摘??要： 介紹了國內外對模數轉換器（ADC）抗輻射性能試驗測試技術的研究現狀以及相關結論。在此基礎上提出實時測量模數轉換器在輻射環境下工作的動態性能參數來表征器件抗輻射性能的研究思路，同時也提出了對現有模數轉換器輻射性能測試系統的改進建議。
關鍵詞： 模數轉換器; 抗輻射; 動態參數; 測試技術
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模數轉換器（ADC）作為模擬信號系統與數字處理系統之間的接口電路，在現代電子學領域占有越來越重要的地位。在輻射環境下工作的電子學系統中的ADC不僅需要良好的常規性能，還必須具有一定的抗輻射能力。由于模數轉換器是一個具有模擬輸入和數字輸出的混合器件，導致了其參數測量較一般的模擬器件或數字器件難度大很多，對其抗輻射性能的研究造成了困擾。目前，市售ADC的生產工藝主要有BiCMOS、BiMOS以及LC2MOS（Linear Compatible CMOS）等，并非單一的雙極型器件或CMOS器件，其輻射損傷機理也大大不同于一般的模擬器件和數字器件[1-4]，研究ADC的輻射敏感參數和這些參數的測量方法，是ADC抗輻射加固技術需要解決的關鍵技術。
1 ADC輻射敏感參數的選擇
20世紀80年代末、90年代初，國外開始對模數轉換器（ADC）展開抗輻射加固技術研究，在相關文獻中，可以查閱到國外進行過的與ADC相關的抗輻射加固研究內容。其中，對ADC的研究包括了從普通的低速、低精度到高速、高分辨率的12位、14位和16位ADC，如：Maxim 的MX7672、MX674A，Analog Devices 的AD7872和Crystal Semiconductor 的CS5061等，并對這些器件在低劑量率和高劑量率輻射下的抗輻射能力進行了對比分析[5-6]。
LEE C I等人的研究表明：(1)逐次逼近型ADC的參考電壓Vref，工作電流Icc、積分非線性(INL)和微分非線性(DNL)等參數對電離總劑量輻射很敏感，可用來表征其抗輻射性能；(2)不同生產批次的器件抗輻射性能存在差別；(3)低劑量率下器件抗輻射能力優于高劑量率條件下。圖1、圖2給出了ADC經受總劑量輻射后其性能變化情況[5-6]。
我國有中科院新疆物理化學研究所以及航天五院等單位開始著手對ADC的抗輻射性能進行研究。航天五院的研究表明：ADC574A受到總劑量為300 Gy(Si)的輻照后，轉換曲線發生偏移，曲線高端出現大量的錯碼，其微分非線性參數發生明顯的改變。圖3(a)、圖3(b)為器件受輻射前后微分非線性變化曲線[7]。
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對以上試驗結果進行總結，可以得到ADC的輻射易損部位和ADC的輻射敏感參數。ADC的各個內部電路在輻射環境下受影響的情況如表1[7]所示。
對于在輻射環境下工作的ADC電路，必須實時監測在輻射環境下工作的ADC動、靜態輻射敏感參數才能真正掌握模數轉換器的抗輻射能力。即選擇ADC的INL、DNL、信噪比（SNR）、參考電壓Vref、工作電流Icc和轉換曲線作為輻射性能表征參數，并對其在輻射環境下工作時進行實時測量,這是研究ADC抗輻射性能的有效方法。
2 ADC輻射效應參數動態測試方法及其改進
目前普遍采用的ADC動態測試方法有碼密度直方圖法、差頻測試法和譜分析FFT法[8-10]。
對于測量核輻射環境下的ADC動態參數測量系統，要求必須便于攜帶，且必須可以遠距離（≥40 m）控制、測試器件的動態性能。圖4為測試系統的硬件結構[7,11]。
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參考文獻中的ADC輻射性能動態參數的測試需要進行FFT等數字信號處理的運算，而采用DSP控制測試系統可以輕松地完成各種復雜的數字信號處理過程，并且DSP系統廣泛使用了JTAG硬件仿真，比單片機更易于硬件調試。因此可以將測試系統的硬件結構改進為圖5的形式。
系統分為三大部分：測試板、監控板和PC機監控平臺。其中，測試板上只有待測模數轉換器一個芯片，監控板由DSP系統組成，實現對ADC的控制以及轉換數據的讀取等功能。測試板和監控板間通過40 m長電纜連接，試驗時為確保ADC輸出的數字信號能夠被無失真地經40 m長電纜傳輸到監控板，在其數據輸出端增加一級驅動，該驅動裝置采用MOS工藝器件，具有較強的抗中子輻射能力，同時為確保增加的驅動裝置在γ射線輻射環境下不對ADC輻射效應造成干擾，可酌情增加屏蔽裝置。監控板直接連接到PC機，PC機完成對整個測試系統的控制以及相關數據處理工作。
試驗時，系統首先開機自檢，通過后給系統加電并送入輸入信號，系統開始工作，讀取轉換數據并在PC機上顯示，同時將轉換數據存盤，以便進行后期參數分析。其工作流程如圖6所示。
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系統測試參數有： (1)靜態工作電流Icc； (2)參考電壓Vref；(3)ADC輸出信噪比；(4)積分非線性INL；(5)微分非線性DNL。
利用該系統測試所得ADC輸出信噪比波形和ADC轉換波形及柱狀圖如圖7和圖8所示。
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由于該改進的輻射性能測試系統可以實現對ADC的輻射性能進行遠距離測控(≥40 m)，同時，又由于測試板端的驅動裝置是MOS器件，具有良好的抗中子輻射能力，當測試系統需要工作于電離輻射環境時，可以對該驅動裝置增加屏蔽裝置，確保了測試系統所測得的實驗數據不會被系統中其他器件的抗輻射性能干擾，可以用于測試各種輻射環境下ADC的抗輻射性能參數。
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