一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心制造技术

本发明专利技术属于抗辐射电子系统技术领域，具体涉及一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心，包括设置在电路板(1)上的连接有抗辐射的存储芯片(4)的控制芯片(2)，控制芯片(2)为40nm及以下工艺水平的芯片，存储芯片(4)是相变存储芯片，还包括桥接电路(3)用于将存储芯片(4)的指令转换为控制芯片(2)能够适配的数字信号格式，使得控制芯片(2)能够读取存储芯片(4)的输出内容。本发明专利技术提供的应用于强γ场下的小型自动化控制核心，其适应的辐射场能够从200

【技术实现步骤摘要】
一种应用于强
γ
场下的小型自动化控制核心


[0001]本专利技术属于抗辐射电子系统
，具体涉及一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心。

技术介绍

[0002]现如今，大部分电子学系统均在常规环境下使用，在研发过程中，大部分则会针对电磁干扰、自然环境干扰进行研究，然而在目前的研究中，对电子学系统在电离辐射环境下的研究并不多。因此，核领域中电子学系统的发展整体上较为滞后于其他领域，特别是在强辐射场下，更为稀少。然而在实际作业中，强辐射场下对人体损伤极大，高性能的自动化设备能够对人的重复性工作进行替代。以强γ场为例，由于γ粒子破坏绝缘栅氧层，导致MOS结构发生阈值漂移，异常导通后引发短路导致系统瘫痪。也正是由此原因，大部分高精密自动化装置很难在这种环境下使用。自动化装置的关键部分，嵌入式控制核心，是完成所有预设任务的关键所在，保证其在强辐射场下工作稳定，完成精准的运算和控制，并协作多部件，兼容端口是十分重要的。因此实现自动化设备应用于强辐射场中，其为关键的一环。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对强辐射场下自动化设备控制关键出发点，改良传统的自动化控制核心，提供一种能够在更高剂量辐射场下长时间工作的自动化控制核心，一方面能够提升电子学适用范围，提升核领域自动化水平，另一方面减少甚至无需人被迫进入这种场景作业，根本上保障人身安全。
[0004]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心，其中，包括设置在电路板上的连接有抗辐射的存储芯片的控制芯片，所述控制芯片为40nm及以下工艺水平的芯片。
[0005]进一步，所述存储芯片是相变存储芯片。
[0006]进一步，还包括桥接电路，所述存储芯片通过所述桥接电路连接所述控制芯片，所述桥接电路用于将所述存储芯片的指令转换为所述控制芯片能够适配的数字信号格式，使得所述控制芯片能够读取所述存储芯片的输出内容。
[0007]进一步，还包括剂量监测电路，所述剂量监测电路与所述控制芯片相连，是基于三极管的模拟电路，通过所述三极管搭建放大电路；所述剂量监测电路通过模拟量采集所述放大电路的输出电压的降低情况，判断小型自动化控制核心所受辐射的总剂量。
[0008]进一步，在所述电路板上还设有电源电路，所述电源电路上设置电源对外接口，用于为所述控制芯片、所述桥接电路、所述存储芯片和剂量监测电路提供电源。
[0009]进一步，所述电源电路上还设有电源保护电路，所述电源电路通过所述电源保护电路为所述控制芯片、所述桥接电路、所述存储芯片和剂量监测电路提供电源；所述电源保护电路中设有三极管开关，输入所述电源保护电路的电流经过分压后进入所述三极管开关，当所述电源电路中的电压超过预设值，分给所述三极管开关的输入电压会变高，此时所
述三极管开关中的三极管会导通，将电源短路，则所述电源保护电路会断开对所述控制芯片、所述桥接电路、所述存储芯片和所述剂量监测电路的供电，防止所述控制芯片、所述桥接电路、所述存储芯片和所述剂量监测电路被损坏。
[0010]进一步，还包括与所述控制芯片相连的数据对外接口。
[0011]进一步，所述电路板上的器件采用无源器件，所述无源器件包括电阻、电容、电感、二极管和晶振。
[0012]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的应用于强γ场下的小型自动化控制核心，其适应的辐射场能够从200
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300Gy的总剂量，提升到2000Gy以上的水平，并依旧具有良好的便携性。
附图说明
[0013]图1是本专利技术具体实施方式中所述的一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心的示意图；
[0014]图2是本专利技术具体实施方式中所述的剂量监测电路5中对控制核心的寿命监测流程的示意图；
[0015]图3是本专利技术具体实施方式中所述的电源保护电路7中电源监控的保护流程的示意图；
[0016]图中：1
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电路板，2
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控制芯片，3
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桥接电路，4
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存储芯片，5
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剂量监测电路，6
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电源电路，7
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电源保护电路，8
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电源对外接口，9
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数据对外接口。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。
[0018]如图1所示，本专利技术提供的一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心(简称控制核心)，其中，包括设置在电路板1上的连接有抗辐射的存储芯片4的控制芯片2，控制芯片2为40nm及以下工艺水平的芯片。现有技术中控制核心的主控芯片大多为mos型器件，在γ场下具有阈值漂移的特性，随着剂量的增加，阈值电压降低，由此导致异常导通，进而引发电路工作异常，严重时损毁系统。受工艺影响，晶体管越小，栅氧层越小，对阈值电压的影响也就越小，因此工艺越高，抗辐射性能也会对应更高。根据实验和调研结果显示，需要使用的器件应在40nm及以下的工艺水平。
[0019]存储芯片4是相变存储芯片。现有技术中的诸如flash闪存这种器件，本身很难提升总剂量水平。flash一般存储核心运行程序，是现阶段最常使用的存储介质。根据实验和调研结果得知，可以避开mos结构的f lash，转而使用相变存储。相变存储器依靠相变材料进行存储，目前主要使用硫系化合物为相变介质材料。相变材料在晶态时电阻较小，在非晶态时电阻较大。如果使相变材料短时间升温直到其熔化温度，然后在极短的时间内冷却后相变材料就会失去长程有序的特性，转变为非晶态。处于非晶态的相变材料升温到结晶温度以上、融化温度以下，再经过较长时间的冷却后相变材料可以重新结晶，转变为晶态。在总剂量为100krad(S i),200krad(S i),500krad(Si),1Mrad(S i)和2Mrad(S i)下测试了芯片的数据保持能力和功能(100rad＝1Gy)，发现芯片一直正常工作。随后研究人员继续增加总剂量直到10Mrad(Si)，芯片的功能仍然正常。
[0020]还包括桥接电路3，存储芯片4通过桥接电路3连接控制芯片2，桥接电路3用于将存储芯片4的指令转换为控制芯片2能够适配的数字信号格式，使得控制芯片2能够读取存储芯片4的输出内容。由于目前的相变存储芯片，不能够适配大部分40nm及以下工艺的主控芯片(即控制芯片2)，因此实际上是不能够直接使用，为此，需要进行适配。由此原因，在电路设计中加入了桥接电路3，实现相变存储应用到目标电路中。桥接电路3的原理为：相变存储的通信协议和底层代码不能够适配对应的主控芯片，桥接电路3首先做指令的转换，之后转换数字信号的格式，经过两部分操作后，将信号转换成了常用flash的输出，之后主控芯片可以直接读取，完成适配。
[0021]还包括剂量监测电路5，剂量监测电路5与控制芯片2相连，是基于三极管的模拟电路，通过三极管搭建放大电路；剂量监测电路5通过模拟量采集放大电路的输出电压的降低情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心，其特征是：包括设置在电路板(1)上的连接有抗辐射的存储芯片(4)的控制芯片(2)，所述控制芯片(2)为40nm及以下工艺水平的芯片。2.如权利要求1所述的一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心，其特征是：所述存储芯片(4)是相变存储芯片。3.如权利要求2所述的一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心，其特征是：还包括桥接电路(3)，所述存储芯片(4)通过所述桥接电路(3)连接所述控制芯片(2)，所述桥接电路(3)用于将所述存储芯片(4)的指令转换为所述控制芯片(2)能够适配的数字信号格式，使得所述控制芯片(2)能够读取所述存储芯片(4)的输出内容。4.如权利要求3所述的一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心，其特征是：还包括剂量监测电路(5)，所述剂量监测电路(5)与所述控制芯片(2)相连，是基于三极管的模拟电路，通过所述三极管搭建放大电路；所述剂量监测电路(5)通过模拟量采集所述放大电路的输出电压的降低情况，判断小型自动化控制核心所受辐射的总剂量。5.如权利要求4所述的一种应用于强γ场下的小型自动化控制核心，其特征是：在所述电路板(1)上还设有电源电路(6)，所述电源电路(6)上设置电源对外接口(8)，用于为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪雅楠，骆志平，庞洪超，刘阳，吴建华，王俊霖，陈旭标，王华林，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：