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单粒子翻转效应与恢复

2024-06-07 16:28:19 John Dunn 阅读:
由于“组件冗余”的作用,当SMPS中的一个MOSFET由于宇宙射线粒子、单粒子翻转(SEU)导致无法正常开关时,其配对的MOSFET仍能正常运作...

关于宇宙射线的影响,我们曾经在“运用双MOSFET避免SEU的影响”一文中讨论过。dY6ednc

当时的想法是由于“组件冗余”的作用——在文中的示例采用一对MOSFET,当开关模式电源(SMPS)中的一个MOSFET由于宇宙射线粒子、单粒子翻转(SEU)而导致无法正常开关或切换时(图1),其配对的MOSFET仍能正常运作。dY6ednc

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图1:宇宙射线造成的SEU效应可能导致组件故障。dY6ednc

不过,这种SEU效应不一定来自宇宙射线粒子。CMOS集成电路(IC)有时也会无缘无故地出现闩锁(latch-up,LU)效应。这种闩锁效应是由内部四层结构引起的,这些结构看起来非常像可控硅整流器(SCR),一旦被触发,几乎可将+Vcc轨引脚短路到接地。与功率MOSFET的情况不同,组件冗余可能无法实现。在这种情况下,SEU效应的恢复可能是解决之道。dY6ednc

图2是概念性的,但它源自一个更复杂设计中所使用的实际电路。dY6ednc

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图2:SEU效应的恢复概念,其中绿色的电路容易发生闩锁效应。dY6ednc

其基本思路是:绿色的Q1、Q2等表示易发生闩锁的IC,可能是CMOS,而蓝色的V1等则表示闩锁触发器。黄色的RC对提供了闩锁恢复过程中的延迟,以便在示波器上更容易看到从故障中恢复的情况,但我们很快就会移除该RC对。dY6ednc

当IC发生闩锁时,会拉低+5V稳压器的输出。而当该电压低于比较器阈值(+3V,如图2所示)时,比较器会向功率MOSFET发送一个驱动脉冲,从而进一步降低轨电压,使IC闩锁效应无法持续存在。当功率MOSFET再次关断时,+5V稳压器输出电压恢复正常。dY6ednc

如果我们现在移除RC延迟,情况将会以同样的方式进行,但在此模拟过程中,由于发生得太快,导致无法在示波器显示器(图3)看到闩锁组件的饱和电压。dY6ednc

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图3:RC延迟已被移除,SEU效应已恢复。dY6ednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Single event upset and recovery,由Susan Hong编译)dY6ednc

责编:Ricardo
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