4-26 80C196KC单片机系统电离总剂量效应

詹峻岭 徐 曦 赵 刚

　　单片机系统大多由CMOS工艺的器件组成，对电离总剂量比较敏感，用于武器及空间系统时，必须考虑辐射环境对其性能的影响。为此，选择两套80C196KC单片机系统进行电离总剂量效应的试验研究。

　　试验在中国科学院新疆理化研究所钴源上进行。单片机系统在正常工作时输出周期性的矩形波，试验时，通过观察波形的变化就可以分析其工作情况，同时监测系统的工作电流（I_cc）在试验过程中的变化情况。系统正常工作时，80C196KC20 的P1.2和PSD501B1的PA2输出周期为4ms，占空比为80%的矩形波。动态试验时系统I一直加电工作；静态试验时，系统II只在测试时加电。试验中，PSD失效而80C196KC20工作正常时的输出波形如图1所示。

　　动态试验时，系统的工作电流（I_cc）的初始值为35.7mA，随着吸收剂量的增加而逐渐增大，但系统的输出波形不变。在剂量达到123Gy(Si)，I_cc为91.7mA时，系统的输出波形开始发生变化；在剂量为127Gy(Si)，I_cc为96.3 mA时，系统出现永久性损伤，即断电后重新加电不能恢复。测试表明，该系统中的PSD501B1和80C196KC都已经失效。根据记录数据，可得系统工作电流与辐照总剂量关系曲线如图2所示。

　　图2中，曲线在总剂量为70.7Gy(Si)和125Gy(Si)的拐点是降源引起的下降，可见射线照射时会引起工作电流发生变化。而电流在总剂量为128Gy(Si)左右时的下降，则是由于系统中器件失效引起的。

　　在静态试验时，系统的工作电流随总剂量增加的幅度很小，在剂量为581Gy(Si)，I_cc为36.9mA时，系统的输出波形开始发生变化；在剂量为612Gy(Si)，I_cc为36.3mA时，PSD501B1失效；在剂量为982Gy(Si)时，X24F128开始失效，此时I_cc为43.6mA；在剂量达到2020Gy(Si)，I_cc为44.6mA时，80C196KC仍未失效。

　　通过分析，可以得出结论：80C196单片机系统不加电的条件下，其抗总剂量能力（580Gy(Si)）大约是加电工作条件下的（125Gy(Si)）4~5倍；对80C196KC20单片机芯片而言，则相差1个量级以上；该系统中，PSD501B1抗总剂量能力最差。