空间信息系统COTS技术下的抗辐射设计

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2.2 SEL保护电路原理

过流监视器采用Maxim公司的芯片MAX4373／4374／4375系列。它是一种低成本、微功耗的高端电流检测放大器+比较器+电压基准IC。
重启电源的开关可由P沟道增强型MOS管(P-channel MOSFET)来构造。选择Vishay公司的Si4465DY，高质量的MOSFET自身对辐射环境就有很好的免疫能力。

SEL的保护电路原理图如图2所示。

如图2所示，Vin是负载电路的电源，同时也是MAX4373的电源。上电后，经电流检测电阻Rsense后向负载Load供电。负载电流Iload经Rsense，在其两端产生一个电压降Vsense。它作为电流检测信号输入MAX4373中的电流检测放大器，其固定增益为Av，则放大后的电压信号由0UT端输出，Uout=Vsense×Av。R1、R2组成电压分压器，它将Vout经分压后输入内部的电压比较器同相端CINl，与反相端(接内部O．6 V基准电压)相比较。若流入负载电路的电流未超过设定的阈值电流，则电流检测放大器输出的电压Vout经R1、R2分压后Voutin小于0．6V，内部电压比较器输出低电平(从COUTl)，P沟道MOSFET导通，即负载的供电电路连通；若流入负载电路的电流超过了设定的阈值电流，则由Rsense检测的电压经电流检测放大器放大后，使输出电压Vout经R1、R2分压后Voutin大于0．6 V，内部电压比较器翻转，COUTl输出高电平，使P淘道MOSFET截止，于是负载的供电电路被切断。内部电压比较器为输出锁存型，一旦翻转，则输出高电平锁存，电路断开状态保持，即负载保持断电。大电流消失后，按一下复位按钮(>2μs)，内部电压比较器复位，COUTl输出低电平，MOSFET导通，负载加电重新工作。图2中的R3即为COUTl输出上拉电阻，同时也提供了P淘道MOSFET的VGS电压．抑制流经MOSFET的电流。

2.3 在双机系统中的应用设计

根据以上原理，考虑SEL保护电路在双机系统结构中的应用，给出空间信息处理系统SEL解决方案，如图3所示。


图3中CPUO板和CPUl板是冗余双机，接口板负责双机中主机和备机的通信与切换。可以看到，SEL解决措施分为3个步骤(电源系统设计不在本文论述范围内)：

①SEL保护电路对系统中各需要监测的器件进行SEL监测；
②当监测出过流时，即发生了SEL，保护电路迅速实现对局部器件的断电保护；
③SEL保护电路同时给出信号，控制电源板对本板供电部分的断电和重启。

3 在双机系统中的实现

应用上述SEL解决方案设计，在某航天器双机系统的原型结构中实现了该方案。这里给出的应用是双机温备系统．同理可适用于双机冷备或者热备系统中。显然：

◆当CPU板中有器件发牛SEL时，单纯断电该器件是不够的，因为整个CPU板此时缺少此器件，很可能已不能正常工作了，因此还需将整个CPU板断电并重启。CPU板重启时速度慢，所蹦此时必须由另一块CPU板接管作为主机，这就涉及了双机切换的问题。
◆在接口板中有器件发生SEL时，同理单纯断电该器件是不够的，必须断电并重启接口板。接口板没有冗余，但接口板的重启速度快，所以仅需要将整个接口板断电再重启。
◆电源系统必须能够提供关断的电源管理功能，这也给电源系统的设计提出了要求。

3．1 CPU上的SEL方案实现

实现结构如图4所示。

每块CPU板上每一个需要监测的器件供电引脚和供电电压之间，都加上如图4所示的由MAX4373和Si4465DY构成的SEL保护宅路；CPU板上不同器件的供电电压有4种不同的电压值(5V，3．3V，1.8V，1．5V)。这里的SEL保护电路其实就是对2．2小节中SEL保护电路原理的改进，即监测芯片MAX4373和要监测的器件使用的是不同的电源。当器件发生SEL大电流时，COUTl为高，且MAX4373工作保持锁存该高电平，于是一方面迅速切断该器件的供电电路以避免损坏，另一方面通过“或”门控制该CPU电源。可以看到，“或”门使得CPU板上任何被监测的器件发生SEL时，CPU电源舶Ctrl为高，其上的Si4465DY同样实现了开关功能，则CPU电源上MOSFET断，电源的ON/OFF为低使得整个该CPU板的供电断掉，此时便解决了此次的SEL问题。其后接口板上的Wacch dog能感知到该CPU发生故障，并控制双机逻辑切换到另一台CPU使之作为主机，即实现双机切换。可以看到，当故障CPU断电后，Ctrl变低，则该CPU电源上MOSFET导通，ON／OFF为高使得整个CPU的供电恢复，该CPU重新通电加载作为备机，从而实现温备。

3．2 接口板上的抗SEL方案

实现结构如图5所示。

接口板中每一个需要监测的器件供电引脚和供电电压之间，都加上如图5所示的由MAX4373和Si4465DY构成的SEL保护电路；接口板上不同器件的供电电压有3种不同的电压值(5V，3．3V，1．5V)。这里的SEL保护电路其实就足对2．2小节中SEL保护电路原理的改进，即监测芯片MAX4373和要监测的器件使用的是不列的电源。当器件发生SEL大电流时，COUTl为高，且MAX4373工作保持锁存该高电平，于是一方而迅速切断该器件的供电电路以避免损坏，另一方面通过“或”门去控制接口板电源。

可以看到，“或”门使得接口板上任何被监测的器件发生SEL时，接口板电源的Ctrl为高，其上的Si4465DY同样实现了开关功能，则接口板电源上MOSFET断开，ON/OFF为低使得整个接口板的供电断掉，此时便解决了此次的SEL问题。当接口板断电后，Ctrl变低，则该接口板电源上MOSFET导通，ON／OFF为高使得整个接口板的供电恢复，接口板迅速重新通电，极短时间内不会影响到双机工作。

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