Причиной нарушения нормальной работы ИОУ являются также переходные ионизационные эффекты, обусловленные об-разованием мощных импульсов фототоков во всех областях кри-сталла, включая не только области, где формированы рабочие транзисторы, диодные структуры, диффузионные резисторы, но также изолирующие и приповерхностные слои ИМС. Изоляция р-n-переходами является серьезным недостатком ИОУ, работаю-щих в полях ионизирующих излучений. Воздействие г-излучения, электронного и высокоэнергетического нейтронного (Е„ > 14 МэВ) излучений приводит к образованию через изоли-рующие p-n-переходы мощных фототоков, которые могут быть причиной нарушения электрической изоляции р- и n-областей, возрастания рассеиваемой мощности, возникновения тиристорного эффекта, пробоя как в рабочих, так и в паразитных транзисто-рах. Значительный вклад в образование фототоков вносят участ-ки подложки, прилегающие к изолирующим p-n-переходам. По-этому эти токи можно заметно уменьшить легированием подложки с тыльной стороны золотом, уменьшающим время жизни но-сителей в подложке. Наиболее эффективным способом уменьше-ния фототоков является применение диэлектрической изоляции, а также использование пленочных резисторов вместо диффузион-ных.

Воздействие ионизирующего излучения сказывается также на частотных и импульсных характеристиках ИОУ в области ма-лых времен. При облучении, создающем объемные структурные повреждения, частота единичного усиления для некорректированного ИОУ меняется незначительно вплоть до флюенсов 1015 нейтр./см2 и более. Верхняя граничная частота для боль-шинства ИОУ возрастает, что объясняется уменьшением коэф-фициентов усиления каскадов, вследствие чего уменьшается влияние паразитных емкостей. Эти изменения приводят к сниже-нию запаса устойчивости, oднако поскольку в реальных условиях послед-няя тоже уменьшается, то в итоге при облучении самовозбужде-ние ИОУ маловероятно.

Критериальные параметры для оценки стойкости ОУ.

Как правило, нормативная документация (НД) на ИОУ устанавливает отклонение выходного на-пряжения от нуля ДUвх от, приведенного ко входу, в качестве критериального параметра при опреде-лении уровня бессбойной работы (УБР) и времени потери работоспособности (ВIIP) при воздействии импульсного ИИ.

Типовая схема включения по НД для контроля параметра ДUвх.от показана на рис.2, причем коэффициент усиления схемы Ки выбира-ется в диапазоне от 10 до 1000 без должного обос-нования. Напряжение отклонения от нуля рассчи-тывается по упрощенной формуле:

ДUвх.от = ДUвых/ Ku.

Критерий работоспособности ИОУ по пара-метру UBX для определения УБР и ВПР задается выражением

ДUвх.от ДUвх.от норм или ДUвых ДUвх.от нормKu

Как показали эксперименты, в зависимости от технологии существенно различаются чувствительность к воздействию стационарного ИИ того или иного параметра однотипных ОУ, различаются зависимость АЧХ от величины поглощенной дозы, уровень катастрофического отказа, характер изменения напряжения смещения нуля и др. Так, например, уровень катастрофического отказа ОУ 140УД17 различается на порядок в зависимости от предприятия изготовителя. В связи с этим один и тот же тип ОУ мог соответствовать либо нет нормам ТУ. Т.о. очевидна невозможность прогнозирования радиационного поведения ОУ по результатам исследования схем того же типа, но другого конструктивно-технологического исполнения. Более того, подтверждается неинформативность использования одного и того же критериального параметра для сравнительной оценки радиационной стойкости всех ОУ, т.к. критериальный параметр, т.е. наиболее чувствительный к воздействию того или иного типа ИИ, определяется технологией изготовления микросхемы.

Ниже приведена таблица параметров, реагирующих на воздействие ИИ для некоторых усилителей.

Из представленного материала, подтверждае-мого многочисленными экспериментами, следует, что напряжение смещения нуля, определяемое как приведенное к входу выходное напряжение не яв-ляется информативным параметром при опреде-лении уровня бессбойной работы ИОУ при воз-действии импульсных спецфакторов. Более ин-формативным показателем стойкости ИОУ при воздействии ИИИ является время потери работоспособности (ВПР), определяемое по уменьшению отклонения выходного напряже-ния до заданного уровня.

Выбор общего критерия работоспособности для определения УБР и ВПР, отражающего спо-собность ИОУ усиливать сигнал с заданной точ-ностью, можно осуществить только условно без привязки к конкретному применению ИОУ. Пря-мая оценка по наихудшему случаю (например включение ИОУ без ОС) также неинформатив-на, так как при этом получаются заведомо завы-шенные значения ВПР. Однако предварительные оценки показывают, что в этом случае возможен пересчет полученных значений ВПР к конкрет-ной схеме включения.

Проектирование радиационно-стойких ИОУ.

На этапе проектирования проблему повыше-ния радиационной стойкости аппаратуры наибо-лее эффективно можно решить соответствую-щим выбором способа коррекции переходных и частотных характеристик усилителя. Наи-лучшие результаты получаются при включении быстродействующего канала (см.рис.3) параллельно наибо-лее инерционному каскаду интегрального операци-онного усилителя, а наихудшие результаты при коррекции интегрирующим конденсатором Скор, подключаемым между выходом и входом каскада промежуточного усилителя в микросхеме.

Рис.3. Аналоговое устройство на АИМС с параллельным бы-стродействующим каналом:

а - структурная схема;

б - схема замещения

Включение быстродействующего канала при определенных условиях существенно повышает быстродействие интегрального операционного усилителя и, соответственно, частоту единичного усиления f1ис. Это позволяет, используя низкочастотную микросхему с повышенной радиационной стойкостью, спроектировать быстродействую-щий усилитель, способный работать нормально при заметно большем уровне ионизирующего из-лучения. Этот способ коррекции одновременно позволяет на порядок и более сократить продол-жительность ВПР усилителя. Реализация этого способа коррекции возможно только у интегрального операционно-го усилителя с дополнительными выводами для подключения корректирующего конденсатора (как, например микросхема LM101A и ее аналог 153УД2). При этом быстродействующий канал, подключаемый к указанным выводам, строят на дискретных элементах. Указанными особеннос-тями реализации объясняется ограниченное при-менение этого способа коррекции.

Включение корректирующего конденсатора Скор, во-первых, приводит к уменьшению импульс-ной добротности интегрального операционного усилителя в (1 + Скор/Сис)1/2 раз и, соответственно ча-стоты единичного усиления f 1кор. При этом прихо-дится использовать более высокочастотные мик-росхемы, которые, как правило, обладают мень-шей радиационной стойкостью. Во-вторых, оно сопровождается заметным увеличением коэффи-циента передаточной функции интегрального операционного усилителя

b1кор = СкорRкор.эк + b1ис величиной которого лимитируется (для предот-вращения перегрузки по входу) наибольшая амп-литуда выходного напряжения усилителя.

Кроме этого происходит увеличение ВПР в b1кор / b1ис раз (причем часто 1кор / b1ис > 10) Возрастает амп-литуда отклонения выходного напряжения при ИИИ. Необхо-димо учитывать еще один недостаток коррекции интегрирующим конденсатором, заключающим-ся в следующем. Если из-за радиационного воз-действия сопротивление Rкор.эк уменьшается на-столько, что оно становится меньше Rкор.эк < (b2исF)1/2/Cис, то выбранная микросхема оказывается непригод-ной для обеспечения заданного усиления Кu с тре-буемым быстродействием. При этом требу-ется выбирать более высокочастотный интег-ральный операционный усилитель (независимо от того коррекция внутренняя или внешняя).

Страницы: 1, 2, 3, 4