一种电阻前置于DC-DC降压转换器的闩锁加固设计

低成本、高性能体硅CMOS器件在航天应用中存在着单粒子闩锁（SEL）的风险，专用宇航级抗SEL器件难以大量满足当前航天低成本、高性能、抗辐射需求。

因此，须对CMOS工艺器件采取相应的电路级防护设计。电路级防护常采用断电重启、恒流源限制、冷备份和串联电阻等方法，它们分别存在器件无法带电连续工作、影响器件动态功能、增加电路设计面积和无法使器件退出闩锁的问题。

为改善上述闩锁防护存在的问题，我们提出了电阻前置于DC-DC降压转换器的闩锁加固设计。

所提方法根据DC-DC降压转换器的输入特性，通过提高电阻范围可使器件退出闩锁。

通过建立电阻与DC-DC降压转换器的参数模型量化电阻值范围。

选取两款CMOS器件进行单粒子闩锁实验，验证了所提方法较于传统电阻防护方法可将电阻范围提高300%~400%；并证明所提方法在电阻取值范围分别为34Ω~41Ω和51Ω~56Ω时将两个器件的闩锁电流分别降低至72.1mA及24.2mA的维持电流以下，使器件退出闩锁并可减小低成本航天设备的在轨故障率。

所提方法的主要贡献如下：

(1) 解决了传统电阻防护的突出问题。传统电阻防护仅能对闩锁起到限流的作用，不能使器件退出闩锁。所提方法通过将电阻与电路中含有的DC-DC降压转换器协同作用可使器件退出闩锁。

(2)量化了电阻的取值方法，改善电阻在闩锁防护中缺乏数学分析的问题。我们系统分析电阻前置于DC-DC降压转换器的工作原理，建立了相应的参数模型并提出了电阻的取值方法。这对于所提方法在实际工程应用中具有重要的指导意义。

(3)所提方法相较于断电重启、恒流源限制和冷备份方法同时具有器件带电连续工作、维持器件动态功能及占用较小的电路设计面积的优点；并且所提方法符合目前航天中低成本、高性能和抗辐射的趋势。

审核编辑：刘清