Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общие представления об аналого-цифровых преобразователях 9
1.1. Назначение, принцип действия и тенденция развития АЦП 10
1.2. Типовые структуры АЦП и их особенности 14
1.2.1. Параллельные АЦП 15
1.2.2. Последовательные АЦП 17
1.2.3. Последовательно-параллельные АЦП 23
1.3. Параметры АЦП 28
1.3.1. Статические параметры 29
1.3.2. Динамические характеристики 33
1.4. Особенности работы АЦП в специальных условиях. Требования к конструкции элементов на кристалле. Радиационно-стойкие конструкции 37
1.4.1. Радиационные эффекты в КМОП ИС 38
1.4.2. Дифференциальная схемотехника 41
1.4.3. Радиационно-стойкие КМОП - структуры 46
Выводы к главе 1 48
Глава 2. Особенности проектирования радиационно-стойкого 14 -разрядного АЦП 50
2.1. Общее описание и основные технические характеристики 50
2.2. Схемотехнические особенности АЦП 51
2.2.1. Структурная электрическая схема АЦП 51
2.2.2. Источник опорного напряжения 59
2.2.3. Цифровые входы и выходы 62
2.3. Конструктивно-технологические особенности проектирования ИС... 65
2.3.1. Выбор полупроводниковой структуры изделия и состава необходимых элементов 65
2.3.2. Правила проектирования ИС 69
2.3.3. Особенности проектирования радиационно-стойких цифровых и аналоговых блоков 70
Выводы к главе 2 73
Глава 3. Результаты испытаний опытных образцов 75
3.1. Результаты измерения статических параметров 77
3.2. Результаты измерения динамических параметров 83
3.3. Результаты испытаний АЦП на спецстойкость 88
Выводы к главе 3 92
Основные выводы и результаты 94
Список литературы 95
- Типовые структуры АЦП и их особенности
- Особенности работы АЦП в специальных условиях. Требования к конструкции элементов на кристалле. Радиационно-стойкие конструкции
- Схемотехнические особенности АЦП
- Результаты измерения динамических параметров
Введение к работе
Актуальность
В настоящее время цифровая обработка сигналов все глубже проникает в такие области применения, как средства связи и телекоммуникаций, различные радиотехнические системы и измерительную технику. Но поскольку физические явления имеют аналоговый характер, одна из важных и неотъемлемых задач современной цифровой технологии - преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму. Поэтому развитие и расширение областей применения цифровых систем обработки сигнала невозможно без развития средств аналого-цифрового преобразования, которое, в свою очередь, идет как по пути увеличения быстродействия преобразователей и полосы частот преобразуемых сигналов, так и по пути увеличения чувствительности и точности аналого-цифровых преобразователей (АЦП).
Современные АЦП имеют в своем составе большое число микроэлектронных узлов (усилительных элементов, источников опорных напряжений и токов, компараторов и др.), которые очень чувствительны к дестабилизирующим факторам (в том числе и к радиационным). По степени чувствительности АЦП на 1-2 порядка выше по сравнению с цифровыми ИС, эквивалентными по технологической сложности. Особенно это относится к чувствительности к импульсным радиационным излучениям, приводящим к образованию фототоков в активных областях и обратно смещенных рп-переходах элементов ИС [1].
Решить проблему увеличения быстродействия, точности преобразования, а также обеспечения радиационной стойкости АЦП невозможно только лишь совершенствованием технологической базы или совершенствованием схемотехнических решений: необходима комбинация таких решений. Для создания скоростных по сегодняшним меркам АЦП с требуемой импульсной радиационной стойкостью необходима КМОП КНИ -технология. Такая технология появится в России не ранее 2009 года. К тому времени скоростной критерий может измениться. Кроме совершенствования технологической базы необходимо использовать схемотехнические решения, основанные на дифференциальном принципе обработки преобразуемых сигналов. Благодаря такому подходу в комбинации с КМОП КНИ -технологиями можно достичь более высокой импульсной стойкости и, следовательно, скорости преобразования [2]. Определенные возможности при разработке АЦП дает МОП - технология, которая снимает проблему тиристорного защелкивания, оставляя импульсную стойкость по факту, что достаточно для значительной части тактических военных систем.
Существующий рынок АЦП в России представлен в основном зарубежными изделиями коммерческого и промышленного назначения, причем даже в этом секторе доступ к скоростным АЦП ограничен. Отечественных разработок АЦП для коммерческого и промышленного назначения фактически нет. Имеющиеся решения в основном предназначены для применения в специальной аппаратуре, при этом разрабатываемые в последнее время АЦП в большей степени закрывают потребности в элементной базе, разработанной несколько лет назад, и не соответствует современным требованиям.
Поскольку для коммерческой, промышленной и значительной части тактической военной аппаратуры высокая импульсная и, в целом, радиационная стойкость не требуется, то по экономическим соображениям целесообразно разрабатывать АЦП двойного назначения или, по крайней мере, предусматривать возможность быстрой и несложной адаптации коммерческих и промышленных ИС к специальным требованиям по мере совершенствования технологической базы.
Еще одна тенденция в области разработки АЦП связана с увеличением степени интеграции и переходом в конечном итоге к законченным системам обработки информации, выполненным в одном корпусе. Активно ведутся разработки интегральных систем сбора данных, выполненных на одном кристалле. Результатом таких разработок является совмещение в одном кристалле цифрового процессора обработки информации и АЦП, причем для такой интеграции последний должен иметь схожую полупроводниковую структуру.
Таким образом, с учетом вышеизложенного, актуальной проблемой является разработка скоростных АЦП двойного назначения, с высокими динамическими характеристиками, требуемой стойкостью к радиационным воздействиям и с полупроводниковой структурой, допускающей прямую интеграцию с цифровыми процессорами обработки сигналов.
Диссертация выполнена на кафедре полупроводниковой электроники Воронежского государственного технического университета в рамках госбюджетной программы ГБ-04.34 «Исследование полупроводниковых материалов (Si, А В и др.), приборов и технологии их изготовления», номер гос. регистрации 0120.0412888.
Цель исследований и задачи
Целью работы является разработка скоростного радиационно-стойкого аналого-цифрового преобразователя на основе КМОП - технологии. Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Анализ основных архитектур аналого-цифровых преобразователей, обоснование целесообразности разработки конвейерного АЦП с дифференциальной структурой;
2. Разработка 14-разрядного аналого-цифрового преобразователя на основе конвейерной архитектуры;
3. Разработка рекомендаций по обеспечению радиационной стойкости КМОП ИС с проектными нормами 0,8 мкм;
4. Исследование статических и динамических характеристик опытных образцов 14-разрядного АЦП. Испытания ИС на устойчивость к радиационным воздействиям. Научная новизна работы
В работе получены следующие новые научно-технические результаты:
1. Предложено схемотехническое решение аналого-цифрового преобразователя, построенное на основе конвейерной архитектуры, что позволило достичь высокой разрядности, высокой скорости и точности преобразования.
2. С учетом схемотехнических особенностей проведена разработка топологии аналого-цифрового преобразователя на основе КМОП технологии с одним уровнем поликремния.
3. Предложен и внедрен технологический метод обеспечения требуемой радиационной стойкости КМОП ИС.
Реализация результатов работы, практическая ценность
В работе получены следующие новые научные и технические результаты:
1. Разработано схемотехническое решение, позволившее спроектировать 14-разрядный аналого-цифровой преобразователь со скоростью преобразования 3 МГц и высокими точностными характеристиками.
2. Разработан и внедрен технологический метод обеспечения требуемой радиационной стойкости КМОП ИС, позволяющий добиться стабильности статических и динамических параметров КМОП ИС в широком диапазоне температур и радиационных воздействий.
3. Изготовлены опытные образцы кристаллов аналого-цифрового преобразователя, проведены их испытания.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту
1. Схемотехническое решение разработанного 14-разрядного АЦП, построенного на основе четырехкаскадной конвейерной архитектуры. 2. Конструктивно-технологические методы обеспечения требуемой радиационной стойкости КМОП ИС с проектными нормами 0,8 мкм, основанные на использовании дифференциальной схемотехники, высоколегированных охранных колец и периферийных поликремниевых затворов.
3. Результаты испытаний опытных образцов 14-разрядного АЦП, включающие измерения статических и динамических характеристик ИС в обычных условиях и в условиях радиационных воздействий.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международном научно-техническом семинаре «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (Москва, 2004); конференции профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов (Воронеж, 2007).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе 2 - в издании, рекомендованном ВАК РФ.
В совместных работах автору принадлежит проведение исследований дифференциальных структур и разработка и моделирование на их основе параллельных аналого-цифровых преобразователей, входящих в состав четырехкаскадного конвейерного АЦП, анализ и обобщение результатов.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, который включает 99 наименований. Основная часть работы изложена на 104 страницах, содержит 54 рисунка и 8 таблиц.
Типовые структуры АЦП и их особенности
В настоящее время известно большое число методов преобразования напряжение-код. Эти методы существенно отличаются друг от друга потенциальной точностью, скоростью преобразования и сложностью аппаратной реализации.
В основу классификации АЦП положен признак, указывающий на то, как во времени разворачивается процесс преобразования аналоговой величины в цифровую. В основе преобразования выборочных значений сигнала в цифровые эквиваленты лежат операции квантования и кодирования. Они могут осуществляться с помощью последовательной, параллельной, либо последовательно-параллельной процедур приближения цифрового эквивалента к преобразуемой величине. При рассмотрении структур АЦП основными критериями выбора конкретного метода преобразования является разрядность (необходимо разработать 14-разрядный АЦП), скорость преобразования (порядка нескольких мегагерц), а также высокая точность АЦ - преобразования и низкое потребление энергии.
Такой АЦП, без учета ряда погрешностей, работает следующим образом: входной сигнал подается одновременно на одни входы компараторов, в которых он сравнивается с опорными напряжениями, подаваемыми на другие входы компараторов от делителя опорных напряжений. В момент подачи на тактовый вход стробирующего сигнала на выходах компараторов фиксируется значение кода, соответствующее мгновенному значению входного сигнала. Далее результат кодирования с выходов компараторов подается на шифратор, в котором происходит преобразование в выбранный тип выходного кода АЦП. С выхода шифратора сформированный код подается на выходные каскады преобразователей внутрисхемных уровней в стандартные уровни КМОП.
Основным узлом параллельных АЦП являются компараторы напряжения. Как правило, в быстродействующих АЦП они выполняются стробируемыми, т.е. в состав компаратора входит устройство, переключающее компаратор из режима сравнения сигналов в режим хранения результата сравнения [15 - 18]. Особенностью стробируемых компараторов напряжения являются небольшой коэффициент усиления в режиме сравнения (единицы) и резкое его увеличение (в сотни раз) при стробировании, т. е при переходе в режим хранения результатов сравнения. Такое построение позволяет получить большую полосу пропускания по аналоговому входу при большой его чувствительности. Компаратор, построенный по такому принципу, имеет весьма малое число компонентов, что принципиально важно для параллельных АЦП. Число компараторов в параллельном АЦП NK = 2" - 1, где п - разрядность АЦП.
Делитель опорных напряжений в параллельных АЦП служит для формирования опорных напряжений; их значения являются эталонами, с которыми сравнивается аналоговый сигнал. Обычно делитель выполняется по схеме последовательного делителя напряжений. Число резисторов в делителе напряжений параллельного АЦП NR = 2П. Номиналы резисторов одинаковы, за исключением первого и последнего резистора, которые могут быть различны в конкретных реализациях АЦП. При этом получается линейная характеристика преобразования АЦП. Однако при п 8 для компенсации токовой составляющей нелинейности номинальные значения резисторов делителя опорных напряжений могут быть неодинаковы. Для уменьшения входных токов компараторов на опорные напряжения необходимо использовать резисторы делителя с возможно меньшими номинальными значениями [19].
Шифратор в параллельных АЦП необходим для преобразования кода компараторов в выходной код АЦП заданного типа. Практически шифратор делается двух - трехступенчатыми, что позволяет реализовать регулярность топологии [20 - 22].
Благодаря одновременной работе компараторов параллельный АЦП является самым быстрым. Например, восьмиразрядный преобразователь типа МАХ 104 позволяет получить 1 млрд отсчетов в секунду при времени задержки прохождения сигнала не более 1,2 не. Недостатком этой схемы является высокая сложность. Действительно, N-разрядный параллельный АЦП сдержит 2 -1 компараторов и 2N согласованных резисторов. Поэтому современные параллельные АЦП имеют максимальную разрядность 10 бит. Кроме того, они имеют высокую стоимость и значительную потребляемую мощность. Тот же МАХ 104, например, потребляет около 4 Вт.
Особенности работы АЦП в специальных условиях. Требования к конструкции элементов на кристалле. Радиационно-стойкие конструкции
Широкое применение изделий микроэлектроники в коммерческих и оборонных объектах сделало актуальной задачу расширения элементной базы интегральных схем за счет создания ИС, которые бы обладали не только высокой степенью интеграции и функциональной сложностью, но и устойчивостью к воздействию высокоинтенсивных и постоянно действующих низкоинтенсивных радиационных полей [56].
Среди перечисленных функциональных классов радиационно-стойких схем количественно преобладают ИС, изготовленные на основе КМОП -структур [57-59], что в полной мере отвечает складывающейся общей тенденции их развития в мире. На основе КМОП - технологии создано большинство типов динамических и статических ОЗУ, ПЗУ, микропроцессорных комплектов, аналоговых мультиплексоров, подавляющее большинство цифровых ИС.
Конструктивно - технологические особенности КМОП ИС делают весьма эффективным их применение в узлах и блоках радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, прежде всего бортовой. Разработчиков РЭА в КМОП ИС привлекают высокая степень интеграции, широкая номенклатура типов, малое энергопотребление, высокая помехоустойчивость и стабильность работы при воздействии температуры, радиации, изменений напряжения питания, достаточное быстродействие, технологичность и дешевизна.
Поэтому не удивительно, что обеспечение радиационной стойкости КМОП БИС и СБИС становится важнейшей проблемой, непосредственно связанной с разработкой и эксплуатацией РЭА, авиакосмической и другой бортовой техники, атомных энергетических установок, различных промышленных, медицинских, исследовательских и военных систем.
Радиационная обстановка, реально существующая в космическом пространстве и на ядерных объектах, либо инициированная человеком в силу возможных обстоятельств, приводит как к обратимым, так и необратимым изменениям электрических свойств КМОП ИС. Поскольку такие изменения могут приводить к отказам электронных систем, значительные усилия разработчиков таких систем направляются на повышение радиационной стойкости элементной базы. До настоящего времени такой подход преобладает над поиском пассивных средств защиты электронных систем, эффективность которых остается пока достаточно низкой, особенно при эксплуатации на летающих объектах.
К основным эффектам, приводящим к радиационным повреждениям в КМОП ИС, обычно относят накопление положительного заряда на границе раздела Si-Si02, защелкивание паразитного тиристора и кратковременные сбои из-за одиночных частиц или воздействия радиационных импульсов [56-58]. Этим эффектам в равной степени подвержены как цифровые ИС, так и аналоговые. В последнем случае важную роль приобретают также эффекты, приводящие к уменьшению подвижности носителей в канале МОП -транзистора. В цифровых ИС влияние этого эффекта является вторичным, хотя и может приводить к определенному снижению рабочих частот, что, однако, можно учесть при создании электронной аппаратуры.
Накопление положительного заряда на границе раздела Si-Si02 является следствием образования электронно-дырочных пар в изолирующем оксиде под влиянием радиации [56]. Электроны постепенно уходят, а дырки захватываются на границе раздела Si-Si02, что и приводит к появлению дополнительного заряда Q+. В результате пороговое напряжение n-канального МОП - транзистора (n-МОПТ) снижается на величину Q+/COK, а пороговое напряжение р-канального МОП - транзистора (р-МОПТ), наоборот, возрастает по абсолютной величине на то же значение. Здесь Сок -удельная емкость подзатворного оксида.
Соотношение Q+/COK иллюстрирует наблюдаемое на практике повышение радиационной стойкости МОПТ при уменьшении толщины подзатворного оксида. Однако такой подход не позволяет полностью избавиться от последствий накопления положительного заряда на границе раздела Si—Si02- Большую опасность представляет накопление заряда в полевом оксиде, изолирующем соседние МОПТ. Во-первых, этот эффект может привести к образованию так называемых неуправляемых «боковых» п-МОПТ [59], иначе говоря, - к образованию инверсных электронных каналов в кремнии вдоль боковой поверхности полевого оксида, к которому примыкают области стока и истока основного n-МОПТ. Возникающие в результате токи утечки могут вызвать необратимый отказ. Во-вторых, накопление положительного заряда в основании полевого оксида вызывает изменение паразитного порогового напряжения, что ухудшает изолирующие свойства периферийных областей под полевым оксидом. Для компенсации этого эффекта обычно проводится подлегирование поверхности кремния примесью того же типа проводимости. Обычно такая необходимость возникает при использовании кремния р-типа. В случае кремния п-типа эффекты накопления положительного заряда на границе раздела Si—S1O2 особой опасности не представляют. Такой подход, однако, имеет издержки, связанные с ограничением пробивных напряжений сток - истоковых переходов и увеличением их барьерных емкостей.
Защелкивание паразитного тиристора хорошо известное и изученное явление, которое сопровождается протеканием больших токов и может вывести ИС из строя [57]. Срабатывание паразитного тиристора происходит при возникновении импульса, который вызывает прямое смещение одного из истоковых переходов в КМОП-структуре. Этот импульс может образоваться под воздействием радиационного излучения, попадания тяжелых ионов с высокой энергией в условиях космоса или чрезмерного броска напряжения на выводах питания КМОП ИС, который также может быть инициирован радиационным излучением.
В качестве основных способов противодействия тиристорному защелкиванию используют изоляцию истоковых переходов, способных инжектировать неосновные носители заряда при отпирании этих переходов, и создание высокоэффективных коллекторов для отвода заряда из активных областей. В качестве коллекторов такого типа обычно используют низкоомную подложку [59] (собственно КМОП-структура создается в эпитаксиальной пленке, выращенной на этой подложке) и сильнолегированные охранные кольца вокруг n-МОПТ и р-МОПТ, составляющих КМОП-структуру [61].
Схемотехнические особенности АЦП
Аналого-цифровой преобразователь был разработан с использованием конвейерной архитектуры [12]. Структурная электрическая схема ИС представлена на рис. 2.1.
ИС использует четырехкаскадную конвейерную архитектуру с широкополосным входным усилителем выборки и хранения. Каждый каскад конвейера, за исключением последнего, состоит из АЦП параллельного кодирования с малым разрешением, подключенного к ЦАП (на источниках тока), и межкаскадного дифференциального усилителя остатка (ДУО). Усилитель остатка усиливает разницу между восстановленным аналоговым значением на выходе ЦАП и входным аналоговым сигналом каскада для подачи усиленной разницы на вход следующего каскада в конвейере. В каждом из каскадов, кроме первого, один избыточный цифровой разряд АЦП (ЦАП) используется для осуществления цифровой коррекции ошибки АЦП параллельного кодирования.
Основным критерием при разработке схемы аналого-цифрового преобразователя было использование дифференциальной структуры входящих в него устройств. Таким образом, на основе дифференциальной структуры были спроектированы усилитель выборки-хранения, малоразрядные АЦП, входящие в состав каждого конвейера, компараторы и входные/выходные буферы.
Схема входного каскада включает в себя входной буфер, усилитель выборки-хранения, выходной буфер и 5-разрядный аналого-цифровой преобразователь. Аналого-цифровой преобразователь является АЦП параллельного кодирования. Он включает в себя резистивный делитель и 32 компаратора.
Дифференциальный каскад имеет заземленную среднюю точку, что позволяет подавать сигналы непосредственно на затворы транзисторов. Таким образом обеспечивается идентичность плеч каскада, вследствие чего напряжение на выходе ивыхд будет равно нулю. Если на входы схемы поданы сигналы одинаковые по величине и фазе, называемые синфазными, то токи обоих транзисторов будут изменяться на одинаковую величину, соответственно будут изменяться напряжения ивых) и UBbIX2,a напряжение и„ых.д по-прежнему будет сохраняться равным нулю. Если на входы схемы поданы одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе на 180 сигналы, называемые дифференциальными, то возрастание тока в одном плече будет сопровождаться уменьшением тока в противоположном, вследствие чего появится напряжение на дифференциальном выходе. Таким образом, схема в идеальном случае реагирует на дифференциальный сигнал и не реагирует на синфазный. Изменение температуры, паразитные наводки, старение элементов, флуктуация параметров транзисторов можно рассматривать как синфазные входные воздействия. Следовательно, дифференциальный каскад обладает очень высокой устойчивостью работы и малочувствителен к помехам.
Амплитудно-частотная характеристика АЦП Обычно при проектировании УВХ используются схемы с переключающимися конденсаторами. Такой конденсатор работает в двух режимах. В режиме выборки сигнала его обкладки имеют одну полярность, а в режиме хранения полярность меняется на противоположную. В этих случаях используется емкость, имеющая структуру Polyl-Si02-Poly2, что затрудняет использование таких схем в нашем случае.
Схема, представленная на рисунке 2.5 была разработана таким образом, что одна из обкладок конденсатора соединена с «землей». При этом такой конденсатор работает только в режиме хранения сигала. Таким образом стало возможным использование емкостей типа Poly-Si02-Si. На рисунке 2.8 представлены результаты моделирования переходных процессов в УВХ при подаче входного синусоидального сигнала.
Полностью дифференциальная структура УВХ [71] позволяет использовать как, недифференциальные так и дифференциальные входные сигналы разных диапазонов. Представленный на рис. 2.5 усилитель выборки и хранения равным образом подходит как для мультиплексных систем, в которых применяются разные диапазоны входного напряжения в разных каналах, так и для систем с единственным входным каналом. Выборки могут выполняться на частотах до частоты Найквиста и выше её.
Благодаря высокой степени симметрии в топологии усилителя УВХ реализовано существенное улучшение характеристик искажений для дифференциальных входных сигналов с частотами до частоты Найквиста и выше. Эта симметрия обеспечивает отличное подавление синфазных искажений и шумов.
Результаты измерения динамических параметров
При проведении измерений по динамике испытуемого АЦП к установке должен быть подключен адаптер измерения динамических характеристик вместе с устройством для сбора и регистрации данных HSC -ADC. На рисунке 3.8 приведена структурная схема подключения испытуемой ИС для измерения ее динамических характеристик.
Аналоговый синусоидальный сигнал на входе АЦП должен быть с минимальными фазовыми шумами и максимальным подавлением гармоник. Поэтому выходной сигнал после генератора СГ - 4 (выход 1) проходит дополнительную фильтрацию на полосовом фильтре ПФ на 500 кГц. От второго канала СГ - 4 (выход 2) на АЦП и устройство регистрации данных HSC - ADC поступают сигналы CLOCK (частота тактирования 3МГц).
Преобразованный дискретный сигнал испытуемого АЦП в реальном масштабе времени загружается в ОЗУ FIFO в HSC - ADC. Затем с допустимой скоростью через порт USB загружается в компьютер, который производит преобразование Фурье (FT) полученной информации, анализирует и определяет все необходимые составляющие (компоненты) в первой зоне Найквиста от 0 до Fs/2 и вычисляет необходимые параметры:
Для повышения стабильности и точности измерения этих параметров необходимо использовать внешние высококачественные генераторы синусоидальных сигналов фирмы Hewlett Packard НР8662А и эллиптические фильтры марки ТТЕ Q70.
Нулевая гармоника соответствует основной частоте входного сигнала и соответствует 500 kHz. Все остальные гармоники (2 - 6) представляют собой шум, который содержит гармонические искажения, тепловой шум, шум І/f и шум квантования [89-91]. Некоторые составляющие шума генерируются самим АЦП, некоторые могут поступать на вход АЦП из внешних цепей. Гармонические искажения, например, могут содержаться в измеряемом сигнале и одновременно генерироваться АЦП в процессе преобразования.
Испытания проводились с целью определения характера изменения параметров ИС при воздействии радиационного излучения. Количество испытываемых образцов - 12 шт. (одна выборка). В соответствии с требованиями интегральные схемы должны быть стойкими к следующим воздействиям: 1. Импульсные воздействия: - поток нейтронов - 101 см"2; - экспозиционная доза гамма-излучения - 2,8 106 рад; - максимальная мощность экспозиционной дозы гамма-излучения 7,64-105 рад/с. Допускается в процессе и непосредственно после воздействия временная потеря работоспособности ИС. По истечении 2 мс от начала воздействия работоспособность должна восстанавливаться. 2. Статические воздействия: - экспозиционная доза гамма-излучения - 106рад. Оценка стойкости БИС при определении максимальной дозы гамма-излучения проводится по результатам определительных испытаний с превышением заданных уровней воздействий вплоть до отказа (с целью определения конструктивно-технологических запасов).
В данной главе представлены результаты испытаний опытных образцов разработанной ИС 14 - разрядного аналого-цифрового преобразователя. Для этих целей было получено 302 опытных образца, годных по электрическим параметрам. В ходе испытаний были измерены электрические, статические и динамические характеристики. Кроме того, были проведены испытания ИС на радиационную стойкость.
Так, частота преобразования АЦП составила 3 МГц, что является высоким показателем для АЦП конвейерной архитектуры. При этом АЦП обладает низким энергопотреблением: 23 мА - аналоговая часть и 5 мА -цифровая.
АЦП имеет низкую интегральную нелинейность (2,5 MP) и дифференциальную нелинейность (0,8 MP), обладает качественным источником опорного напряжения. ИС имеет хорошие динамические характеристики: отношение сигнал/шум - 78 дБ, отношение сигнал/шум и искажения - 79 дБ, эффективная разрядность - 12 бит.
АЦП успешно прошел испытания на радиационную стойкость. При этом максимальная мощность экспозиционной дозы гамма-излучения при импульсном ионизирующем излучении превышает требования ТЗ (2,810 рад/с), а временная потеря работоспособности при максимально достигнутом уровне воздействия не превышает 700 мкс. Уровень бессбойной работы при импульсном ионизирующем излучении составляет 1,2" 10 рад/с. Максимальная экспозиционная доза гамма-излучения при стационарных воздействиях составляет 1,1 10 рад и 3,4 10 рад при импульсных воздействиях.
Таким образом, совокупность полученных результатов позволяет сделать вывод о том что предложенные схемотехнические и конструктивно-технологические методы являются эффективными и позволяют успешно реализовывать аналого-цифровые преобразователи такого класса.
