АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННО-КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ НА РАДИАЦИОННУЮ СТОЙКОСТЬ
AUTOMATED SYSTEM FOR TESTING ELECTRONIC COMPONENTS FOR RADIATION RESISTANCE

Изобретение относится к радиационной технике и может быть использовано при проведении испытаний различных типов элементов электронно-компонентной базы (ЭКБ) на стойкость к воздействию импульсного ионизирующего излучения (ИИ).
Известна автоматизированная установка для испытаний на радиационную стойкость элементов электронно-компонентной базы (полупроводниковых приборов и интегральных схем) (патент RU №2128349, G01R 31/26, H01L 21/66, опубл. 27.03.1999). Установка для испытаний на радиационную стойкость содержит: источник рентгеновского излучения (ИРИ), датчик интенсивности рентгеновского излучения (ДРИ), плату подключения испытываемого объекта (ПИО), блок согласования и коммутации (БСК) платы ПИО, управляющее вычислительное устройство (УВУ) с встроенным программным обеспечением, блок исследования статических характеристик (БИСХ), по меньшей мере, один электроизмерительный прибор (ЭП) и один источник электропитания (ИЭ).
Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость из-за использования протяженных гальванических связей между блоками, а кроме того, малая функциональная гибкость вследствие фиксированной структуры БИСХ, ориентированной на определенный тип ЭКБ.
Известен автоматизированный комплекс для испытаний на радиационную стойкость элементов электронно-компонентной базы (интегральных микросхем) (патент RU №2435169, G01R 31/26, опубл. 27.11.2011), содержащий источник ионизирующих излучений (ИИ), в прямом потоке которого размещен детектор ионизирующего излучения (датчик) и облучаемый экранирующий от электромагнитного излучения контейнер (ОБ) с испытываемым элементом электронно-компонентной базы, блок управления и функционального контроля (БУФК) на основе микроконтроллера с программным обеспечением, многоканальные буферные согласующие устройства (БСУ), стабилизированные источники электропитания (ИЭП), средства измерений, ПЭВМ с программным обеспечением.
Недостатком данного комплекса является низкая помехоустойчивость из-за использования протяженных гальванических связей между блоками, так как БУФК и БСУ соединены с облучаемым элементом ЭКБ и с ИЭП электрическими кабелями значительной длины, подверженными наводкам от электромагнитного излучения (ЭМИ). Недостатком также является невозможность дистанционного программирования микроконтроллера БУФК для перехода на другой тип элемента ЭКБ.
Решаемой технической задачей является создание автоматизированного комплекса для испытания различных типов элементов ЭКБ на радиационную стойкость.
Достигаемым техническим результатом является повышение помехоустойчивости к воздействию электромагнитных наводок. Дополнительно сокращаются время и трудозатраты при смене типа испытуемого элемента ЭКБ или при изменении режима испытаний.
Технический результат достигается тем, что в автоматизированном комплексе для испытаний элементов электронно-компонентной базы на радиационную стойкость, содержащем источник ионизирующего излучения, в прямом потоке которого размещен детектор ионизирующего излучения и облучаемый экранирующий от электромагнитного излучения (ЭМИ) контейнер с испытываемым элементом электронно-компонентной базы, а также содержащий блок управления и функционального контроля, многоканальные буферные согласующие устройства, стабилизированные источники электропитания, средства измерений, измерительные входы которых соединены с выходами многоканальных буферных согласующих устройств и детектора ионизирующего излучения, а также ПЭВМ с программным обеспечением, соединенную с входами-выходами блока управления и функционального контроля (БУФК) и средств измерения, новым является то, что блок управления и функционального контроля соединен с ПЭВМ, а многоканальные буферные согласующие устройства и детектор ионизирующего излучения соединены со средствами измерения с помощью волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), при этом стабилизированные источники электропитания являются автономными, блок управления и функционального контроля, многоканальные буферные согласующие устройства и источники электропитания размещены в облучаемом контейнере и защищены от воздействия ионизирующего излучения экраном.
Кроме этого блок управления и функционального контроля может быть выполнен на основе микрокомпьютера.
В ВОЛП, с помощью которых соединены средства измерения, БСУ и детектор ИИ дополнительно введены отрезки оптического кабеля, обеспечивающие задержку измерительного сигнала относительно сигнала импульсной электромагнитной помехи на входе средств измерения.
Размещение многоканальных БСУ, БУФК и автономных источников электропитания в облучаемом экранирующем от ЭМИ контейнере позволяет защитить данную электронную аппаратуру от электромагнитных наводок. Экран защищает ее от ионизирующего излучения.
При помощи использования ВОЛП и автономных стабилизированных источников электропитания обеспечивается полная гальваническая изоляция контейнера, что позволяет избежать электрических контуров, подверженных наводкам, обычно сопровождающих работу источников ИИ.
Использование БУФК на основе микрокомпьютера позволяет оперативно менять программное обеспечение для смены режима испытаний.
На фигуре показана структурная схема заявляемого автоматизированного комплекса.
Автоматизированный комплекс для испытаний элементов электронно-компонентной базы на радиационную стойкость содержит источник ионизирующего излучения (ИИ) 1, в прямом потоке которого размещен детектор ИИ 2 и облучаемый экранирующий от ЭМИ контейнер 3 с испытываемым элементом 4 электронно-компонентной базы (ЭКБ). Комплекс также содержит многоканальные буферные согласующие устройства 5 (БСУ), блок управления и функционального контроля (БУФК) 6, стабилизированные источники электропитания 7, средства измерений 8, измерительные входы которых соединены с выходами многоканальных БСУ 5, а также ПЭВМ 9 с программным обеспечением, соединенную с входами-выходами БУФК 6 и средств измерения 8. БУФК, многоканальные БСУ и автономные источники электропитания размещены в облучаемом контейнере и защищены от воздействия ИИ экраном 10. БУФК с помощью волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) соединен с ПЭВМ, а БСУ и детектор ИИ с помощью ВОЛП 12 и 13 соединены со средствами измерения 8.
Автоматизированный комплекс для испытания элементов ЭКБ на радиационную стойкость работает следующим образом. В процессе подготовки к испытаниям устанавливается связь между ПЭВМ 9 и микрокомпьютером БУФК 6 посредством ВОЛП 11 и осуществляется программирование БУФК 6 для работы с определенным типом ЭКБ. При помощи ПЭВМ 9 осуществляется конфигурация средств измерения 8. При необходимости проводится амплитудная калибровка ВОЛП 12 с передачей по ВОЛП 12 тестовых аналоговых сигналов. Затем БУФК 6 переводится в режим испытания, при этом на выводах испытуемого элемента 4 ЭКБ появляются необходимые для испытания напряжения и сигналы. При подаче импульса ИИ от источника 1 происходит облучение испытуемого элемента ЭКБ и детектора ИИ 2. При помощи экрана 10 БУФК 6, БСУ 5 и автономный источник питания 7 защищены от воздействия ИИ. Измерительный сигнал от детектора 2 передается на средства измерения 8 по ВОЛП 13. Сигналы реакции испытуемого элемента на ИИ поступают на БСУ 5 и передаются по ВОЛП 12 на средства измерения 8. Результаты измерений передаются от средств измерения 8 на ПЭВМ 9, где обрабатываются и архивируются. Неизбежно возникающие при работе источника ИИ электромагнитные помехи экранируются металлическим корпусом контейнера 3, благодаря чему не влияют на работу устройств, расположенных в контейнере. При необходимости избежать наводок от источника ИИ 1 на средства измерения, ВОЛП 12 и 13 выбираются такой длины, чтобы за счет задержки в ВОЛП измерительная информация пришла на средства измерения после сигнала наводки.
В конкретном исполнении автоматизированного комплекса для испытаний элементов ЭКБ на радиационную стойкость в качестве источника ИИ 1 используется малогабаритный импульсный ускоритель (С.Л. Эльяш и др., Малогабаритный импульсный ускоритель электронов АРСА для радиационных исследований, Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ, Вып.9, с.128-131, 2005). Детектором ИИ 2 служит пластмассовый сцинтиллятор на основе полистирола, световой сигнал от которого по пластмассовому оптическому кабелю типа RUS фирмы AVAGO через фотоприемное устройство на основе PIN-фотодиода (ВОСП 13) передается на средства измерения 8. Облучаемый контейнер представляет собой алюминиевую сварную конструкцию с толщиной стенок 2 мм со съемной крышкой и отверстием для ввода ионизирующего излучения. Вплотную к отверстию располагается испытуемый элемент 4 ЭКБ. Экран 10 выполнен из свинца толщиной 2 мм. Экран 10 располагается сразу непосредственно за испытываемым элементом 4 ЭКБ и защищает вспомогательное оборудование от действия ИИ. БУФК 6 выполнен на основе промышленного микрокомпьютера TS-3300 форм-фактора PC-104 с процессором - Intel 386ЕХ. БСУ 5 изготовлены на основе КМОП микросхемы 74НС244 или быстродействующих операционных усилителей AD8009. В качестве автономного источника питания 7 использован литий-ионный аккумулятор SAFT с емкостью 6.8 А-ч и напряжением 3.7 В. В ВОЛП 12 используются аналоговые волоконно-оптические модули AVAGO HFBR-1312 и HFBR-2316, а также многомодовый оптический кабель 62,5 мкм. В ВОЛП 11 используется многомодовый оптический кабель 62,5 мкм и медиаконвертер RJ-45-ST. В качестве средств измерения 8 выбраны регистрирующие осциллографы Tektronix-3054, а в качестве ПЭВМ 9 - стандартный PC-совместимый компьютер.