Интегральная схема для работы в области с ионизирующим излучением и с возможностью вывода для зависимой от дозы излучения информации о повреждении, а также аварийный сигнализатор и соответствующий способ

Авторы патента:


Интегральная схема для работы в области с ионизирующим излучением и с возможностью вывода для зависимой от дозы излучения информации о повреждении, а также аварийный сигнализатор и соответствующий способ
Интегральная схема для работы в области с ионизирующим излучением и с возможностью вывода для зависимой от дозы излучения информации о повреждении, а также аварийный сигнализатор и соответствующий способ
Интегральная схема для работы в области с ионизирующим излучением и с возможностью вывода для зависимой от дозы излучения информации о повреждении, а также аварийный сигнализатор и соответствующий способ
Интегральная схема для работы в области с ионизирующим излучением и с возможностью вывода для зависимой от дозы излучения информации о повреждении, а также аварийный сигнализатор и соответствующий способ
Интегральная схема для работы в области с ионизирующим излучением и с возможностью вывода для зависимой от дозы излучения информации о повреждении, а также аварийный сигнализатор и соответствующий способ

 


Владельцы патента RU 2603122:

СИМЕНС ШВАЙЦ АГ (CH)

Изобретение относится к интегральной схеме, в частности микроконтроллеру, для работы в области с ионизирующим излучением, с по меньшей мере частью схемы регулирования температуры для регулируемого повышения температуры схемы до заданного постоянного значения рабочей температуры, при этом электрическая потребляемая мощность схемы увеличивается на регулируемую электрическую дополнительную мощность. Интегральная схема имеет возможность вывода информации о повреждении интегральной схемы из-за ионизирующего излучения, воздействующего на нее, причем информация о повреждении определяется из зависимого от дозы излучения снижения регулируемой электрической дополнительной мощности. Посредством установленной информации о повреждении может определяться конец срока службы или оставшееся время работы интегральной схемы. При этом можно избежать необходимость использования датчика излучения, регистрирующего ионизирующее излучение. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к интегральной схеме, в частности микроконтроллеру, для работы в области с ионизирующим излучением.

Кроме того, изобретение относится к аварийному сигнализатору для работы в области с ионизирующим излучением, в частности в ядерной (радиационной) зоне. Аварийный сигнализатор содержит по меньшей мере один детекторный блок для детектирования по меньшей мере одного параметра опасности, по меньшей мере одну интегральную схему и другие электрические компоненты для вывода сигнала сигнализатора.

Наконец, настоящее изобретение относится к способу определения информации о повреждении интегральной схемы из-за действующего на нее ионизирующего излучения.

Интегральная схема, в краткой форме обозначенная как IC (интегральная схема), представляет собой электронную схему, размещенную на полупроводниковой подложке или на полупроводниковом чипе. Она, следовательно, также упоминается как твердотельная схема или монолитная схема. Такая интегральная схема, как правило, включает в себя множество электронных компонентов, соединенных электрическими проводниками между собой. Полупроводниковый материал, из которого выполнена интегральная схема, предпочтительно представляет собой кремний. В качестве альтернативы может использоваться германий, арсенид галлия, карбид кремния или другой подходящий полупроводниковый материал. Предпочтительно для технической реализации полупроводниковых компонентов интегральной схемы используется технология комплементарных МОП (металл-оксид-полупроводник) (CMOS) структур. Кроме того, применяется полупроводниковая p-МОП (PMOS) или n-МОП (NMOS) технология, биполярная полупроводниковая технология или их комбинация, такая как биполярная КМОП (BiCMOS) технология.

В случае аварийных сигнализаторов речь идет, например, о пожарных сигнализаторах, таких как, например, оптические детекторы (сигнализаторы) дыма или детекторы тепла. Например, оптические сигнализаторы дыма могут быть основаны на принципе рассеянного света или на оптико-акустическом принципе. Если аварийным сигнализатором является сигнализатор тепла, то регистрируется температура, имеющаяся в окрестности сигнализатора тепла, как, например, с помощью температурно-зависимого резистора. Рассматриваемые аварийные сигнализаторы также могут быть сигнализаторами дыма, которые имеют газовый датчик в качестве детекторного блока, такого как газовый FET (полевой транзистор). Кроме того, аварийными сигнализаторами могут быть сигнализаторы движения, которые для обнаружения движения имеют PIR детекторный блок (PIR - пассивный инфракрасный). Рассматриваемые аварийные сигнализаторы могут также включать в себя комбинации вышеуказанных детекторных блоков.

Аварийный сигнализатор также может быть выполнен как линейный сигнализатор дыма, основанный на принципе ослабления излучения. Такие линейные сигнализаторы дыма используются особенно в больших или узких помещениях, например в коридорах, складских помещениях, фабричных цехах и в авиационных ангарах, и монтируются под потолком на стенах. В первой форме выполнения передатчик и приемник расположены напротив друг друга, и не требуется отражатель. Во второй форме выполнения световой луч, излучаемый передатчиком, через отражатель перенаправляется обратно к приемнику. Передатчик и приемник расположены рядом друг с другом. Измерительный участок таких линейных сигнализаторов дыма находится, как правило, в диапазоне от 20 м до 200 м, что соответствует измерительному участку, соответствующему в случае первой формы выполнения расстоянию между передатчиком и приемником. Во второй форме выполнения расстояние между передатчиком/приемником и отражателем соответствует половине измерительного участка. В качестве ионизирующего излучения обозначается излучение частиц или электромагнитное излучение с энергиями ионизации 5 эВ и более, которое способно выбивать электроны из атомов или молекул, так что остаются положительно заряженные ионы или остатки молекул.

Некоторое ионизирующее излучение исходит от радиоактивных материалов, как, например, в области с повышенным, особенно с высоким радиоактивным излучением. Такими областями могут быть, например, ядерная (радиационная) зона или космос. Под радиационными зонами понимаются, в частности, пространственно ограниченные области, например, на атомной электростанции, установке по переработке ядерных отходов или окончательном или промежуточном хранилище радиоактивных отходов.

Ионизирующее или радиоактивное излучение обычно имеет отрицательное разрушительное воздействие на электронные компоненты и, в частности, на полупроводниковые компоненты. Такие компоненты имеют очень тонкие полупроводниковые структуры размерами менее 1 мкм, в частности менее 100 нм. Все виды высокоэнергетичного ионизирующего излучения происходят при этом во взаимодействии с полупроводниковым кристаллом. В то время как альфа- и бета-излучение как излучение частиц может быть экранировано уже толщинами материала в несколько миллиметров, как, например, в случае листового металла корпуса или пластикового корпуса, эффективное экранирование от электромагнитного гамма-излучения возможно только с высокими затратами материалов. В зависимости от требований экранирования могут потребоваться свинцовые защитные экраны с толщинами экрана порядка одного метра и более. Даже если экранирование от альфа- и бета-излучения возможно относительно просто, то воздействие гамма-излучения на экран или корпус полупроводниковых приборов имеет, однако, следствием то, что в небольшой степени возникают вторичные альфа- и бета-частицы, которые в свою очередь вступают во взаимодействие с полупроводниковым кристаллом. За счет взаимодействия таких излученных частиц с атомом решетки, он может быть удален из структурной решетки, и возникает дефект кристаллической решетки. Свободный атом, если он обладает достаточной переданной энергией соударения, может выбивать последующие атомы или мигрировать в междоузлие. Образуется так называемый комплекс вакансии кристаллической решетки (дырки) - атома междоузлия.

Существенным влиянием воздействующего излучения является генерация дефектов кристаллической решетки, которые генерируют дополнительные энергетические состояния внутри запрещенной зоны и тем самым центры рекомбинации. Эти эффекты возникают ускоренным образом в полупроводниковых микроструктурах с повышенным уровнем сложности, например в микроконтроллерах, микропроцессорах, специализированных интегральных схемах (ASIC) или программируемых пользователем вентильных матрицах (FPGA). Резисторы, конденсаторы, однако, почти не затрагиваются.

По этой причине предпочтительно используются надежные дискретные полупроводниковые элементы, такие как транзисторы или диоды, чтобы учитывать ускоренное вырождение электрических параметров в схеме, тем более что наиболее радиационно-стойкие, более старые интегральные полупроводниковые компоненты, такие как микросхемы, логические элементы и т.д., которые имеют конструктивные размеры более 1 мкм, ввиду достигнутой высокой степени миниатюризации почти недоступны на рынке полупроводников.

Благодаря использованию дискретных полупроводниковых компонентов, может, таким образом, быть реализован минимальный срок службы, например 3 года, согласно соответствующим требованиям, как, например, таковые на атомной электростанции. Таким требованием может быть то, что пожарный сигнализатор должен выдерживать дозу радиации или дозу энергии 0,25 Гр в течение 3 лет. При этом единицей Гр (Грей=100 рад) обозначается единица СИ для поглощенной дозы D энергии. При этом отнесенная к времени поглощенная доза энергии обозначается как мощность дозы или мощность дозы облучения.

Подробное описание влияния радиоактивного излучения на электронные полупроводниковые компоненты, в частности, связанного с этим накопленного по времени или временного повреждения таких полупроводниковых компонентов содержится в диссертации "Деградация компонентов под действием радиоактивного излучения и ее последствия для проектирования радиационно-стойких электронных схем", Детлеф Брумби (Detlef Brumbi), факультет электротехники Рурского Университета, Бохум, 1990.

В публикации JPL D-33339, Jet Propulsion Laboratory (JPL) Калифорнийского технологического института (CIT), Пасадена, Калифорния, США, от 6 июня 2009, под названием "Метод испытаний на эффекты повреждений при повышенной мощности дозы облучения (ELDRS) в интегральных схемах для космической планетарной миссии", в аспекте запланированной миссии европейского орбитального модуля для полета к Юпитеру (JEO) посредством двухэтапного ускоренного способа испытаний испытывались различные интегральные схемы, такие как регуляторы напряжения, операционные усилители и компараторы, выполненные по биполярной технологии и BiCMOS-технологии, на их чувствительность к облучению. Для ускорения испытания по сравнению с ожидаемыми во время миссии реальными мощностями дозы облучения применялись повышенные мощности дозы облучения. Реальное испытание с ожидаемой для всей миссии накопленной мощностью дозы облучения до 1000 крад (Si), напротив, потребовало бы слишком много времени и поэтому было бы непрактичным. В предложенном ELDRS-испытании интегральные схемы сначала облучались при низкой мощности дозы максимум 10 мрад (Si)/с и вплоть до мощности дозы облучения от 30 до 50 крад. Затем интегральные схемы облучались с мощностью дозы 40 мрад (Si) до достижения требуемой полной мощности дозы облучения.

В приложении 1 к публикации также раскрывается, что во время испытаний по облучению, наряду с увеличением мощности дозы, также температура микросхемы может быть увеличена, чтобы компенсировать обусловленное этим увеличение скорости образования индуцированных вакансий (дырок) из-за термически обусловленного повышения противоположно направленной скорости рекомбинации. Также раскрыто, что, когда температура микросхемы слишком высока ("Если температура слишком высока, то может привести к отжигу дефекта, как показано на втором рисунке для Motorola LM324"), как показано в примере со ссылкой на фиг. 10 и 11 при 135°С, собственно устанавливаемое повреждение микросхемы из-за "эффекта отжига" нежелательным образом вновь пропадает.

На основании вышеупомянутого уровня техники задачей настоящего изобретения является создать интегральную схему с увеличенным сроком службы для (соответствующей определению) работы в области с ионизирующим излучением.

Также задачей настоящего изобретения является создать усовершенствованный аварийный сигнализатор для использования в (соответствующей определению) области с ионизирующим излучением.

Наконец, задачей настоящего изобретения является создать особенно простой способ, который позволяет определить информацию о повреждении интегральной схемы, которая подвергается воздействию приложенного ионизирующего излучения.

Эти задачи решены предметами независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные формы выполнения предложенного изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с изобретением интегральная схема содержит по меньшей мере часть схемы регулирования температуры для регулируемого повышения температуры схемы до заданного, по существу, постоянного значения рабочей температуры. Для этого электрическая потребляемая мощность схемы увеличивается на регулируемую электрическую дополнительную мощность. Схема также имеет возможность вывода информации о повреждении интегральной схемы из-за ионизирующего излучения, воздействующего на нее, причем информация о повреждении определяется из зависимого от дозы излучения снижения регулируемой электрической дополнительной мощности.

Под "зависимым от дозы излучения снижением регулируемой электрической дополнительной мощности" понимается снижение регулируемой электрической дополнительной мощности, зависимое от поглощенной дозы облучения интегральной схемы. Поглощенная доза облучения также обозначается сокращением TID ("полная доза облучения" или "полная ионизирующая доза"). Физической единицей для этого является "рад" или "Гр" (Грей=100 рад). Вместо технического термина “доза облучения” можно использовать термин "доза энергии".

Причиной для зависимого от дозы излучения снижения регулируемой электрической дополнительной мощности является зависимое от дозы увеличение мощности потерь тока утечки в интегральной схеме.

Изобретение основано на том, что с увеличением зависимой от дозы излучения или дозы энергии мощности потерь тока утечки, который нагревает, в свою очередь, интегральную схему, требуемая для нагрева интегральной схемы до заданной рабочей температуры регулируемая дополнительная мощность или дополнительная мощность нагрева может быть уменьшена соответственно. Это увеличение мощности потерь тока утечки или соответственно уменьшение требуемой дополнительной мощности является тогда мерой зависимого от дозы облучения повреждения интегральной схемы.

Снижение регулируемой электрической дополнительной мощности является, таким образом, долгосрочным трендом, который устанавливается при прочих неизменных, существенно подобных внешних краевых условиях, такие как равная температура окружающей среды и равная электрическая мощность потерь интегральной схемы, за вычетом регулируемой электрической дополнительной мощности для дополнительного нагрева интегральной схемы. То есть это чисто электрическая мощность потерь, которую требует интегральная схема для использования по назначению, как, например, в режиме контроля регистрируемых и обрабатываемых параметров возгорания в сигнализаторе дыма.

Посредством установленной информации о повреждении может предпочтительным образом определяться конец срока службы или оставшееся время работы для интегральной схемы. Информация о повреждении может быть, например, степенью повреждения, например процентным значением или числовым значением. В случае процентного значения значение 0% обозначает новое состояние, а значение 100% указывают на состояние отказа интегральной схемы. Значение 0% может, например, соответствовать значению мощности потерь тока утечки в новом состоянии, а значение 100% - значению мощности потерь тока утечки при отказе интегральной схемы. Промежуточные значения в процентах могут выводиться из отношения текущего значения мощности потерь тока утечки к разности между значением мощности потерь тока утечки в неисправном состоянии относительно значения мощности потерь тока утечки в новом состоянии. Значения мощности потерь тока утечки могут также быть установлены путем измерений в рамках типового или модельного испытания конкретной интегральной схемы, эмпирически или на основе компьютерной имитационной модели.

Информация о повреждении может также быть сообщением о повреждении, которое выводится как сигнал, как текст, как слово данных или как бинарная информация, такая как “без повреждений/повреждено”.

Еще одним преимуществом является то, что можно отказаться от датчика излучения для регистрации ионизирующего излучения.

Увеличение мощности потерь тока утечки может быть определено, например, через встроенные в интегральную схему датчики измерения тока. Предпочтительным образом определение осуществляется путем оценки времени включения и выключения для подключения внутренних для чипа функциональных модулей, которые не обязательно или не всегда необходимы для надлежащей работы интегральной схемы. Функциональный модуль может быть, например, аналого-цифровым (A/D) преобразователем или цифро-аналоговым (D/A) преобразователем, который не требуется, однако генерирует мощность тепловых потерь после включения. Если, например, с течением времени работы интегральной схемы в ионизирующей среде, уменьшается отношение времени включения к времени выключения в качестве управляющего параметра для регулирования нагрева интегральной схемы, то это снижение коррелируется с увеличением вызванного облучением повреждения интегральной схемы.

Вывод информации о повреждении может, например, электрически выводиться через по меньшей мере один соединительный вывод интегральной схемы, как аналоговое значение напряжения; например, в цифровой кодированной форме через несколько соединительных выводов или как последовательно передаваемая последовательность битов данных через соединительные выводы. В качестве альтернативы, она может также выдаваться оптическим способом, например, посредством встроенных в интегральную схему светоизлучающих диодов или беспроводным способом с помощью встроенного в интегральную схему радиоинтерфейса.

Согласно форме выполнения заданное, по существу, постоянное значение рабочей температуры находится в диапазоне от 70°C до максимального, специфицированного изготовителем интегральной схемы значения рабочей температуры. При этом интегральная схема разработана специально для расширенного температурного диапазона или для диапазона высоких температур. Максимальное специфицированное значение рабочей температуры соответствует, например, 90, 100, 110 или 120°С. Но оно также может соответствовать еще более высоким значениям температуры, например 150°С.

В соответствии с другой формой выполнения схема имеет полупроводниковый чип и корпус чипа. На полупроводниковом чипе, который также упоминается как подложка, применен по меньшей мере один электрический нагревательный элемент для нагревания интегральной схемы. Альтернативно или дополнительно по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может быть применен в корпусе чипа. Электрический нагревательный элемент предпочтительно представляет собой управляемый полупроводниковый компонент, например регулируемый по мощности потерь биполярный транзистор или FET, или омическое сопротивление, такое как SMD-резистор. Несколько подобных резисторов могут быть нанесены распределенным образом по площади на полупроводниковом чипе или в корпусе чипа.

В соответствии с предпочтительной формой выполнения интегральная схема имеет полупроводниковый чип, на котором интегрирован датчик температуры, в частности в рn-диод, для определения температуры схемы. Датчик температуры является частью схемы регулирования температуры. Это позволяет точно и быстро регистрировать температуру внутри чипа. Внешнее соединение интегральной схемы не требуется.

Интегральная схема представляет собой, в частности, изготовленный по CMOS-технологии микроконтроллер, микропроцессор, FPGA или ASIC.

В соответствии с другой формой выполнения схема представляет собой схему с процессорной поддержкой. По меньшей мере часть схемы регулирования температуры реализована в виде компьютерной программы, которая выполняется на интегральной схеме с процессорной поддержкой. Это обеспечивает простой способ реализации регулирования температуры.

Предпочтительным образом, схема с процессорной поддержкой включает в себя аналого-цифровой преобразователь для регистрации выданного датчиком температуры, коррелированного с температурой схемы электрического измеренного параметра. Соответствующее цифровое значение обрабатывается затем схемой с процессорной поддержкой для регулирования температуры. Измеренный параметр может представлять собой, например, измеренное напряжение, приложенное к датчику температуры, или измеренный ток, протекающий через датчик температуры, которое (который) увеличивается с увеличением температуры или, альтернативно, уменьшается.

Предпочтительно интегральная схема с процессорной поддержкой является микроконтроллером. Выполняемая для регулирования температуры на микроконтроллере компьютерная программа имеет соответствующие программные этапы и/или управляет подходящей программой управления мощностью потерь, чтобы управлять внутренними функциональными модулями микроконтроллера или подключать их по времени таким образом, что может устанавливаться требуемая электрическая потребляемая мощность для регулирования температуры микроконтроллера до значения рабочей температуры. Функциональные модули включают в себя, например, таймеры, память, тактовый генератор, аппаратные умножители, DMA (прямой доступ к памяти), сторожевой таймер, последовательные интерфейсы, компараторы, DAC (цифроаналоговые преобразователи), ADC (аналого-цифровые преобразователи), а также аналоговые или цифровые выходы.

Аналоговые или цифровые выходы могут, например, быть соединены с внешним омическим сопротивлением, например с SMD-резистором, который в смысле согласования по мощности выбирается таким образом, что внутрь чипа вводится максимальная мощность потерь в форме тепла. Регулируемая дополнительная мощность может также повышаться, например, из-за действий копирования памяти или выполнений математических функций в смысле увеличения загрузки COU или процессорной загрузки. Альтернативно или дополнительно может повышаться тактовая частота процессора или микроконтроллера.

Кроме того, предпочтительно управление и/или подключение внутренних функциональных модулей через программу регулирования температуры осуществляется таким образом, что возникающее на полупроводниковом чипе тепло потерь распространяется по площади по возможности равномерно.

Для этого термическое местное воздействие соответствующего подключенного функционального модуля на интегральной схеме может быть определено посредством тепловизионной камеры. Тогда измерительными средствами могут быть определены место и возникающая там мощность потерь для каждого функционального модуля. С помощью соответствующего наложенного управления функциональными модулями, таким образом, для требуемого в данный момент значения мощности для регулируемой электрической дополнительной мощности может создаваться профиль подключения и отключения для функциональных модулей. Эти профили могут быть затем отображены в виде соответствующих программных этапов в программе регулирования температуры.

Согласно одной форме выполнения программа регулирования температуры имеет подходящие программные этапы, чтобы определять регулируемую электрическую дополнительную мощность, необходимую для регулирования температуры интегральной схемы до значения рабочей температуры. Она также имеет программные этапы, чтобы определять и выдавать информацию о повреждении интегральной схемы из увеличения мощности потерь тока утечки или из соответствующего уменьшения электрической дополнительной мощности. Альтернативно или дополнительно программа регулирования температуры имеет программные этапы для вывода предупредительного сообщения, если мощность потерь тока утечки превышает заданное максимальное значение, или если требуемая дополнительная мощность падает ниже заданного минимального значения.

Согласно особенно предпочтительной форме выполнения интегральная схема дополнительно инкапсулирована теплоизолирующим образом. Теплоизоляция может быть, например, реализована в виде капсулы, изготовленной из изолирующего материала, в котором размещаются интегральная схема и, при необходимости, дополнительные электрические компоненты. Если интегральная схема применяется на подложке схемы, то теплоизоляция может быть реализована в чашеобразной форме из изолирующего материала, которая окружает интегральную схему со стороны монтажа электронных компонентов. В качестве изоляционных материалов для предусмотренного диапазона рабочих температур предусматриваются термостойкие пластики, такие как полиуретан в форме пластин жесткого пенопласта. Они также могут быть вспененными эластомерами, которые основаны на неопрен-каучуке, на EPDM (этилен-пропилен-диен-каучук) или аналогичных каучукоподобных основных материалах. Кроме того, они могут состоять из вспененного стекла. Вышеуказанные материалы должны быть стабильными до выбранной максимальной рабочей температуры.

Альтернативно или дополнительно теплоизоляция может быть вакуумной изоляцией по принципу термоса. В этом случае интегральная схема может размещаться в по существу вакуумированной капсуле, например, из металла. Капсула может быть сконструирована с двойными стенками, причем область между двойной стенкой, по существу, вакуумирована или заполнена теплоизолирующим газом, таким как инертный газ. Электрические проводники тогда выводятся из этой капсулы соответственно газонепроницаемым образом.

Задача настоящего изобретения также решается аварийным сигнализатором, особенно пожарным сигнализатором, который содержит по меньшей мере один детекторный блок для обнаружения по меньшей мере одного параметра опасности, а также электрические компоненты и по меньшей мере одну соответствующую изобретению интегральную схему с температурным регулированием. Интегральная схема выполнена с возможностью по меньшей мере дальнейшей обработки соответствующего обнаруженного параметра опасности, вывода предупредительного сигнала и вывода информации о повреждении для по меньшей мере одной интегральной схемы из-за воздействующего ионизирующего излучения.

Аварийный сигнализатор также может быть сконфигурирован как линейный сигнализатор дыма. Такой сигнализатор содержит блок сигнализатора дыма и при необходимости по меньшей мере один блок отклонения света. Блок сигнализатора дыма содержит детекторный блок, который, в свою очередь, включает в себя передатчик света для излучения пересекающего измерительный участок светового луча и приемник света для приема излученного светового пучка на конце измерительного участка, чтобы детектировать по меньшей мере один параметр опасности. По меньшей мере один блок отклонения предусмотрен для отклонения светового пучка, излученного передатчиком света. Линейный сигнализатор дыма имеет электрические компоненты и по меньшей мере одну соответствующую изобретению интегральную схему с регулируемой температурой. Последняя выполнена с возможностью по меньшей мере дальнейшей обработки соответствующего обнаруженного параметра опасности, вывода предупредительного сигнала и вывода информации о повреждении для по меньшей мере одной интегральной схемы из-за воздействующего ионизирующего излучения.

В соответствии с одной формой выполнения предупредительная сигнализация может выдаваться посредством по меньшей мере одной интегральной схемы на центральный пульт аварийной сигнализации, связанный сигнально-технически и информационно-технически с аварийным сигнализатором, если соответствующая мощность потерь тока утечки превышает заданное максимальное значение или если соответствующая электрическая дополнительная мощность спадает ниже заданного минимального значения.

Наконец, задача настоящего изобретения решается способом, соответствующим интегральной схеме, соответствующей изобретению, который предусмотрен для определения информации о повреждении интегральной схемы посредством воздействующего на нее ионизирующего излучения. При этом температура схемы повышается путем регулирования до заданного, по существу постоянного значения рабочей температуры, чтобы по меньшей мере частично компенсировать повышенную электрическую дырочную проводимость, индуцированную в полупроводниковом чипе интегральной схемы посредством ионизирующего излучения, путем скорости рекомбинации дырок, возрастающей с увеличением температуры схемы. Для повышения температуры схемы электрическая потребляемая мощность интегральной схемы увеличивается на регулируемую электрическую дополнительную мощность. Информация о повреждении интегральной схемы определяется из увеличения зависимой от дозы облучения мощности потерь тока утечки в схеме или из соответствующего уменьшения требуемой электрической дополнительной мощности и затем выводится.

Изобретение, а также предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут пояснены на примере со ссылками на следующие чертежи, на которых показано следующее:

Фиг. 1 - пример установки аварийной сигнализации с центральным пунктом сигнализации с тремя подключенными, соответственно, через двухпроводную линию к центральному пункту сигнализации аварийными сигнализаторами в ядерной (радиационной) зоне,

Фиг. 2 - пример другой установки аварийной сигнализации с центральным пунктом сигнализации и тремя подключенными через общую двухпроводную линию к центральному пункту сигнализации адресуемыми аварийными сигнализаторами в радиационной зоне,

Фиг. 3 - график примерного повышения зависимой от дозы облучения мощности потерь тока утечки в интегральной схеме, а также выводимой отсюда степени повреждения интегральной схемы в соответствии с изобретением,

Фиг. 4 - пример контура регулирования температуры для регулирования температуры интегральной схемы с выводом определенной вычислениями информации о повреждении интегральной схемы, а также предупредительного сообщения в соответствии с изобретением,

Фиг. 5 - функциональное представление примера для контура регулирования температуры, интегрированного в микроконтроллере как интегральной схеме, а также с программой регулирования температуры для регулирования электрической потребляемой мощности, а также для определения и выдачи информации о повреждении микроконтроллера в соответствии с изобретением,

Фиг. 6 - комбинированный сигнализатор дымовых газов/тепла в качестве примера аварийного сигнализатора с соответствующим изобретению микроконтроллером,

Фиг. 7 - оптический сигнализатор дыма в качестве примера аварийного сигнализатора с инкапсулированным термоизолированным образом микроконтроллером в соответствии с изобретением, и

Фиг.8 - пример аварийного сигнализатора, выполненного как линейный сигнализатор дыма в соответствии с изобретением с блоком отклонения и блоком сигнализатора дыма с соответствующим изобретению микроконтроллером.

На фиг. 1 показан пример установки 100 аварийной сигнализации с центральным пунктом 2 сигнализации с тремя подключенными соответственно через известную двухпроводную линию к центральному пункту 2 сигнализации аварийными сигнализаторами 1 в радиационной зоне NUC.

Радиационная зона NUC обозначена тремя символами для радиоактивного излучения, то есть ионизирующего излучения. Показанные аварийные сигнализаторы 1 могут быть, например, оптическими сигнализаторами дыма, которые имеют оптический детекторный блок, основанный на принципе рассеяния для обнаружения частиц дыма. В общем, детекторный блок предназначен для детектирования по меньшей мере одного характерного признака (параметра) опасности или характерного признака пожара. Аварийный сигнализатор может, альтернативно, в качестве сигнализатора тепла иметь температурный детекторный блок, например датчик температуры, для обнаружения возгорания. Кроме того, он в качестве сигнализатора дымового газа может иметь датчик газа для обнаружения типичных для возгорания дымовых газов. Поскольку аварийные сигнализаторы распределены по точкам в контролируемой области, они также могут называться точечными сигнализаторами.

Кроме того, центральный пункт 2 сигнализации размещен вне радиационной зоны NUC. В том случае, если по меньшей мере преимущественно подключены только пожарные сигнализаторы 1 и сигнализаторы 1 дыма, он может называться центральным пунктом пожарной сигнализации. Поскольку центральный пункт 2 сигнализации, как правило, не предназначен для использования в радиационной зоне NUC, как правило, он включает в себя только подходящие промышленные полупроводниковые компоненты. С помощью SIG обозначен выдаваемый соответствующим подключенным аварийным сигнализатором 1 сигнал SIG сигнализатора или детектора, который указывает состояние аварийного сигнализатора. Сигнал SIG сигнализатора детектора может быть, например, первым или вторым уровнем тревоги, сигналом готовности к работе, сообщением о неисправности или кодированным уровнем детектора. Обычно возможные состояния такого сигнала SIG сигнализатора известным способом посредством модуляции тока передаются от подключенного аварийного сигнализатора 1 к центральному пункту 2 сигнализации. Соответствующий сигнал SIG сигнализатора, в конечном счете, регистрируется центральным пунктом 2 сигнализации, который затем при необходимости выдает сообщение сигнализации, например, в пожарную часть.

На фиг. 2 показан пример другой установки 100 аварийной сигнализации с центральным пунктом 2 сигнализации и тремя подключенными через общую двухпроводную линию к центральному пункту 2 сигнализации адресуемыми аварийными сигнализаторами 1 в радиационной зоне NUC.

С помощью ADR1-ADR3 обозначены соответствующие адреса выбора, которые в показанных аварийных сигнализаторах 1 предпочтительно устанавливаются вручную. С помощью ADR обозначен адрес сигнализатора, выданный от центрального пункта 2 сигнализации. Если он совпадает с одним из адресов ADR1 - ADR3 выбора, то соответствующий аварийный сигнализатор адресуется. С помощью SIG вновь обозначен сигнал сигнализатора, выдаваемый адресованным аварийным сигнализатором 1 как реакция последовавшей действительной адресации.

Предпочтительным образом, электропитание аварийных сигнализаторов 1 как на фиг.1, так и на фиг.2 осуществляется с помощью дополнительно не обозначенных двухпроводных линий через центральный пункт 2 сигнализации. Двухпроводная линия может также упоминаться как шина сигнализатора.

На фиг. 3 показан график примерного повышения зависимой от дозы облучения или зависимой от дозы энергии мощности PL потерь тока утечки в интегральной схеме, а также выводимой отсюда информации DEG о повреждении интегральной схемы в форме степени повреждения в соответствии с изобретением. С помощью PV обозначена общая электрическая потребляемая мощность интегральной схемы, которая в качестве примера предполагается постоянной. При усредненном рассмотрении это также имеет место, например, в случае сигнализаторов дыма. С помощью t0 обозначен момент времени, с которого схема подвергается воздействию постоянного ионизирующего излучения, такого как радиоактивное излучение в радиационной зоне с постоянной, в качестве примера, мощностью дозы облучения. Момент времени t0, таким образом, также может обозначаться как начальный момент времени приложения излучения. С помощью tE обозначается момент времени ожидаемого конца срока службы, то есть момент времени технического отказа интегральной схемы, с помощью Р0 и РЕ - соответственно связанное значение электрической дополнительной мощности, и с помощью PMIN - минимальное значение мощности для вывода предупредительного сообщения в момент времени tW, что следует ожидать скорого технического отказа интегральной схемы. В этом примере минимальное значение мощности РMIN соответствует степени повреждения примерно 90%.

Как показывает фиг.3, мощность PL потерь тока утечки возрастает из-за повреждающего действия ионизирующего излучения во времени. В противоположность этому уменьшается регулируемая электрическая дополнительная мощность PН, которая необходима для поддержания заданного значения рабочей температуры интегральной схемы. В данном примере для степени DEG повреждения установлено возрастающее по времени процентное значение, причем значение 0% указывает на новое состояние или состояние электрической схемы до воздействия ионизирующего излучения. Значением 100% обозначается конец срока службы интегральной схемы.

Показанную на фиг. 3 линейно увеличивающуюся мощность PL потерь тока утечки можно понимать только в качестве примера. Фактическая характеристика может быть определена, например, путем измерения, эмпирически или с использованием имитационной модели с компьютерной поддержкой.

На фиг. 4 показан пример контура регулирования температуры для регулирования температуры Т интегральной схемы с выводом определенной вычислениями информации DEG о повреждении интегральной схемы, а также предупредительного сообщения WARN в соответствии с изобретением.

Контур регулирования температуры имеет здесь датчик 21 температуры для регистрации фактического значения TI температуры, блок 22 сравнения или формирователь разности для сравнения зарегистрированного фактического значения TI температуры с заранее определенным заданным значением TS температуры, регулятор 23, на который подается определенное разностное значение Δ в качестве отклонения ошибки, и, наконец, последующий исполнительный элемент 24 для установки электрической дополнительной мощности PН так, что интегральная схема имеет электрическую потребляемую мощность PL, которая достаточна, чтобы поддерживать заданное значение TS рабочей температуры, в частности, полупроводникового чипа S внутри интегральной схемы. Полупроводниковый чип S соединен с помощью так называемых соединительных проводников с соединительными контактами интегральной схемы, которые выведены из корпуса чипа. При этом отдаваемая вовне полупроводниковым чипом S через корпус чипа тепловая мощность по существу соответствует электрической потребляемой мощности PL, т.е. (полной) электрической мощности потерь, которая в конечном итоге внутри чипа преобразуется в тепло.

Ссылочной позицией 25 обозначен первый функциональный блок, в котором из определенной мощности PL потерь тока утечки или из определенной требуемой дополнительной мощности PН определяется и выводится текущее значение для степени повреждения в виде информации DEG о повреждении. Ссылочной позицией 26 обозначен второй функциональный блок, в котором текущая определенная дополнительная мощность РН сравнивается с минимальным значением мощности РMIN. Затем выдается предупредительное сообщение WARN, чтобы сообщить о приближающемся отказе интегральной схемы.

На фиг. 5 показано функциональное представление примера для контура регулирования температуры, интегрированного в микроконтроллере как интегральной схеме 51 с процессорной поддержкой, а также с программой TC-REG регулирования температуры для регулирования электрической потребляемой мощности PV, а также для определения и вывода информации DEG о повреждении микроконтроллера 51 в соответствии с изобретением.

В общем, показанная интегральная схема 51 предназначена для работы в области с ионизирующим излучением и содержит по меньшей мере часть схемы регулирования температуры для регулируемого повышения температуры T схемы до заданного, по существу, постоянного значения рабочей температуры. Для этого электрическая потребляемая мощность РV схемы 51 увеличивается на регулируемую электрическую дополнительную мощность. Она также имеет возможность вывода информации DEG о повреждении интегральной схемы 51 из-за ионизирующего излучения, действующего на нее, причем собственно информация DEG о повреждении может быть определена из увеличения зависимой от дозы облучения мощности PL потерь тока утечки в схеме 51 или из соответствующего уменьшения дополнительной мощности PН.

В данном примере с помощью IN, OUT обозначены известные как таковые сигнальные входы и сигнальные выходы. В соответствии с изобретением по меньшей мере часть контура регулирования температуры реализована в виде исполняемой на микроконтроллере 51 компьютерной программы ТС-PRG. Исполняемая на микроконтроллере компьютерная программа TC-PRG для регулирования температуры включает в себя в соответствии с изобретением соответствующие программные этапы, и/или она управляет соответствующей программой PV-PRG управления мощностью потерь, чтобы дополнительно не показанными функциональными модулями, такими как таймеры, память, тактовый генератор, аппаратные умножители, DMA, сторожевой таймер, последовательные интерфейсы, компараторы, DAC, а также аналоговыми или цифровыми выходами управлять или подключать во времени таким образом, что может устанавливаться требуемая электрическая потребляемая мощность РV для регулирования температуры микроконтроллера 51 на значение TS рабочей температуры.

В примере, показанном на фиг. 5, с помощью М-PRG обозначена основная программа, которая выполняется для выполнения собственно функции микроконтроллера 51, например, для управления и регулирования устройства или системы, или - как в случае сигнализатора возгорания - для управления, регистрации измеренных значений и оценки связанного с этим детекторного блока, а также для вывода соответствующего сообщения о тревоге через подключенную шину сигнализатора.

Кроме того, схема с процессорной поддержкой имеет аналого-цифровой преобразователь 27 для регистрации выданного датчиком 21 температуры, коррелированного с температурой Т схемы электрического измеряемого параметра. Соответствующее цифровое значение дополнительно обрабатывается схемой 51 с процессорной поддержкой для регулирования температуры. С помощью TI обозначено фактическое значение TI температуры как коррелированный электрический измеренный параметр.

При этом фактическое значение TI температуры выдается интегрированным в микроконтроллере 41 датчиком 21 температуры в форме pn-диода как электрический параметр, как, например, измеренное напряжение. Как показано пунктирными линиями на фиг.5, также части контура регулирования температуры могут располагаться вне микроконтроллера 51, как здесь внешний датчик 21 температуры. Внешний датчик 21 температуры расположен, в качестве примера, вне микроконтроллера 51, но внутри теплоизоляции 7, которая окружает микроконтроллер 51. Ссылочной позицией TI' обозначено соответствующее дополнительное фактическое значение температуры. Кроме того, может быть предусмотрен датчик 25 температуры окружающей среды для регистрации температуры окружающей среды вне теплоизоляции 7, которая дополнительно регистрируется микроконтроллером 51 и учитывается при регулировании температуры.

На фиг. 6 показан комбинированный сигнализатор дымовых газов/тепла в качестве примера аварийного сигнализатора 1 с соответствующим изобретению микроконтроллером 51.

В верхней части чертежа показан цоколь 11 сигнализатора, на котором может разъемно закрепляться собственно аварийный сигнализатор 1. Цоколь 11 сигнализатора типично предусмотрен для упрощенного монтажа аварийного сигнализатора 1. Он, как правило, монтируется на расстоянии от других цоколей 11 сигнализаторов на потолке контролируемой зоны. В то же время цоколь 11 сигнализатора служит для подключения к шине сигнализатора, проложенной в линейной форме или в звездообразной форме, или для подключения к соответствующей двухпроводной линии, как показано на фиг. 1 и фиг. 2. Линейная шина сигнализатора при этом проходит от одного цоколя 11 сигнализатора к следующему цоколю 11 сигнализатора, причем соответствующие проводники двухпроводной линии электрически контактируют и подводятся к соответствующему контакту 14 сигнализатора, например, в форме гнезда. Контакт 14 сигнализатора для контактирования с соответствующим ответным контактом 15, например, в форме штекерного контакта в закрепленном состоянии аварийного сигнализатора 1 предусмотрен на цоколе 11 сигнализатора. Разумеется, цоколь 11 сигнализатора также может быть неотъемлемой частью самого аварийного сигнализатора 1.

В нижней части фиг. 6 можно видеть вид в разрезе соответствующего изобретению аварийного сигнализатора 1. Ссылочной позицией 12 обозначен основной корпус, и ссылочной позицией 13 - крышка корпуса 12, 13 сигнализатора. В крышке 13 имеются отверстия OF, через которые может проходить обнаруживаемый дым, обнаруживаемые дымовые газы и/или обнаруживаемый нагретый воздух в соответствующий расположенный внутри детекторный блок 3.

В этом примере речь идет о комбинированном сигнализаторе 1 дымовых газов/тепла 1 с детекторным блоком 31 дымовых газов и детекторным блоком 32 температуры в форме температурно-зависимого резистора. Ссылочной позицией 9 обозначен чувствительный к конкретным дымовым газам датчик газа, такой как газовый-FET. Соответствующие детекторные сигналы, как правило, оцениваются с помощью электронного блока оценки, например, с помощью микроконтроллера. Последний генерирует на этой основе ассоциированный статус детектора, который, в конечном счете, выдается в шину сигнализатора, например, как тревожная сигнализация.

В соответствии с изобретением аварийный сигнализатор 1 имеет электрические компоненты 6 и по меньшей мере одну соответствующую изобретению регулируемую по температуре интегральную схему 51 по меньшей мере для дальнейшей обработки соответствующего детектированного параметра опасности, для вывода сигнала сигнализатора и вывода информации о повреждении для по меньшей мере одной интегральной схемы 51 из-за воздействующего ионизирующего излучения. Интегральная схема 51 представляет собой в данном примере изготовленный по CMOS- технологии микроконтроллер. В качестве альтернативы он может быть микропроцессором, FPGA или ASIC.

Предопределенное, по существу, постоянное значение рабочей температуры находится в диапазоне от 70°С до максимального, специфицированного изготовителем микроконтроллера 51 значения рабочей температуры. Микроконтроллер 52, в частности, предназначен для расширенного температурного диапазона или для высокотемпературного диапазона, как, например, для военных применений.

Микроконтроллер 51 и другие электрические компоненты 5, 6 расположены на подложке 4 схемы, например, на печатной плате. Кроме того, показанные компоненты 5, 6 термически изолированы от обоих детекторных блоков 3. Ссылочной позицией 5 обозначены другие, типично нерадиационно-стойкие полупроводниковые компоненты. Ссылочной позицией 6 обозначены типично радиационно-стойкие электрические компоненты. Последние включают в себя, например, пассивные компоненты, такие как резисторы, катушки или конденсаторы, или электронные компоненты, такие как полупроводниковые диоды или транзисторы с полупроводниковыми структурами в мкм-диапазоне.

Термоизоляция реализуется в настоящем примере посредством пространственного разделения друг от друга. Кроме того, может иметься перегородка (не показана), выполненная или размещенная в основном корпусе 12 или на крышке 13, которая термически отделяет оба детекторных блока 3 от печатной платы 4 с компонентами 5, 6.

В настоящем примере компоненты 5, 6 с помощью имеющей форму купола теплоизолирующей чашеобразной оболочки 71 термически изолированы от окружающей среды. Тем самым пространство, необходимое для нагревания нерадиационно-стойких полупроводниковых компонентов 5, 51, сокращается до закрытой внутренней части теплоизолирующей чашеобразной оболочки 71.

Посредством теплоизолирующей инкапсуляции или термического разделения также предотвращается то, что обнаруживаемый дым термически отводится и больше не попадает через впускные отверстия OF к обоим детекторным блокам 31, 32.

Еще одним преимуществом является то, что посредством теплоизоляции 7 минимизируется потребление тока через шину сигнализатора, требуемое для нагрева. Достижение и поддержание заданного значения рабочей температуры размещенных в теплоизоляции 7 компонентов 5, 6, 51 достигается посредством соответствующего изобретению микроконтроллера 51 тем, что требуемая для этого мощность нагрева предоставляется посредством регулируемой электрической дополнительной мощности. При этом за счет теплоизоляции 7 также достигается то, что посредством термических эффектов компенсации внутри теплоизоляции 7 все компоненты 5, 6, 51 имеют по существу одинаковое значение рабочей температуры. В этом смысле соответствующий изобретению микроконтроллер 51 берет на себя также нагревание и поддержание рабочей температуры для других компонентов 5, 6.

Фиг. 7 показывает оптический сигнализатор 1 дыма в качестве примера аварийного сигнализатора с инкапсулированным термоизолированным образом микроконтроллером 51 в соответствии с изобретением. По сравнению с предыдущим случаем теплоизоляция 7 составляется из теплоизолирующей чашеобразной оболочки 71 и противолежащей теплоизолирующей пластины 72, отделенной только посредством подложки 4 схемы. За счет этого степень теплоизоляции от окружающей среды увеличивается по сравнению с предыдущим вариантом осуществления. Ссылочной позицией 3 здесь обозначается оптический детекторный блок, который имеет дополнительно не описанную оптическую измерительную камеру, основанную на принципе рассеянного света.

Фиг.8 показывает пример линейного аварийного сигнализатора, выполненного как сигнализатор дыма в соответствии с изобретением, с блоком 204 отклонения и блоком 210 сигнализатора дыма с соответствующим изобретению микроконтроллером 51.

В настоящем примере выполненный в виде модульного блока блок 210 сигнализатора дыма и блок 204 отклонения расположены противоположно друг другу. В соответствии с изобретением блок 210 сигнализатора дыма имеет детекторный блок 203 для детектирования по меньшей мере одного характерного признака (параметра) опасности. Последнее, как правило, представляет собой минимальную плотность дыма или минимальную плотность частиц дыма. Детекторный блок 203 включает в себя передатчик 201 света для излучения пересекающего измерительный участок светового луча LS и смежно расположенный приемник 202 света для приема излученного светового луча LS на конце измерительного участка. Передатчик 201 света предпочтительно передает сильно сфокусированный инфракрасный свет, например, с помощью ИК-лазера или ИК-светоизлучающего диода. Приемник 202 света чувствителен к принимаемому свету. Он, например, представляет собой ИК-фотодиод или ИК-фототранзистор. Блок 204 отклонения в данном случае представляет собой поворотную призму. В качестве альтернативы он может быть зеркалом или так называемым ретро-рефлектором в смысле “кошачьего глаза” (световозвращателя). При этом блок 204 отклонения предусмотрен для отклонения светового луча LS, излученного передатчиком 201 света, обратно в приемник 202 света.

В данном примере световой луч LS составляется из прямого луча HS и отраженного луча RS, которые проходят примерно антипараллельно друг к другу. При этом измерительный участок, пройденный световым лучом LS, составляется из длины прямого луча HS и длины обратного луча RS, то есть удвоенного расстояния между блоком 210 сигнализатора дыма и блоком 204 отклонения. В соответствии с изобретением электрический линейный сигнализатор дыма имеет компоненты 6 и по меньшей мере одну соответствующую изобретению интегральную схему 51 с регулируемой температурой по меньшей мере для дальнейшей обработки соответствующего обнаруженного параметра опасности для выдачи сигнала SIG сигнализатора и выдачи информации DEG о повреждении для по меньшей мере одной интегральной схемы 51 из-за воздействующего ионизирующего излучения.

В результате по сравнению с уровнем техники обеспечивается возможность более длительного использования линейного сигнализатора 200 дыма в области с повышенным приложением радиоактивного излучения, например, в так называемой запретной зоне NUC ядерного реактора в атомной электростанции.

В качестве альтернативы (на чертежах не показано) передатчик света и приемник света могут быть расположены пространственно отдельно друг от друга. В этом случае не требуется блок отклонения. В месте показанного блока отклонения тогда расположен передатчик света, ориентированный на противолежащий приемник света. В этом случае расстояние между передатчиком света и приемником света одновременно соответствует измерительному участку.

Надписи на чертежах

1 аварийный сигнализатор, пожарный сигнализатор, линейный сигнализатор дыма

2 центральный пункт сигнализации, центральный пункт аварийной сигнализации, панель управления

3 детекторный блок, противопожарный детекторный блок, оптическая измерительная камера

4 подложка схемы, печатная плата

5 полупроводниковый компонент

6 другой электрический компонент

7 теплоизоляция, термический изолирующий блок

9 датчик газа, газовый-FET

11 цоколь сигнализатора, соединительная плата

12 основной корпус

13 крышка корпуса, колпак корпуса

14 вывод на стороне цоколя

15 вывод на стороне сигнализатора

21 датчик температуры, pn-диод

22 блок сравнения, формирователь разности, блок вычитания

23 регулятор

24 исполнительный элемент

25 первый блок вычисления

26 второй блок вычисления

27 аналого-цифровой преобразователь

28 датчик температуры окружающей среды

31 датчик газа - детекторный блок

32 тепловой детекторный блок, NTC

51 микроконтроллер

71 теплоизолирующая чашеобразная оболочка

72 теплоизолирующая пластина

100 установки аварийной сигнализации, установка пожарной сигнализации

200 линейный детектор дыма (LRM)

201 передатчик света, лазер, лазерный диод

202 приемник света, фотодиод

203 детекторный блок

204 блок отклонения, рефлектор, ретро-рефлектор

210 блок сигнализатора дыма

ADR адрес сигнализатора

ADR1-ADR3 адрес выбора

DEG информация о повреждении, степень повреждения

HS прямой луч

IN входы

LS световой луч

M-PRG основная программа

NUC область повышенной радиоактивности, ядерная (радиационная) зона

OF отверстие корпуса

OUT выходы

P0 значение дополнительной мощности в начальный момент времени

PE значение дополнительной мощности в конечный момент времени

PH регулируемая электрическая дополнительная мощность

PL мощность потерь тока утечки

PMIN минимальное значение мощности

PV-PRG программа управления мощностью потерь

PV электрическая потребляемая мощность, электрическая мощность потерь

RS обратный луч

S полупроводниковый чип, кристалл

SIG сигнал сигнализатора, тревожная сигнализация, статус детектора

T рабочая температура

TI, TI' фактическое значение температуры

TS заданное значение температуры

TU температура окружающей среды

t0 начальный момент времени приложения излучения

tE конечный момент времени приложения излучения

tW минимальное значение мощности

TC-PRG программа регулирования температуры

1. Интегральная схема для работы в области (NUC) с ионизирующим излучением, с по меньшей мере частью схемы регулирования температуры для регулируемого повышения температуры (Т) схемы до заданного, по существу, постоянного значения (TS) рабочей температуры, при этом электрическая потребляемая мощность (PV) схемы увеличивается на регулируемую электрическую дополнительную мощность (PН), и с возможностью вывода информации (DEG) о повреждении интегральной схемы из-за ионизирующего излучения, воздействующего на нее, причем информация (DEG) о повреждении определяется из снижения регулируемой электрической дополнительной мощности (PН), зависимого от дозы излучения.

2. Интегральная схема по п. 1, причем заданное, по существу, постоянное значение (TS) рабочей температуры находится в диапазоне от 70°C до максимального, специфицированного изготовителем интегральной схемы значения рабочей температуры, при этом интегральная схема разработана особенно для расширенного температурного диапазона или для высокотемпературного диапазона.

3. Интегральная схема по п. 1 или 2, причем схема имеет полупроводниковый чип (S) и корпус чипа, и причем на полупроводниковом чипе (S) и/или в корпусе чипа применен по меньшей мере один электрический нагревательный элемент для нагревания интегральной схемы.

4. Интегральная схема по п. 1 или 2, причем интегральная схема имеет полупроводниковый чип (S), причем на полупроводниковом чипе (S) интегрирован датчик (21) температуры, в частности рn-диод, для регистрации температуры (Т) схемы, и причем датчик (21) температуры является частью схемы регулирования температуры.

5. Интегральная схема по п. 1 или 2, причем интегральная схема представляет собой, в частности, изготовленный по CMOS-технологии микроконтроллер, микропроцессор, FPGA или ASIC.

6. Интегральная схема по п. 5, причем схема представляет собой схему с процессорной поддержкой, и причем по меньшей мере часть схемы регулирования температуры реализована в виде компьютерной программы (TC-PRG), которая выполняется на интегральной схеме с процессорной поддержкой.

7. Интегральная схема по п. 6, причем схема с процессорной поддержкой включает в себя аналого-цифровой преобразователь (27) для регистрации выданного датчиком (21) температуры, коррелированного с температурой (Т) схемы электрического измеренного параметра, и причем соответствующее цифровое значение обрабатывается затем схемой с процессорной поддержкой для регулирования температуры.

8. Интегральная схема по п. 6 или 7, причем интегральная схема с процессорной поддержкой является микроконтроллером, причем выполняемая для регулирования температуры на микроконтроллере компьютерная программа (TC-PRG) имеет соответствующие программные этапы и/или управляет соответствующей программой (PV-PRG) управления мощностью потерь для управления внутренними функциональными модулями микроконтроллера, такими как таймеры, память, тактовый генератор, аппаратные умножители, DMA, сторожевой таймер, последовательные интерфейсы, компараторы, DAC, а также аналоговыми или цифровыми выходами или подключать их по времени таким образом, что может устанавливаться требуемая электрическая потребляемая мощность (PV) для регулирования температуры микроконтроллера до значения (TS) рабочей температуры.

9. Интегральная схема по п. 8, причем управление и/или подключение внутренних функциональных модулей через программу (TC-PRG) регулирования температуры осуществляется таким образом, что возникающее на полупроводниковом чипе (S) тепло потерь распространяется по площади по возможности равномерно.

10. Интегральная схема по любому из пп. 6, 7 или 9, причем программа (TC-PRG) регулирования температуры имеет соответствующие программные этапы,
- для определения регулируемой электрической дополнительной мощности (PН), необходимой для регулирования температуры
интегральной схемы до значения (TS) рабочей температуры, и
- для определения и вывода информации (DEG) о повреждении интегральной схемы из снижения электрической дополнительной мощности (PН), и/или
- для вывода предупредительного сообщения (WARN), если требуемая дополнительная мощность (PН) спадает ниже заданного минимального значения (PMIN).

11. Интегральная схема по п. 1 или 2, которая дополнительно инкапсулирована теплоизолирующим образом.

12. Аварийный сигнализатор, в частности пожарный сигнализатор, для работы в области (NUC) с ионизирующим излучением, причем аварийный сигнализатор содержит:
- по меньшей мере один детекторный блок (3, 203) для детектирования по меньшей мере одного параметра опасности и
- электрические компоненты (6) и по меньшей мере одну интегральную схему (51) с температурным регулированием по любому из предыдущих пунктов по меньшей мере для дальнейшей обработки соответствующего обнаруженного параметра опасности, для вывода предупредительного сигнала (SIG) и для вывода информации (DEG) о повреждении по меньшей мере одной интегральной схемы (51) из-за воздействующего ионизирующего излучения.

13. Аварийный сигнализатор (1), выполненный как линейный сигнализатор (200) дыма, по п. 12, содержащий блок (210) сигнализатора дыма и при необходимости по меньшей мере один блок (204) отклонения света, причем блок (210) сигнализатора дыма содержит детекторный блок (203) с передатчиком (201) света для испускания пересекающего измерительный участок светового луча (LS) и приемник (202) света для приема излученного светового луча (TS) на конце измерительного участка, чтобы детектировать по меньшей мере один параметр опасности, причем по меньшей мере один блок (204) отклонения предусмотрен для отклонения светового луча (LS), излученного передатчиком (201) света, обратно к приемнику (202) света, и причем линейный сигнализатор (200) дыма имеет электрические компоненты (6) и по меньшей мере одну интегральную схему (51) с регулируемой температурой по любому из предыдущих пп. 1-12 по меньшей мере для дальнейшей обработки соответствующего обнаруженного параметра опасности, для вывода предупредительного сигнала (SIG) для и вывода информации (DEG) о повреждении для по меньшей мере одной интегральной схемы (51) из-за воздействующего ионизирующего излучения.

14. Аварийный сигнализатор по п. 12 или 13, причем предупредительная сигнализация (WARN) о по меньшей мере одной интегральной схеме (51) может выдаваться на центральный пульт аварийной сигнализации, связанный сигнально-технически и информационно-технически с аварийным сигнализатором, если соответствующая электрическая дополнительная мощность (PН) спадает ниже заданного минимального значения (PMIN).

15. Способ для определения информации (DEG) о повреждении интегральной схемы (51) из-за воздействующего на нее ионизирующего излучения,
- при этом температуру (Т) интегральной схемы цепи регулируемым образом повышают до заданного, по существу постоянного значения (TS) рабочей температуры, для по меньшей мере частичной компенсации индуцированной в полупроводниковом чипе (S) интегральной схемы (51) посредством ионизирующего излучения повышенной электрической дырочной проводимости посредством скорости рекомбинации дырок, возрастающей с увеличением температуры (T) схемы,
- при этом для повышения температуры (Т) схемы электрическую потребляемую мощность (PV) интегральной схемы увеличивают на регулируемую электрическую дополнительную мощность (PН), и
- при этом информацию (DEG) о повреждении интегральной схемы (51) определяют из снижения требуемой электрической дополнительной мощности (PН) и затем выводят.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам обнаружения вторжений в замкнутом пространстве. Технический результат - снижение вероятности ложного срабатывания при функционировании системы в соответствии со своим назначением.

Изобретение относится к способам дистанционного охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения средств обнаружения (СО) с протяженной обрывной линейной частью (ПОЛЧ) на местности, пересеченной сетью дорог (троп), диапазон скоростей движения нарушителя по которым известен.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для исключения утечки и разрушения информации в информационных телекоммуникационных системах. Технический результат изобретения выражается в расширении классов обнаруживаемых несанкционированных воздействий.
Наверх