数模转换电路空间辐射效应测试技术研究

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数模转换电路(Digital to Analog Converter,DAC)是航天器精密控制、闭环管理等电路中不可或缺的部分,但由于空间环境辐射环境的作用导致了DAC的空间辐射效应。DAC空间辐射效应主要分为总剂量效应、单粒子瞬态效应、单粒子翻转效应、单粒子闭锁效应。总剂量效应会导致DAC精度下降与非线性转换;单粒子瞬态效应与单粒子翻转效应会导致DAC的错误转换进而引起下级电路的错误响应;单粒子闭锁会导致器件的烧毁。国内对DAC空间辐射效应的研究尚处于起步阶段,测试技术方面不具备在线全码测试能力,不能自动化无人值守,且存在只能开展单一效应测试、对单粒子瞬态效应缺乏测试分析手段等问题。本论文基于PXIe总线架构研发DAC空间辐射效应测试系统,针对以上现状,通过软硬件结合方法开展DAC空间辐射效应测试技术研究。在线测试方面,通过2 m长双屏蔽电缆连接测试系统与辐照板,减少环境干扰的影响。测试系统置于铅砖屏蔽下防止γ射线对测试系统的影响,通过以太网口远程控制;提出基于仪器操作的测试方法实现了不同接口类型DAC自动化测试的兼容和测试的无人值守;通过软件定时同步技术克服了小型模块化高精模拟采集卡无法共享时钟难题,实现了DAC的全码测试,以观测DAC数字电路与开关阵列失效细节;通过高数据传输带宽的PXIe总线架构,配合并发编程技术,实现了SET数据的实时分析,解决了传统示波器无法开展瞬态效应规律分析难题。通过LabVIEW与Matlab混合编程技术,开发并引入基于逐点扫描的脉冲特征提取算法,实现了单粒子瞬态效应测试、分析、显示于一体的软件设计,实时分析DAC单粒子瞬态效应规律,更有目的性的开展实验,提高科研人员实验效率;为深入挖掘数据中隐藏的效应规律,进一步开发了DAC单粒子瞬态效应试验模拟软件,通过对实验中采集的数据进行回放,模拟真实实验过程,从“幅值VS脉宽”、“幅值VS能量”、“脉宽VS能量”多个角度分析单粒子瞬态效应规律,在有限的效应数据中深入分析效应规律。测试系统具备高达14位DAC测试能力,并具备准确识别2.5 ns脉宽5 m V幅值瞬态脉冲能力。利用研制的测试系统在60Co源和激光微束平台分别开展了总剂量效应实验和单粒子效应实验,并对效应规律进行分析。实验与测试结果表明系统准确可靠,可以满足DAC总剂量效应与单粒子效应测试需求。
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