Kiirgus{0}}karastatud toitemoodul on spetsiaalne elektrooniline toiteseade, mis on loodud usaldusväärselt töötama karmides ioniseeriva kiirgusega täidetud keskkondades. Erinevalt tavapärastest toiteallikatest kasutab see spetsiaalseid tehnoloogiaid igas aspektis alates kiibi materjalidest ja vooluahela disainist kuni pakendamisprotsessideni, tagades pideva, stabiilse ja usaldusväärse toiteallika kriitiliste koormuste jaoks sellistes stsenaariumides nagu kosmose- ja tuumareaktori perifeeria.
Kiirguspõhimõtted{0}}Karastatud toitemoodulid
Kiirguskindla-konstruktsiooni põhieesmärk on seista vastu kolmele peamisele kiirguse{1}}indutseeritud pooljuhtseadmete kahjustusele: kogu ioniseeriva doosi (TID) efekt, üksiksündmuse efekt (SEE) ja nihkekahjustus (DD).
1. Elektroonikaseadmete kiirgusoht
(1) Kogu ioniseeriva doosi (TID) efekt
Põhimõte:Pikaajaline kokkupuude ioniseeriva kiirgusega tekitab ja akumuleerib pooljuhtmaterjalide oksiidikihtides (nt MOSFETide paisoksiidikihis) laengulõksud. Need kinnijäänud laengud põhjustavad seadme jõudluse halvenemist, näiteks lävipinge triivi, suurenenud lekkevoolu ja vähenenud ülejuhtivust.
Mõju toiteallikatele:See toob kaasa suurema sisse{0}}takistuse ja võimsuse MOSFETide aeglasema lülituskiiruse, vead kontrollkiipide võrdluspinges ja loogilistes olekutes ning lõpuks toitemoodulite efektiivsuse languse või isegi täieliku rikke.
(2) Üksiku-sündmuse efekt (VT)
Põhimõte:Suure-energiaga osakesed (nt prootonid, rasked ioonid) tungivad läbi kiibi ja tekitavad oma teekonnal väga lühikese aja jooksul tihedaid laenguid, põhjustades vooluringi olekutes tõsiseid häireid.
Üksiku-sündmuse segadus (SEU):Põhjustab mäludes või sulgurites loogika oleku nihkeid (0 kuni 1 või 1 kuni 0), mille tulemuseks on andmevead.
Üksik{0}}sündmuse mööduv (SET):Genereerib hetkelise vooluimpulsi või pingehäire kombineeritud loogika- või analoogahelates.
Üksik{0}}sündmuse lukustus (SEL):Käivitab parasiittüristorite juhtivuse CMOS-struktuurides, moodustades suure{0}}voolu lühise, mis võib seadme läbi põletada.
Ühekordse-sündmuse läbipõlemine (SEB):Põhjustab otseselt toiteseadmete (nt MOSFET-id) PN-ristmiku rikkeid ja termilisi kahjustusi.
Mõju toiteallikatele:Võib põhjustada kaootilist juhtimisloogikat, äkilisi mööduvaid muutusi väljundpinges, tõrkeid PWM-signaalides ja isegi püsivaid riistvarakahjustusi.
(3) Nihkekahjustus (DD)
Põhimõte:Suure{0}}energiaga osakesed põrkuvad pooljuhtvõre aatomitega, nihutades need oma algsetest positsioonidest ja moodustades püsivaid võre defekte. Need defektid toimivad rekombinatsioonikeskustena, vähendades vähemuskandjate eluiga.
Mõju toiteallikatele:Mõju on eriti oluline optoelektroonilistele seadmetele (nt päikesepatareid, optronid) ja bipolaarsetele transistoridele, mis toob kaasa nende praeguse võimenduse ja tõhususe vähenemise.
2. Kiirgus-Tulevad disainitehnoloogiad
Ülaltoodud probleemide lahendamiseks kasutavad kiirgus{0}}tugevdatud toitemoodulid mitmeid eritehnoloogiaid.
(1) Kiibi-taseme kõvenemine
Protsessi tehnoloogia:Spetsiaalseid pooljuhtide tootmisprotsesse, nagu Silicon{0}}on-Isolator (SOI) tehnoloogiat, kasutatakse parasiittransistoride tõhusaks isoleerimiseks ja SEL-i (Single{2}}Event Latchup) põhimõtteliseks mahasurumiseks.
Kiirgus{0}}kindla vooluahela disain:Single -Event Effects (SEE) taluvuse parandamiseks kasutatakse vooluringi disaini tasandil üleliigset loogikat (nt kolmekordne mooduli liiasus), vigade tuvastamise ja parandamise (EDAC) ahelaid ning konservatiivseid konstruktsioonivarusid.
Kiirguskindla{0}}seadmete kasutuselevõtt:Põhikomponendid (nt kontrollerid, MOSFET-id, dioodid) on kõik rangelt varjestatud või on oma olemuselt "kosmosekvaliteediga" seadmed, mis on spetsiaalselt loodud kiirguskindlate rakenduste jaoks.
(2) Ahela ja süsteemi{1}}taseme karastamine
Topoloogia valik:Valitakse robustsemad ja lihtsamad topoloogilised struktuurid, mille konstruktsioonis on reserveeritud piisavad pinge- ja vooluvarud.
Tagasiside ja juhtkontuuri karastamine:Põhilised analoogahelad, nagu pingereferentsid ja veavõimendid, on spetsiaalselt loodud selleks, et muuta need parameetrite triivimise suhtes tundetuks. Lisatud on valveahelad ja üle-pinge/liigvoolu-kaitsefunktsioonid, et võimaldada automaatset taastamist pärast ühekordse-sündmuse efekti (VT) ilmnemist.
Redundantsi disain:Äärmiselt kriitilistes süsteemides võib kahte või enamat täiesti sõltumatut toitemoodulit kasutada otse põhi-/ooterežiimis või praeguses -jagamisrežiimis töötamiseks, et saavutada süsteemi-taseme liiasus.
(3) Pakendi ja paigutuse kõvenemine
Varjestus:Korpusena kasutatakse suure-tihedusega materjale (nt volfram, titaanisulam), mis kaitsevad teatud määral kiirgust.
Pakkematerjalid:Kiirguskindlat-keraamilist pakendit kasutatakse tavaliste plastpakendite asendamiseks, et vältida kiirguse mõjul pakkematerjalide toimivuse halvenemist või gaasi teket. Näiteks ZITN Microelectronicsi JLH28-seeria kiirgus{3}}karastatud toiteallikad kasutavad paksu{4}}kile hübriid-integraallülituse tehnoloogiat, et parandada töökindlust äärmuslikes keskkondades.
Paigutuse optimeerimine:PCB paigutuses võetakse arvesse parasiitmõjusid, mida kiirgus võib põhjustada, ja võetakse meetmeid tundlike sõlmede häirimise vähendamiseks.
Kiirgus{0}}tugevdatud toitemoodulite rakendused
Kiirgus{0}}karastatud toitemoodulite rakendused on koondunud peamiselt kõikidesse suure-intensiivsusega ioniseeriva kiirgusega valdkondadesse.
1. Lennundus- ja satelliidiväli (peamine rakendus)
See on suurim ja levinuim kiirgusega{0}}toiteallikate turg.
Kunstlikud satelliidid:Toiteallikaks on kõik satelliitidel olevad elektroonilised seadmed, nagu sidekoormus, arvutid, tähejälgijad, tõukurid ja teaduslikud instrumendid. Satelliitide eluiga on-orbiidil mitu kuni aastakümmet, mille jooksul nad puutuvad pidevalt kokku Van Alleni kiirgusvööde, päikesekiirte ja kosmiliste kiirtega.
Süvakosmose sondid:Näiteks Marsi kulgurid ja Pluuto sondid. Pärast Maa magnetvälja kaitse alt väljalendamist ootab neid tugevam kosmiline kiirgus, mis seab ülikõrged nõuded toiteallikate töökindlusele.
Mehitatud kosmoselaevad:Nagu kosmosejaamad ja mehitatud kosmoselaevad. Astronautide eluohutuse ja missioonide õnnestumise tagamiseks peavad nende toitesüsteemid olema täiesti töökindlad.
2. Tuumatehnoloogia ja tuumatööstuse valdkond
Tuumaelektrijaamad:Kasutatakse instrumentide, robotite ja juhtimissüsteemide jälgimiseks tuumareaktorites või nende ümber. Tuumaõnnetustele reageerimisel on kiirgus{1}}kindlad seadmed suure kiirgusega piirkondades{2}}ülesannete täitmise võti.
Tuumajäätmete töötlemine:Tuumajäätmete töötlemiseks kasutatavad robotid või automatiseeritud seadmed nõuavad kiirgusega{0}}karastatud toiteallikaid.
Osakeste kiirendid:Elektroonikaseadmed kiirenditunnelites ja nende ümber peavad taluma töö käigus tekkivat sekundaarset kiirgust.
3. Kõrgus-väli
Kõrg-õhupallid / kõrgmäestiku-pikk{2}}vastupidavus-UAV-d:Stratosfääri kõrgusel on kosmiliste kiirte intensiivsus palju suurem kui maapinnal ja mõned olulised missiooniseadmed võivad vajada kiirgusega{0}}karastatud toiteallikaid.
Järeldus
Kokkuvõttes on kiirgus{0}}karastatud toitemoodulid kaasaegsete kõrgtehnoloogiliste valdkondade, eriti kosmoseuuringute ja tuumaenergia kasutamise, "südame" ja "energiaallikas". Mitmete keerukate ja keerukate konstruktsioonide abil tagavad need, et kriitilised elektroonikasüsteemid saavad äärmuslikes kiirguskeskkondades siiski pideva ja stabiilse toiteallika, ning on üks põhitehnoloogiatest, mis toetab nende tipptehnoloogiate arendamist.
Lisateabe saamiseks võtke meiega ühendust aadressilmarketing@qdzitn.com!