Oscillateur à cristal CMOS durci radiations : horloge 300 krad TID-résistante pour électronique spatiale

Il y a un besoin pour des sources d'horloge stabilisées par cristal rad-hard avec au moins 300 krad d'immunité à la dose ionisante totale (TID - Total Ionizing Dose). Une solution courante a été de blindage ponctuel une pièce commerciale standard ou de l'enclore dans un coffre-fort. Les sources d'horloge rad-hard sont nécessaires pour les cartes électroniques principales (MEB - Main Electronics Boards) et l'électronique de lecture qui doivent opérer dans des environnements spatiaux dangereux. La détection à distance et la télémétrie exigent que les circuits de lecture soient co-localisés avec les capteurs, qui peuvent être séparés par une distance arbitraire de l'électronique de traitement de données.

Un signal d'horloge généré localement permet à la lecture de générer ses propres signaux d'horloge et de transmettre les données résultantes à un récepteur distant. Si un signal porteur stabilisé par cristal était disponible, la lecture pourrait dériver un signal d'horloge qui est un sous-multiple intégral de ce porteur et utiliser les données générées du signal d'horloge pour moduler le porteur. L'oscillateur à cristal CMOS durci par conception (RHBD - Radiation Hardened By Design) peut être utilisé directement ou mis à l'échelle en fréquence pour horloger un circuit d'application.

L'oscillateur à cristal CMOS RHBD est un oscillateur Pierce basé sur comparateur qui utilise un cristal piézoélectrique pour une génération de fréquence précise et stable. Le schéma d'oscillateur diffère des oscillateurs Pierce classiques qui reposent sur au moins un inverseur pour atteindre le gain requis. Dans l'oscillateur à cristal CMOS RHBD, un comparateur haute vitesse fournit le gain avec le cristal et une résistance de rétroaction linéarisante connectée entre la sortie du comparateur et l'entrée inverseuse. L'entrée non-inverseuse du comparateur peut être pilotée depuis une source de signal DC, comme un diviseur de résistance, référence de tension, ou convertisseur numérique-analogique (DAC), pour un mode commun variable dans le signal de rétroaction ou un signal d'horloge à cycle de service variable. Avoir la capacité d'ajuster le cycle de service du signal d'oscillateur permet au système de compenser les changements induits par radiations tels que le décalage d'entrée.

Le comparateur est un design CMOS rail-à-rail monolithique avec une cellule de biais proportionnelle à la température absolue (PTAT) fabriquée avec des dispositifs transistor à layout enfermé (ELT - Enclosed Layout Transistor) et doubles anneaux de garde. Les ELT fournissent une haute immunité aux fuites induites par TID et les doubles anneaux de garde fournissent l'immunité au verrouillage par événement unique (SEL - Single Event Latch-up). Ensemble, les ELT, doubles anneaux de garde, et ajustement du cycle de service assurent une opération robuste du circuit même en présence de TID élevé et d'ions lourds.

La NASA recherche activement des licenciés pour commercialiser cette technologie. Veuillez contacter le concierge des licences de la NASA à cette adresse email protégée ou appelez au 202-358-7432 pour initier des discussions de licence.