一种单粒子效应探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种单粒子效应探测器，所述探测器包括机箱和设置在机箱内的一体化探头和四块电路板；所述一体化探头包括：两片LET谱传感器和位于两片LET谱传感器之间的被测大规模集成芯片；该芯片用于捕获单粒子翻转事件；所述四块电路板包括：用于各电路板之间的信号连接以及固定一体化探头的母板、用于处理LET谱传感器信号的模拟板，用于进行数据采集和存储的计算机板和对LET谱传感器和各电路板供电的电源板。本发明专利技术的探测器可以直接的反映单粒子翻转事件与器件LET谱之间的关系，一方面为LET谱探测的准确性提供佐证，另一方面可以提高卫星单粒子翻转率预计方法的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种单粒子效应探测器
本专利技术涉及航空航天领域，具体涉及一种单粒子效应探测器。
技术介绍
空间带电粒子来源主要包括地球辐射带粒子、银河宇宙线和太阳宇宙线，各种高能粒子辐射LET谱的范围很宽，覆盖了0.001～100MeV/(mg/cm2)量程范围。目前在航天器上搭载的空间高能粒子辐射LET谱探测器(探测量程：1～100MeV/(mg/cm2))，获取数据无法与单粒子效应直接对应，而在轨进行的单粒子翻转试验，只能得到器件的在轨翻转概率，不能确定导致器件翻转的LET值，二者均不能直接应用于卫星的安全设计和保障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术缺陷，为了直观的获得器件LET值与单粒子翻转的关系，本专利技术通过选择合适的传感器灵敏面尺寸和集成芯片以及合理的布局，使得传感器的灵敏面可以覆盖芯片的有效尺寸，确保每一个单粒子翻转事件均可以追溯到对应的LET值(要求可测的LET值尽可能低，覆盖所有可能引起单粒子翻转的能段)；同时，设计的单粒子效应探测器应解决大规模集成电路对传感器弱信号测量系统的电磁干扰问题，避免出现误触发和误计数。为实现上述目的，本专利技术提供了一种单粒子效应探测器，所述探测器包括机箱和设置在机箱内的一体化探头和四块电路板；所述一体化探头包括：两片LET谱传感器和位于两片LET谱传感器之间的被测大规模集成芯片；该芯片用于捕获单粒子翻转事件；所述四块电路板包括：用于各电路板之间的信号连接以及固定一体化探头的母板、用于处理LET谱传感器信号的模拟板，用于进行数据采集和存储的计算机板和对LET谱传感器和各电路板供电的电源板。作为上述装置的一种改进，所述一体化探头分为三层，上层为固定在上屏蔽盒内的一片LET谱传感器及其对应的前置放大成形电路，中间为被测大规模集成芯片，下层为固定在下屏蔽盒内的一片LET谱传感器及其对应的前置放大电路，上屏蔽盒和下屏蔽盒的尺寸相同；两个屏蔽盒安装在母板正、反两面，使得两个屏蔽盒的边沿对应；被测大规模集成芯片直接焊接在母板上，介于两片传感器灵敏面之间；所述前置放大成形电路用于对LET谱传感器输出的电荷脉冲信号进行电压转换和成形放大。作为上述装置的一种改进，所述被测大规模集成芯片的信号线和电源线设置在母板内层；两个前置放大电路的输出连接至母板的焊盘后，通过母板内层分别引出至模拟板。作为上述装置的一种改进，所述模拟板设置两路由放大电路、峰保电路和触发电路串联的电路，一路接收上屏蔽盒内的前置放大成形电路输出的信号；另一路接收下屏蔽盒内的前置放大成形电路输出的信号；所述放大电路，用于对前置放大成形电路输出的信号进行进一步放大；所述峰保电路，用于对放大电路的输出信号峰值进行保持；所述触发电路，用于根据当信号幅度超出设置的阈值时，输出一个触发信号，通知计算板对峰保电路输出的信号进行A/D转换。作为上述装置的一种改进，所述计算机板设置两路A/D转换电路、FPGA控制电路、晶振电路、数据存储SRAM和1553接口；两路A/D转换电路各连接一路峰保电路；1553接口为探测器和卫星平台的接口；所述两路A/D转换电路，分别用于在FPGA控制电路的控制下，对其连接的峰保电路输出的信号的峰值进行模数转换，晶振电路，用于为FPGA控制电路提供16MHz时钟；FPGA控制电路，用于在接收到触发信号后，控制A/D转换电路工作，用于将两个A/D转换电路输出的信号幅度数值存储到数据存储SRAM，用于读取被测大规模集成芯片的数据并存储到数据存储SRAM，还用于读取数据存储SRAM的数据，通过1553接口发送至卫星平台。作为上述装置的一种改进，所述卫星平台将入射粒子的入射时刻、两路A/D转换电路输出的信号幅度以及被测大规模集成芯片的数值发生翻转的地址一起打包下传至地面的上位机；所述上位机根据两个A/D转换电路输出的信号幅度数值，计算损失能量ΔE，根据传感器的厚度计算出粒子在传感器中穿过路径长度d，即入射方向为45°时的传感器厚度，则粒子在传感器材料中的LET值为：LET＝ΔE/d，通过被测大规模集成芯片的数值发生翻转的地址获取发生单粒子翻转事件的位置。作为上述装置的一种改进，所述电源板上设置电源接口电路、遥测接口电路和高压电路。所述电源接口电路，用于对卫星平台提供的一次电源进行转换，为各电路提供工作电压；所述遥测接口电路，用于对+12V和+5V工作电压进行检测，以判断探测器工作状态；所述高压电路，用于为LET谱传感器提供合适的偏置电压。本专利技术的优势在于：1、本专利技术的探测器可以直接的反映单粒子翻转事件与器件LET谱之间的关系，一方面为LET谱探测的准确性提供佐证，另一方面可以提高卫星单粒子翻转率预计方法的准确性；2、本专利技术的探测器将LET谱探测和单粒子翻转探测集成于一个探头，比以前其它方案的分别独立探测获得的数据在分析单粒子效应时更直观，同时这种设计可以节省卫星资源。3、根据在轨的实测结果，本探测器探测得到的单粒子翻转次数以及单粒子翻转与LET的对应关系都与地面标定具有良好的符合性，说明这种探测模式十分有效。附图说明图1为本专利技术的一体化探头的示意图；图2为本专利技术的单粒子效应探测器电原理框图；图3为本专利技术的单粒子效应探测器的三维示意图；图4为本专利技术的单粒子效应探测器的结构三视图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术改变了原有LET谱探测器的结构设计，在两片薄硅半导体传感器之间加入了一片被测大规模集成芯片，将单粒子翻转与LET值直接对应起来。1.组成及连接关系本专利技术的单粒子效应探测器包括：由LET谱传感器和被测大规模集成芯片组成的一体化探头、电路板以及机箱结构三部分。机箱包括底板、顶板和四块侧板，内部安装了4块印制线路板，分别为1块母板(用于各电路板之间的信号连接以及安装探头)、1块模拟板(用于处理传感器信号)，1块计算机板(用于处理采集数据)和1块电源板(对传感器和各电路模块供电)。其中母板平行于安装面，电源板、计算机板和模拟板相互平行，垂直于母板并插在母板上。探头固定在母板上，分为三层，上层为一片LET谱传感器及其对应的前置放大电路，使用螺钉固定于的屏蔽盒内，中间为被测大规模集成芯片，下层为一片LET谱传感器及其对应的前置放大电路，使用螺钉固定于的屏蔽盒内；两个屏蔽盒的尺寸相同。两个屏蔽盒安装在母板正、反两面，使得两个屏蔽盒的边沿对应。被测芯片直接焊接在母板上于传感器对应的位置，使之介于两片传感器灵敏面之间。被测大规模集成芯片的信号、电源走线均走电路板内层；LET谱传感器的输出信号连接至前放电路，前放电路的输出连接至焊盘后，通过母板内层引出至模拟板，从而进行进一步放大和采集。2.探测方案和工作原理探测方案如图1所示。探头由2片硅传感器组成望远镜系统。被测大规模集成芯片位于两片传感器之间，形成“三明治本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单粒子效应探测器，其特征在于，所述探测器包括机箱和设置在机箱内的一体化探头和四块电路板；/n所述一体化探头包括：两片LET谱传感器和位于两片LET谱传感器之间的被测大规模集成芯片；该芯片用于捕获单粒子翻转事件；/n所述四块电路板包括：用于各电路板之间的信号连接以及固定一体化探头的母板、用于处理LET谱传感器信号的模拟板，用于进行数据采集和存储的计算机板和对LET谱传感器和各电路板供电的电源板。/n

【技术特征摘要】
1.一种单粒子效应探测器，其特征在于，所述探测器包括机箱和设置在机箱内的一体化探头和四块电路板；
所述一体化探头包括：两片LET谱传感器和位于两片LET谱传感器之间的被测大规模集成芯片；该芯片用于捕获单粒子翻转事件；
所述四块电路板包括：用于各电路板之间的信号连接以及固定一体化探头的母板、用于处理LET谱传感器信号的模拟板，用于进行数据采集和存储的计算机板和对LET谱传感器和各电路板供电的电源板。


2.根据权利要求1所述的单粒子效应探测器；其特征在于，所述一体化探头分为三层，上层为固定在上屏蔽盒内的一片LET谱传感器及其对应的前置放大成形电路，中间为被测大规模集成芯片，下层为固定在下屏蔽盒内的一片LET谱传感器及其对应的前置放大电路，上屏蔽盒和下屏蔽盒的尺寸相同；两个屏蔽盒安装在母板正、反两面，使得两个屏蔽盒的边沿对应；被测大规模集成芯片直接焊接在母板上，介于两片传感器灵敏面之间；所述前置放大成形电路用于对LET谱传感器输出的电荷脉冲信号进行电压转换和成形放大。


3.根据权利要求2所述的单粒子效应探测器；其特征在于，所述被测大规模集成芯片的信号线和电源线设置在母板内层；两个前置放大电路的输出连接至母板的焊盘后，通过母板内层分别引出至模拟板。


4.根据权利要求2所述的单粒子效应探测器；其特征在于，所述模拟板设置两路由放大电路、峰保电路和触发电路串联的电路，一路接收上屏蔽盒内的前置放大成形电路输出的信号；另一路接收下屏蔽盒内的前置放大成形电路输出的信号；
所述放大电路，用于对前置放大成形电路输出的信号进行进一步放大；
所述峰保电路，用于对放大电路的输出信号峰值进行保持；
所述触发电路，用于根据当信号幅度超出设置的阈值时，输出一个触发信号，通知计算板对峰保电路输出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张焕新，张斌全，沈国红，张珅毅，脱长生，孙莹，荆涛，孙越强，朱光武，张鑫，董永进，权子达，苏波，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11