Radharter CMOS-Kristalloszillator

Es besteht ein Bedarf an radhartkristallstabilisierten Taktquellen mit einer Gesamtimmunität gegen ionisierende Dosis (TID) von mindestens 300 krad. Eine gängige Lösung bestand darin, ein handelsübliches Teil punktuell abzuschirmen oder es in einem Tresor einzuschließen. Radharte Taktquellen werden für Hauptelektronikplatinen (MEBs) und Ausleseelektronik benötigt, die in explosionsgefährdeten Weltraumumgebungen betrieben werden müssen. Fernerkundung und Telemetrie erfordern, dass die Ausleseschaltkreise zusammen mit den Sensoren angeordnet sind, die durch einen beliebigen Abstand von der Datenverarbeitungselektronik getrennt sein können.

Ein lokal erzeugtes Taktsignal ermöglicht es dem Auslesegerät, seine eigenen Taktsignale zu erzeugen und die resultierenden Daten an einen entfernten Empfänger zu übertragen. Wenn ein quarzstabilisiertes Trägersignal verfügbar wäre, könnte die Auslesung ein Taktsignal ableiten, das ein ganzzahliger Bruchteil dieses Trägers ist, und die aus dem Taktsignal erzeugten Daten verwenden, um den Träger zu modulieren. Der strahlungsgehärtete (RHBD) CMOS-Quarzoszillator kann direkt verwendet oder in der Frequenz skaliert werden, um eine Anwendungsschaltung zu takten.

Der RHBD CMOS-Quarzoszillator ist ein komparatorbasierter Pierce-Oszillator, der einen piezoelektrischen Kristall für eine genaue und stabile Frequenzerzeugung verwendet. Das Oszillatorschema unterscheidet sich von klassischen Pierce-Oszillatoren, die auf mindestens einen Inverter angewiesen sind, um die erforderliche Verstärkung zu erreichen. Im RHBD-CMOS-Quarzoszillator liefert ein Hochgeschwindigkeitskomparator die Verstärkung, wobei der Quarz und der linearisierende Rückkopplungswiderstand zwischen dem Komparatorausgang und dem invertierenden Eingang angeschlossen sind. Der nicht-invertierende Eingang des Komparators kann von einer DC-Signalquelle wie einem Widerstandsteiler, einer Spannungsreferenz oder einem Digital-Analog-Wandler (DAC) für einen variablen Gleichtakt im Rückkopplungssignal oder einen variablen Arbeitszyklustakt angesteuert werden Signal. Durch die Möglichkeit, das Tastverhältnis des Oszillatorsignals anzupassen, kann das System strahlungsinduzierte Änderungen wie Eingangs-Offset kompensieren.

Der Komparator ist ein monolithisches CMOS-Rail-Rail-Design mit einer PTAT-Vorspannungszelle (Proportional to Absolute Temperature), die mit ELT-Bauteilen (Enclosure Layout Transistor) und doppelten Schutzringen hergestellt ist. Die ELTs bieten eine hohe Immunität gegenüber TID-induzierten Leckagen und die dualen Schutzringe bieten Immunität gegenüber Einzelereignis-Latch-up (SEL). Zusammen gewährleisten die ELTs, die doppelten Schutzringe und die Einstellung des Tastverhältnisses einen robusten Betrieb des Schaltkreises selbst bei hoher TID und schweren Ionen.

Die NASA sucht aktiv nach Lizenznehmern zur Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte wenden Sie sich an den Licensing Concierge der NASA unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann. oder rufen Sie uns unter 202-358-7432 an, um Lizenzierungsgespräche zu initiieren.