Oscilador de cristal CMOS rad-hard: Reloj resistente a 300 krad TID para electrónica espacial

Existe una necesidad de fuentes de reloj estabilizadas por cristal rad-hard con al menos 300 krad de inmunidad a dosis ionizante total (TID). Una solución común ha sido blindar puntualmente una pieza comercial estándar o encerrarla en una bóveda. Las fuentes de reloj rad-hard son necesarias para placas electrónicas principales (MEBs) y electrónica de lectura que necesitan operar en entornos espaciales peligrosos. La detección remota y telemetría requieren que los circuitos de lectura estén co-ubicados con los sensores, que pueden estar separados por una distancia arbitraria de la electrónica de procesamiento de datos.

Una señal de reloj generada localmente permite a la lectura generar sus propias señales de reloj y transmitir los datos resultantes a un receptor remoto. Si una señal portadora estabilizada por cristal estuviera disponible, la lectura podría derivar una señal de reloj que es un submúltiplo integral de esa portadora y usar los datos generados desde la señal de reloj para modular la portadora. El oscilador de cristal CMOS endurecido por diseño radiación (RHBD) puede usarse directamente o escalado en frecuencia para relojear un circuito de aplicación.

El oscilador de cristal CMOS RHBD es un oscilador Pierce basado en comparador que usa un cristal piezoeléctrico para generación de frecuencia precisa y estable. El esquema del oscilador difiere de los osciladores Pierce clásicos que dependen de al menos un inversor para lograr la ganancia requerida. En el oscilador de cristal CMOS RHBD, un comparador de alta velocidad proporciona la ganancia con el cristal y una resistencia de realimentación linealizante conectada entre la salida del comparador y la entrada inversora. La entrada no inversora del comparador puede ser impulsada desde una fuente de señal DC, como un divisor de resistencias, referencia de voltaje o convertidor digital-analógico (DAC), para un modo común variable en la señal de realimentación o una señal de reloj de ciclo de trabajo variable. Tener la capacidad de ajustar el ciclo de trabajo de la señal del oscilador permite al sistema compensar cambios inducidos por radiación como el offset de entrada.

El comparador es un diseño CMOS rail-rail monolítico con una celda de polarización proporcional a temperatura absoluta (PTAT) fabricada con dispositivos de transistor de diseño encerrado (ELT) y anillos de guarda duales. Los ELTs proporcionan alta inmunidad a fugas inducidas por TID y los anillos de guarda duales proporcionan inmunidad a latch-up por evento único (SEL). Juntos, los ELTs, anillos de guarda duales y ajuste de ciclo de trabajo aseguran operación robusta del circuito incluso en presencia de alto TID e iones pesados.

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