Rad-Hard CMOS Kristal Oscillator: 300 krad TID-Weerstandende Klok voor Ruimte-elektronica

Er is een behoefte aan rad-hard kristal-gestabiliseerde klokbronnen met ten minste 300 krad van totale ioniserende dosis (TID) immuniteit. Een veelvoorkomende oplossing is om een commercieel off-the-shelf onderdeel spot-te beschermen of in een kluis te sluiten. Rad-hard klokbronnen zijn nodig voor hoofd elektronica borden (MEBs) en uitlees elektronica die moeten opereren in gevaarlijke ruimte-omgevingen. Remote sensing en telemetrie vereisen dat de uitlees circuits co-located zijn met de sensoren, die door een willekeurige afstand van de data verwerkende elektronica gescheiden kunnen zijn.

Een lokaal gegenereerd kloksignaal stelt de uitlees in staat om zijn eigen kloksignalen te genereren en de resulterende data naar een remote ontvanger te transmitteren. Als een kristal-gestabiliseerde draagolfsignaal beschikbaar was, kon de uitlees een kloksignaal afleiden dat een integraal submultiple is van die draaggolf en de data gegenereerd van het kloksignaal gebruiken om de draaggolf te moduleren. De radiation hardened by design (RHBD) CMOS kristal oscillator kan direct gebruikt worden of in frequentie geschaald om een applicatie circuit te klokken.

De RHBD CMOS kristal oscillator is een comparator-gebaseerde Pierce oscillator die een piezo-elektrisch kristal gebruikt voor nauwkeurige en stabiele frequentie generatie. Het oscillator schema verschilt van klassieke Pierce oscillators die vertrouwen op ten minste één inverter om de vereiste winst te bereiken. In de RHBD CMOS kristal oscillator, biedt een high-speed comparator de winst met het kristal en lineariserende feedback weerstand verbonden tussen de comparator uitgang en de inverting input. De non-inverting input van de comparator kan gedreven worden van een DC signaalbron, zoals een weerstandsdelerspanning, spanningsreferentie, of digitaal-naar-analoge converter (DAC), voor een variabele common mode in het feedbacksignaal of een variabele duty cycle kloksignaal. De mogelijkheid om de duty cycle van het oscillatorsignaal aan te passen, stelt het systeem in staat om te compenseren voor straling-geïnduceerde veranderingen zoals input offset.

De comparator is een monolithisch CMOS rail-rail ontwerp met een proportional to absolute temperature (PTAT) bias cel gefabriceerd met enclosed layout transistor (ELT) devices en dubbele guard rings. De ELTs bieden hoge immuniteit voor TID-geïnduceerde lekkage en de dubbele guard rings bieden immuniteit voor single event latch-up (SEL). Samen zorgen de ELTs, dubbele guard rings, en duty cycle aanpassing voor robuuste werking van het circuit zelfs in de aanwezigheid van hoge TID en zware ionen.

NASA zoekt actief licentiehouders om deze technologie te commercialiseren. Neem contact op met NASA's Licensing Concierge op licensing@nasa.gov of bel 202-358-7432 om licentiegesprekken te initiëren.