Пробная версия

Загрузите бесплатную пробную версию, чтобы оценить возможности ПО Altium

Как приобрести

Свяжитесь с региональным представительством, чтобы начать улучшение процесса проектирования

Загрузки

Загрузите самые новые системы проектирования электроники

  • Проектирование плат
  • Altium Designer

    Единая среда проектирования схем и плат

  • CircuitStudio

    Профессиональный инструмент разработки печатных плат, готовый к работе

  • CircuitMaker

    Хорошо налаженный инструмент PCB Design, созданный специально для вашего сообщества

  • NEXUS

    Быстрое и гибкое проектирование в команде

  • ОБЛАЧНАЯ ПЛАТФОРМА
  • Altium 365

    Синхронизация проектирования и производства печатных узлов

  • Управление компонентами
  • Altium Concord Pro

    Комплексное решение для управления библиотеками

  • Octopart

    Обширная и простая в использовании база данных компонентов

  • Дополнительные модули
  • PDN Analyzer

    Визуальный анализ цепей доставки питания

  • Все модули
  • Разработка встроенного ПО
  • TASKING

    Широко известная среда разработки встроенного ПО

  • Учебные курсы
  • Очные курсы

    Узнайте о лучших практиках на тренингах, доступных по всему миру

  • Курсы по запросу

    Получите полноценное обучение прямо из дома или офиса

  • ОНЛАЙН-ПРОСМОТР
  • Altium 365 Viewer

    Самый простой способ онлайн-визуализации проектных данных

  • Altium Designer 20

    Самая мощная, современная и простая в использовании система проектирования печатных плат для профессионалов

    ALTIUMLIVE

    Ежегодная конференция по проектированию печатных плат

    • Форум

      Место для общения пользователей и поклонников Altium

    • Блог

      Статьи на интересные вам темы

    • Идеи

      Присылайте идеи и голосуйте за новые функции, которые вы хотели бы видеть среди инструментов Altium.

    • Исправление ошибок – Bug Crunch

      Направляйте запросы на исправление ошибок, чтобы помочь сделать решения Altium лучше

    • Лента новостей

      События на AltiumLive, в которых вы участвуете или за которыми следите.

    • Программа бета-тестирования

      Информация об участии в программе бета-тестирования и о получении раннего доступа к решениям Altium.

    Все ресурсы

    Изучите избранные материалы из блога, социальных сетей и технических документов, собранных в одном месте для вашего удобства

    Загрузки

    Загрузите необходимые вам продукты

    Как приобрести

    Свяжитесь с региональным представительством, чтобы начать улучшение процесса проектирования

    • Документация

      Портал документации, где вы можете найти исчерпывающую информацию по нужной версии системы

    • Курсы и мероприятия

      Посмотрите расписание и зарегистрируйтесь на очное или онлайн-обучение

    • Ресурсы для проектирования

      Изучите наши бесплатные ресурсы для проектирования: компоненты, шаблоны, примеры проектов

    • Вебинары

      Зарегистрируйтесь на вебинар или получите доступ к записи вебинаров

    • Поддержка

      Свяжитесь с технической поддержкой или воспользуйтесь сервисами самообслуживания

    • Руководства

      Прочитайте или загрузите руководства и инструкции по решениям Altium

    • Видео-библиотека

      Краткие видеоуроки на определенные темы для быстрого начала работы в Altium Designer

    Проблемы проектирования передовой электроники для использования в космосе, часть 2

    Francesco Poderico
    |  22 Октября, 2019

     

    В предыдущей статье мы увидели, что когда частица достаточной энергии попадает на биполярный транзистор, часть этой энергии может поглотиться компонентом, и это может создать нежелательный ток между эмиттером и коллектором. Если этой проблемой пренебречь, могут возникнуть сбои. Это явление называется одиночным импульсом излучения (Single Event Effect, SEE). Конструктор ответственен за то, чтобы плата была стойкой по отношению к этому явлению. Как было сказано в предыдущей статье, я не предполагаю, что читатель является специалистом в области микроэлектроники или физики. Из-за этого мы опустим некоторые подробности, но это небольшая цена за то, чтобы объяснить такой сложный вопрос “на пальцах”.

    Что мы собираемся изучить

    • Как оценить ток одиночного импульса излучения
    • Что такое линейная потеря энергии (LET, Linear Energy Transfer)
    • Почему потребительская электроника будет повреждена под воздействием радиации

    Что такое линейная потеря энергии

    Линейная потеря энергии (Linear Energy Transfer, LET) является конструктивным параметром, который системный инженер должен предоставить инженеру-конструктору. Этот параметр сложно оценить, поскольку он зависит от высот, орбит и т.д. Тем не менее, когда он известен, он обычно предоставляется в начале проекта.

    Чтобы понять, что такое линейная потеря энергии, посмотрим на изображение ниже. В качестве примера рассмотрим частицу с высокой энергией, которая попадает на компонент, и взглянем, что может произойти внутри компонента.

     

    Рис. 1. Частица падает на компонент

     

    Когда частица проходит через биполярный (полевой) транзистор, она замедляется и теряет часть кинетической энергии. Часть этой энергии теряется за счет кулоновских сил, часть – за счет радиационных потерь. Таким образом, мы можем записать полную потерю энергии на единицу длины следующим образом:

    Рис. 2. Заряженная частица ударяет атом. Часть энергии теряется за счет кулоновских сил, и из атома выбивается электрон.

     

    Первое слагаемое уравнения [1] называется линейной потерей энергии и представляет потерю энергии в материале из-за кулоновских сил. В аэрокосмической отрасли, эта величина определяется относительно плотности материала, поэтому ее единицами измерения являются МэВ∙см2/мг.

    Вопрос: “Сколько энергии необходимо для создания электронной дырки?”

    Ответ: “Для материала, такого как кремний, лишь 3,6 эВ”.

    Учтите, что эта величина отличается для различных материалов: например, для воздуха она равна 34 эВ, для SiO2 – 17 эВ и т.д.

    Эта информация нам необходима для расчета тока, создаваемого частицей в компоненте (биполярном или полевом).

    Предположим, что мы хотим оценить ток одиночного импульса излучения при известной линейной потере энергии, например 100 МэВ∙см2/мг.

    Мы знаем, что для создания иона необходимо 3,6 эВ, поэтому мы можем начать рассчитывать количество созданных ионов: n = LET/3,6.

    Поскольку заряд электрона равен q=1,6∙10-19 Кл, то из определения линейной потери энергии мы можем записать:

    Здесь δ – это плотность кремния, равная 2300 мг/см3.

    Таким образом, из уравнения [2] мы можем записать общий заряд:

    Здесь dx – это длина критического пути, для которого мы оцениваем эффект тока одиночного импульса излучения. Например, для биполярного транзистора dx будет расстоянием между эмиттером и коллектором (в полевом транзисторе это будет длина канала).

    Хорошо, мы знаем общий заряд, создаваемый в полевом транзисторе, но что насчет тока, создаваемого между коллектором и эмиттером?

    Пусть частица в кремнии проходит с релятивистской скоростью (например, на 33% от скорости света), соответственно, зная геометрию транзистора, мы знаем продолжительность импульса dt = dx/(0.33c), где c – это скорость света.

    Итак, мы наконец можем рассчитать ток одиночного импульса излучения:

    Обратите внимание, что хотя это очень большой ток, он протекает за короткий промежуток времени.

    Как интерпретировать уравнение [4]? Как предотвратить разрушение нашей платы?

    Для этого есть множество способов. Рассмотрим следующую схему:

     

    Рис. 3. В нормальных условиях ток мал.

     

    Предположим, что транзистор Q1 включен, в то время как Q2 не проводит вовсе. Что произойдет, когда на Q2 попадет частица высокой энергии?

    Как мы увидели, чем выше линейная потеря энергии частицы, тем выше будет созданный ток между коллектором и эмиттером в компоненте, на который попала частица.

    Если мы сравним рис. 3 и рис. 4, то будет нетрудно понять, что ситуация на рис. 4 может повредить схему. Как избежать этого?

     

    Рис. 4. Большой ток из-за одиночного импульса излучения.

     

    Один из способов избежать повреждения цепи – добавить элемент, который ограничил бы ток от Q1 к Q2. Мы можем сделать это различными путями, самый простой из них – добавить резистор. Чем больше сопротивление, тем меньше максимальный ток, который может пройти. С другой стороны, слишком большое сопротивление повлияет на пропускную способность конструкции.

    Что мы узнали?

    Мы узнали, что в космосе, когда частица попадает на биполярный (или полевой) транзистор, она может вызвать большой ток.

    Мы также узнали, как оценить ток – его амплитуду (уравнение [4]) и длительность. И с инструментами, подобными Spice (в Altium Designer есть отличный имитатор Spice) вы можете определить влияние импульса тока. Мы также увидели, что можно минимизировать влияние этого тока, ограничив его с помощью пассивного элемента, такого как резистор.

    Поговорите с экспертом Altium, чтобы узнать больше.

    Об авторе

    самые новые материалы

    Вернуться на главную