DC／DC輻照損傷與VDMOS器件1／f噪聲相關性研究
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大量的研究表明，低頻噪聲除了與產(chǎn)品性能有關之外，還與產(chǎn)品質量和可靠性密切相關。國內外出現(xiàn)了一系列使用低頻噪聲特別是1/f噪聲表征器件可靠性的方法，這些器件不僅包括二極管、三極管、MOS管、厚膜電阻、薄膜電阻、鉭電容器等簡單器件，還包括集成運算放大器、DSP等復雜電路的模塊。通過對這些簡單器件和復雜器件低頻噪聲的測量，人們建立了許多低頻噪聲模型以及表征方法，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，低頻噪聲特別是1/f噪聲與各類電子器件的可靠性密切相關。1/f噪聲能夠用于可靠性表征的原因在于產(chǎn)生1／f噪聲的缺陷與影響器件可靠性的缺陷是相同的。
DC／DC轉換器的可靠性很大程度上依賴于其結構中的PWM、VDMOS器件(vertical conductiondouble scattering metal oxide semiconductors)、肖特基二極管及其光電耦合器等器件，大量的研究工作已證明，低頻噪聲可以表征這些單個器件的可靠性。本文通過對DC／DC轉換器低頻1／f噪聲的測量來表征輻照損傷，并初步探究輻照損傷與內部的VDMOS器件的1／f噪聲相關性。
1 DC／DC轉換器的低頻噪聲測量
圖1為一個典型的單端輸出隔離式DC／DC轉換器原理圖。
如圖1中的虛線部分所示，DC／DC轉換器的輸入端和輸出端正負回路之間會產(chǎn)生寄生電容，從而產(chǎn)生干擾噪聲。為了避免寄生電容產(chǎn)生的干擾，可在DC／DC轉換器噪聲測量電路中加入旁路電容，從而消除干擾噪聲。測試電路如圖2所示。圖2中的電容C1、C2用以消除干擾，C3用以隔離輸出直流電壓信號。低頻噪聲電壓信號通過C3，經(jīng)低頻噪聲前置放大器后，進入數(shù)據(jù)采集卡，再由微機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理和分析。
需要注意的是，由于DC／DC轉換器通常具有較大的輸入范圍和功率，因此在設計偏置電路時應特別注意輸入端分壓電阻和輸出端負載電阻的功率大小，如選擇不慎，則易燒毀電阻，通常選擇的原則如下
2 DC／DC轉換器電離輻照實驗
2．1 輻照實驗方案
衛(wèi)星、航天器等空間設備處于空間輻射環(huán)境中，空間輻射是誘發(fā)航天器異?；蛘吖收系闹饕蛑?。歐洲航天局的報告指出，衛(wèi)星等航天器的反?，F(xiàn)象中，有33％是由于輻射誘發(fā)產(chǎn)生的。因此，電子器件的輻射損傷特性和抗輻射加固一直是國內外研究的熱點問題。本次實驗方案參照美軍標MIL-STD-883E標準和歐洲航天局有關實驗方案設計。輻照源采用鈷60，輻照射線為γ射線，輻照劑量率為5．70 rad(Si)／s，輻照初始劑量20 krad(Si)，輻照步長為10 krad(Si)，輻照累計總劑量為50 krad(Si)。
實驗樣品采用沒有經(jīng)過抗輻照加固的DC／DC轉換器，型號為BUP-3W24S5，樣品B為普軍級，樣品A為商用級，輸入電壓為18～32 V，額定功率為3 W，額定輸入電壓為5 V。輻照前后分別測量DC／DC轉換器在24 V和32 V輸入電壓下的Iin、Vout、Iout等常規(guī)電參數(shù)及其低頻噪聲，樣品所加負載從10％額定負載到100％額定負載，步長為10％額定負載進行調節(jié)。噪聲測試系統(tǒng)采用西安電子科技大學噪聲及無損檢測實驗室自主研發(fā)的基于虛擬儀器的電子器件低頻噪聲測試系統(tǒng)(圖2)，分別對輻照前后的DC／DC轉換器樣品進行低頻噪聲測試。
2．2 實驗數(shù)據(jù)分析
隨著輻照劑量的增加，樣品的電性能不斷退化，商用級樣品器件在輻照20 krad(Si)時即徹底損壞；普軍級樣品器件在40 krad(Si)以上劑量時，完全失效。普軍級樣品器件在40 krad(Si)以下輻照劑量時輸出電壓，轉換效率等電參數(shù)的實驗前后變化如圖3所示。
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