Rad-Hard CMOS-kristaloscillator

Er is behoefte aan rad-hard kristal gestabiliseerde klokbronnen met ten minste 300 krad totale ioniserende dosis (TID) immuniteit. Een veelvoorkomende oplossing was om een ​​commercieel kant-en-klaar onderdeel af te schermen of in een kluis op te sluiten. Rad-hardklokbronnen zijn nodig voor hoofdelektronicaborden (MEB's) en uitleeselektronica die in gevaarlijke ruimteomgevingen moeten werken. Voor remote sensing en telemetrie moeten de uitleescircuits samen met de sensoren worden geplaatst, die op een willekeurige afstand van de gegevensverwerkingselektronica kunnen worden gescheiden.

Een lokaal gegenereerd kloksignaal stelt de uitlezing in staat zijn eigen kloksignalen te genereren en de resulterende gegevens naar een externe ontvanger te verzenden. Als er een kristalgestabiliseerd draaggolfsignaal beschikbaar was, zou de uitlezing een kloksignaal kunnen afleiden dat een integraal subveelvoud van die draaggolf is en de gegevens die uit het kloksignaal worden gegenereerd gebruiken om de draaggolf te moduleren. De door ontwerp geharde CMOS-kristaloscillator (RHBD) kan direct worden gebruikt of in frequentie worden geschaald om een ​​toepassingscircuit te klokken.

De RHBD CMOS-kristaloscillator is een op comparator gebaseerde Pierce-oscillator die een piëzo-elektrisch kristal gebruikt voor nauwkeurige en stabiele frequentiegeneratie. Het oscillatorschema verschilt van klassieke Pierce-oscillatoren die op ten minste één omvormer vertrouwen om de vereiste versterking te bereiken. In de RHBD CMOS-kristaloscillator levert een snelle comparator de versterking met het kristal en de lineariserende feedbackweerstand aangesloten tussen de comparatoruitgang en de inverterende ingang. De niet-inverterende ingang van de comparator kan worden aangestuurd vanuit een DC-signaalbron, zoals een weerstandsdeler, spanningsreferentie of digitaal-naar-analoogomzetter (DAC), voor een variabele gemeenschappelijke modus in het feedbacksignaal of een variabele werkcyclusklok signaal. Dankzij de mogelijkheid om de duty-cycle van het oscillatorsignaal aan te passen, kan het systeem door straling veroorzaakte veranderingen zoals input-offset compenseren.

De comparator is een monolithisch CMOS-rail-railontwerp met een proportionele tot absolute temperatuur (PTAT) bias-cel, vervaardigd met ingesloten lay-outtransistor (ELT)-apparaten en dubbele beschermringen. De ELT's bieden een hoge immuniteit tegen TID-geïnduceerde lekkage en de dubbele beschermingsringen bieden immuniteit voor Single Event Latch-up (SEL). Samen zorgen de ELT's, dubbele beschermringen en aanpassing van de duty-cycle voor een robuuste werking van het circuit, zelfs in de aanwezigheid van hoge TID en zware ionen.

NASA is actief op zoek naar licentiehouders om deze technologie te commercialiseren. Neem contact op met NASA's Licensing Concierge via Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien. of bel ons op 202-358-7432 om licentiebesprekingen te starten.