряжения. АППА Р А Т НЫЕ С Р Е ДС Т В А / ИС ТОЧНИКИ ПИ Т АНИЯ 97 СТА 3/2013 www.cta.ru 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–07 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 Действительные ЛПЭ (МэВ·см 2 /мг) Сечение эффекта (см 2 /устройство) 1.00E–02 1.00E–03 1.00E–04 1.00E–05 1.00E–06 1.00E–07 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 Действительные ЛПЭ (МэВ·см 2 /мг) Сечение эф екта (см 2 /устройство) Условные обозначения: XSEC – характеристическая кривая сечения эффекта; XSEC MEAN – значение сечения эффекта. Рис. 6. Сечения эффекта SET для SMFLHP2815S © СТА-ПРЕСС