4-27 DC- DC电源模块与FPGA g 瞬时辐射效应试验

徐曦詹峻岭袁国火

电子系统所用的电子元器件大部分为CMOS/Si工艺，加电工作时对g 射线比较敏感，并存在剂量率效应。电子系统加电工作时，除了功能模块本身的抗瞬时辐射能力需要考虑之外，其供电电源模块更需重点研究。另外，由于大规模集成电路FPGA（Field Programmable Gate Array）器件已在许多重要领域得到了应用。因此，选取DC- DC电源模块和FPGA进行了g 瞬时效应试验研究。

试验用DC- DC电源模块的主要功能为：将12V的直流电转变为5V的直流电输出，给电子系统供电。FPGA选用美国Actel公司的A1200XL系列A1280XL器件，其CMOS采用1.0m m工艺，数量达8000门，FPGA芯片A1280的外形尺寸约为3.556cm´ 3.988cm。试验开发的FPGA电路实现功能为2个分频电路：十六进制和八进制。用脉冲信号发生器产生的方波作为时钟输入信号，可在两个端口分别输出十六分频信号和八分频信号。

试验在闪光- Ⅰ强流脉冲电子束加速器上进行，对DC- DC电源模块单独加电及其与FPGA联合加电的电路进行了g 瞬时辐射效应试验研究，在线监测并记录了受辐照电路中的DC- DC电源模块及FPGA的输出信号。试验共打6炮，试验情况如表1所示。

表 1 DC- DC与FPGA g 剂量率辐照试验情况

序号	剂量率/Gy(Si)× s- ¹	状态说明	DC- DC试验	FPGA试验
1	4.69´ 10⁷	DC- DC单独加电	瞬态扰动	－
2	3.82´ 10⁸	DC- DC单独加电	瞬态扰动	－
3	6.35´ 10⁸	DC- DC给FPGA供电	瞬态扰动	瞬态扰动
4	1.35´ 10⁹	DC- DC给FPGA供电	瞬态扰动	瞬态扰动
5	1.40´ 10⁹	DC- DC给FPGA供电	瞬态扰动	瞬态扰动
6	1.51´ 10⁹	DC- DC给FPGA供电	瞬态扰动	瞬态扰动

从记录结果看出：DC- DC电源模块单独加电和给FPGA供电时，受_g瞬时辐照，输出电压有所下降，并且电压降随剂量率的增高而有所增大；DC- DC电源模块在剂量率为1.51´ 10⁹Gy(Si)/s的_g瞬时辐照环境下，输出电压由原来的5V降低到约4V；DC- DC电源模块和Actel公司生产的FPGAA1280XL在剂量率为10⁹Gy(Si)/s的_g瞬时辐照环境下，工作状态会受到一定的干扰，但仍能实现其主要功能。

对DC- DC电源模块进行的_g瞬时辐射效应试验研究表明：试验所用的DC- DC电源模块单独加电及其用于FPGA供电时，抗_g瞬时辐射能力都非常强，可以达到1.51´ 10⁹Gy(Si)以上。