专利名称：一种空间通用存储器单粒子效应监测系统的制作方法
技术领域：
本发明的一种空间通用存储器单粒子效应监测系统，属于空间辐射效应与加固技术领域。
背景技术：
众所皆知，空间辐射环境诱发的单粒子效应是影响航天器存储系统性能的重要因素之一，直接影响航天器在轨效能发挥及安全性能。随着航天技术的不断发展，大量高性能、低功耗的存储器应用于航天器，在航天器的数据存储、在轨管理等方面发挥着重要作用。同时由于航天器长寿命、高可靠性以及低成本需求的不断显现，其对存储器件在空间的应用需求越来越广泛。但是随着半导体工艺技术的不断发展，一方面可用于空间的存储器种类繁多；另一方面器件的集成度越来越高，其特征尺寸不断减小，这些变化都使得器件对单粒子效应更加敏感，因此，需要对电子器件的单粒子效应进行评价，以满足航天器工程发展的需求。同时，由于器件的工作温度会影响器件的单粒子效应敏感性，对存储器性能的发挥也会带来一定的影响，这对电子器件的单粒子效应评价提出了更高的需求。目前，在进行存储器单粒子效应的地面评价时，都依据存储器的类型研制不同的监测系统，这样重复研制监测系统一方面浪费资源，增加了研制成本；另一方面也影响了型号任务的研制进度。因此，为了有效节约资源、降低成本，提高存储器件的地面利用率和测试效率，便捷、高效地开展不同类型存储器的单粒子效应评价，提出了 一种基于虚拟仪器技术的通用的单粒子效应监测系统，可实现在实验室模拟源辐照条件下获取空间通用存储器的单粒子效应特征参数，为被测器件的空间应用提供重要的技术支撑。
发明内容
本发明针对空间用不同类型存储器的单粒子效应问题，设计了一种空间通用存储器单粒子效应监测系统，能够针对不同种类的存储器设计不同的软件监测模块，利用虚拟仪器的通道重定义功能扩展不同类型存储器的通用性，可以便捷地实现对不同类型存储器单粒子效应试验的评价，以满足航天器型号任务研制的需求。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的一种空间通用存储器单粒子效应监测系统，包括上位机、嵌入式控制器、可编程直流电源、数据采集模块、高速数字波形产生器及分析仪、温度采集模块、译码器A和译码器B、16个继电器、针接口和测试板；上位机与嵌入式控制器相连，嵌入式控制器分别于高速数字波形产生器及分析仪、数据采集模块、可编程直流电源、温度采集模块相连，数据采集模块分别与译码器A和译码器B相连，针接口分别与高速数字波形产生器及分析仪、译码器A和测试板相连，16个继电器分别与译码器B、可编程直流电源以及测试板相连，温度采集模块的输出端与测试板相连；其工作方式如下系统上电，被测器件进入正常工作状态，上位机设定试验初始化参数，在嵌入式控制器的指令控制下，系统进行初始化操作；上位机通过嵌入式控制器对高速数字波形发生器及分析仪中通道进行重新定义，选取试验方案规定的能量或线性能量传输LET值以及注入率，并确定测试位置点；对测试板上的测试芯片进行辐照试验，第一路为在嵌入式控制器的控制指令下译码器B控制继电器的开关状态，并利用16个继电器完成对测试板上的测试芯片供电电源的监控，并将监控结果通过译码器B传给数据采集模块，数据采集模块通过嵌入式控制器将相关数据传给上位机，第二路为利用译码器A得到16个测试板插座的片选信号后，传给数据采集模块，再通过嵌入式控制器给上位机，第三路为温度采集模块实时采集测试板上的测试芯片运行时的工作温度，并将其采集结果通过嵌入式控制器给上位机，通过获取器件工作温度与对器件单粒子效应的影响，以表征温度对单粒子效应特征参数的相互关系；上位机根据设定的阈值和第一路传来的信号，判断功耗电流是否超过判断值，判断是否发生了单粒子锁定(SEL)，如果是，则记录数据，再结合第二路传来的片选信号，如果没有收到任何片选信号，说明系统死机，被测芯片发生了不可恢复的失效，试验结束；如果收到了第二路传来的片选信号，说明系统没有死机，则系统复位；如果没有发生单粒子锁定(SEL)，则进一步判断是否发生单粒子翻转(SEU)，由高速数字波形发生器及分析仪读取被测芯片的数据，并与上位机中的初始值进行比对，若比对结果不一致，则认为发生了单粒子翻转现象，接着统计错误个数、错误地址，并判断记录的错误数是否达到规定值，如果达到规定值，则试验结束，并将结果上位机以字符形式显示，如果没有达到规定值，则检查器件所需的注入量是否达到要求，如果没有达到要求，则重新确定测试位置点，如果达到要求，则观察是否满足试验规定的能量要求，如果是，则试验结束，如果不是则选取下一组数据点，并重新确定测试位置点。其中所述的系统复位采用如下方法当发生SEL时，系统根据初始设置的试验要求及芯片的抗辐照性能选择采用降压方式还是延时方式来再读一次芯片内的数据；在检测单粒子锁定的过程中，若采用断电重启的方式进行系统复位，为了减小对单粒子翻转的统计误差，对于非易失性存储器要记录当前的采样点，待系统恢复后再进行回读；而对于易失性存储器在断电之前先回读一次，以减少系统对翻转单元的漏读。其中所述的两个译码器和数据采集模块共用一个接地端和一个电源，数据采集模块的输出端共有5个通道，每个译码器有4个输入端，两个译码器的8个输入端共用数据采集模块的4个通道，而数据采集模块的第5个通道与译码器A的片选信号相连，以此实现对两个译码器的共同选择控制。 其中所述的两个译码器都是4/16的译码器，其中译码器A产生16个片选信号，通过针接口分别连接到16个测试板插座的片选信号上，译码器B产生的16个片选信号与16个继电器对应连接，以实现存储器件电源的通断与否。本发明的有益效果本发明提出的一种空间通用存储器单粒子效应监测系统，能够在实验室模拟源辐照条件下快速高效地开展不同类型存储器的单粒子效应评价，获取空间通用存储器件单粒子效应特征参数。该监测系统一方面扩展了空间用存储器单粒子效应监测的通用性，可有效降低成本，节约人力、物力；另一方面可有效提高存储器件的地面利用率和测试效率，缩短试验评价周期，能够便捷、高效地实现对被试器件抗单粒子事件能力的预估，以满足航天器型号任务研制的需求。
图1是空间通用存储器单粒子效应监测功能示意图；图2是空间通用存储器单粒子效应监测系统的结构原理图；图3是虚拟仪器通道和管脚的对应连接关系。
具体实施例方式下面对本发明的技术方案作进一步详细介绍。如图1所示，本发明单粒子效应试验过程中，监测系统的工作过程如下步骤一系统上电，被测器件进入正常工作状态，上位机设定试验初始化参数，在嵌入式控制器的指令控制下，系统进行初始化操作；上位机通过嵌入式控制器对高速数字波形发生器/分析仪中的32个通道进行重新定义，并为测试芯片提供信号；被测器件初始化。在写指令下，在通用存储器的存储单元中存储OOH或者FFH，然后读取存储单元的数值并进行比对，若与初始值一致，则说明存储器(被测芯片)没有坏块，进行步骤二，否则证明存在坏块，标注这些坏块，并将其存储地址上传至上位机进行标注，进行步骤二。步骤二 选取试验方案规定的能量或LET值(线性能量传输值)以及注入率，并确定测试位置点。步骤三对测试板上的测试芯片(存储器)用模拟源进行辐照试验，同时用该监测系统对其进行监控，第一路在嵌入式控制器的控制指令下译码器B用以控制继电器的开关状态，并利用16个继电器完成对测试板上的测试芯片供电电源的自动监控，进而将监控结果，通过译码器B传给数据采集模块，数据采集模块通过嵌入式控制器将相关数据传给上位机，第二路是利用译码器A得到16个测试板插座的片选信号后，传给数据采集模块，再通过嵌入式控制器给上位机；第三路是温度采集模块实时采集被测测试芯片运行时的工作温度，并将其采集结果通过嵌入式控制器给上位机，通过获取器件工作温度与对器件单粒子效应的影响，以表征温度对单粒子效应特征参数的相互关系。步骤四上位机根据设定的阈值和第一路传来的信号，来判断功耗电流是否超过判断值，来判断是否发生了单粒子锁定(SEL)，如果是，则记录数据，再结合第二路传来的片选信号，如果没有收到任何片选信号，说明系统死机，被测芯片发生了不可恢复的失效，试验结束；如果收到了第二路传来的片选信号，说明系统没有死机，则系统复位，重新进行步骤三。具体系统复位如下当发生SEL时，系统会根据初始设置的试验要求及芯片的抗辐照性能选择采用降压方式还是延时方式来再读一次芯片内的数据。但在检测单粒子锁定的过程中，若采用断电重启的方式进行系统复位，为了减小对单粒子翻转的统计误差，对于非易失性存储器要记录当前的采样点，待系统恢复后再进行回读；而对于易失性存储器在断电之前先回读一次，以减少系统对翻转单元的漏读。步骤五如果在步骤四种没有发生(SEL)(单粒子锁定)，则进一步判断是否发生SEU (单粒子翻转)，由高速数字波形发生器/分析仪读取被测芯片的数据，并与上位机中的初始值进行比对，若比对结果不一致，则认为发生了 SEU (单粒子翻转)现象，再接着统计错误个数、错误地址，并判断记录的错误数是否达到规定值，如果达到规定值，则试验结束，并将结果上位机以字符形式显示。如果没有达到规定值，则需要检查器件所需的注入量是否达到要求，如果没有达到要求，则返回步骤二，如果达到要求，则观察是否满足试验规定的能量要求，如果是，则试验结束，如果不是则选取下一组数据点，并返回步骤二。如图2所示，本发明的监测系统，包括上位机、嵌入式控制器、可编程直流电源、数据采集模块、高速数字波形产生器及分析仪、温度采集模块、译码器A和译码器B、16个继电器、针接口和测试板；上位机与嵌入式控制器相连，嵌入式控制器分别于高速数字波形产生器及分析仪、数据采集模块、可编程直流电源、温度采集模块相连，数据采集模块分别与译码器A和译码器B相连，针接口分别与高速数字波形产生器及分析仪、译码器A和测试板相连，16个继电器分别与译码器B、可编程直流电源以及测试板相连，温度采集模块的输出端与测试板相连。如图3所示，为了进一步提高所述监测系统的通用性，对现有的RAM、Flash、EEPROM存储器(被测芯片)管脚分布对应逻辑关系分析如下I)对于RAM来说，若各种存储器的管脚采用底对齐的方式，不同容量存储器的管脚位置可以统一对应，即管脚中的控制信号均在同一位置，这样就可通过底对齐来实现控制信号的归一处理。当出现管脚封装不同时，可利用管脚插座转接板实现对齐管脚功能的转接。2)对于Flash来说，若管脚数一致，则地址线管脚、数据线管脚、电源线管脚、片选信号管脚、写允许管脚和输出允许管脚均在同一位置上。若管脚数不一致，可利用波形发生器的重定义功能来解决。3)对于EEPROM来说，除数据线和控制线以外的管脚，大多数都是空的，且控制线的管脚位置也大多数都是相同的；对于其中少数的管脚，可利用波形发生器的重定义功能实现硬件的兼容支持。上述的对应关系使得在兼容性软件设计时，如果采用存储器管脚底对齐的方式就可以实现管脚的重配置，提高系统软硬件的兼容性。在利用波形发生器的通道重定义功能时，将存储器的管脚与波形发生器的32个通道的对应关系设计如图3所示。基于以上设计思想，我们在设计测试板时，在同一板上分别设计数目不同的管脚插座，为了实现存储器单粒子翻转监测的通用性，同时减少插拔过程中对测试芯片的损伤和提高插座的使用寿命，采用宽口紧缩型DIP插座，对于非DIP封装的存储器可采用转接插座、转接板来转换成DIP封装。在软件设计上，由于不同类型的存储器，其读写操作稍有差异，如Flash存储器，以“页”为单位写入数据，以“块”为单位擦除数据。因此，针对不同类型的存储器设计了不同的软件监测模块，软件操作时首先判断存储器类型，然后调用相应的软件监测模块进行数据监测。具体说明如下I)对于RAM来说，RAM的初始化采用段、块字符列表的形式给出初始化段，从而使得测试单元更加灵活的设置，这样可以实现针对页内几个连续或不连续的地址段进行初始化，同时读取的数据段也以字符列表的形式给出。2)对于Flash来说，一次写入整页数据，而在擦除时以“块”为单位进行，因此，对于Flash的初始化以页字符列表的形式给出，同时读取的数据也以页的形式显示。3)对于EEPROM来说，EEPROM存储器的数据写入与读取较为灵活，可以段、页、块的方式写入数据，但在读取时，以整页进行，这样可有效提高数据读取的速度。
权利要求
1.一种空间通用存储器单粒子效应监测系统，其特征在于包括上位机、嵌入式控制器、可编程直流电源、数据采集模块、高速数字波形产生器及分析仪、温度采集模块、译码器 A和译码器B、16个继电器、针接口和测试板；上位机与嵌入式控制器相连，嵌入式控制器分别于高速数字波形产生器及分析仪、数据采集模块、可编程直流电源、温度采集模块相连， 数据采集模块分别与译码器A和译码器B相连，针接口分别与高速数字波形产生器及分析仪、译码器A和测试板相连，16个继电器分别与译码器B、可编程直流电源以及测试板相连， 温度采集模块的输出端与测试板相连；其工作方式如下系统上电，被测器件进入正常工作状态，上位机设定试验初始化参数，在嵌入式控制器的指令控制下，系统进行初始化操作；上位机通过嵌入式控制器对高速数字波形发生器及分析仪中通道进行重新定义，选取试验方案规定的能量或线性能量传输 LET值以及注入率，并确定测试位置点；对测试板上的测试芯片进行辐照试验，第一路为在嵌入式控制器的控制指令下译码器B控制继电器的开关状态，并利用16个继电器完成对测试板上的测试芯片供电电源的监控，并将监控结果通过译码器B传给数据采集模块，数据采集模块通过嵌入式控制器将相关数据传给上位机，第二路为利用译码器A得到16个测试板插座的片选信号后，传给数据采集模块，再通过嵌入式控制器给上位机，第三路为温度采集模块实时采集测试板上的测试芯片运行时的工作温度，并将其采集结果通过嵌入式控制器给上位机，通过获取器件工作温度与对器件单粒子效应的影响，以表征温度对单粒子效应特征参数的相互关系；上位机根据设定的阈值和第一路传来的信号，判断功耗电流是否超过判断值，判断是否发生了单粒子锁定(SEL),如果是，则记录数据，再结合第二路传来的片选信号，如果没有收到任何片选信号，说明系统死机，被测芯片发生了不可恢复的失效， 试验结束；如果收到了第二路传来的片选信号，说明系统没有死机，则系统复位；如果没有发生单粒子锁定(SEL)，则进一步判断是否发生单粒子翻转(SEU)，由高速数字波形发生器及分析仪读取被测芯片的数据，并与上位机中的初始值进行比对，若比对结果不一致，则认为发生了单粒子翻转现象，接着统计错误个数、错误地址，并判断记录的错误数是否达到规定值，如果达到规定值，则试验结束，并将结果上位机以字符形式显示，如果没有达到规定值，则检查器件所需的注入量是否达到要求，如果没有达到要求，则重新确定测试位置点， 如果达到要求，则观察是否满足试验规定的能量要求，如果是，则试验结束，如果不是则选取下一组数据点，并重新确定测试位置点。
2.如权利要求1所述的一种空间通用存储器单粒子效应监测系统，其特征在于其中所述的系统复位采用如下方法当发生SEL时，系统根据初始设置的试验要求及芯片的抗辐照性能选择采用降压方式还是延时方式来再读一次芯片内的数据；在检测单粒子锁定的过程中，若采用断电重启的方式进行系统复位，为了减小对单粒子翻转的统计误差，对于非易失性存储器要记录当前的采样点，待系统恢复后再进行回读；而对于易失性存储器在断电之前先回读一次，以减少系统对翻转单元的漏读。
3.如权利要求1所述的一种空间通用存储器单粒子效应监测系统，其特征在于其中所述的两个译码器和数据采集模块共用一个接地端和一个电源，数据采集模块的输出端共有5个通道，每个译码器有4个输入端，两个译码器的8个输入端共用数据采集模块的4个通道，而数据采集模块的第5个通道与译码器A的片选信号相连，以此实现对两个译码器的共同选择控制。
4.如权利要求1或2或3所述的一种空间通用存储器单粒子效应监测系统，其特征在于其中所述的两个译码器都是4/16的译码器，其中译码器A产生16个片选信号，通过针接口分别连接到16个测试板插座的片选信号上，译码器B产生的16个片选信号与16个继电器对应连接，以实现存储器件电源的通断与否。
全文摘要
本发明针对空间用不同类型存储器的单粒子效应问题，设计了一种空间通用存储器单粒子效应监测系统，包括上位机、嵌入式控制器、可编程直流电源、数据采集模块、高速数字波形产生器及分析仪、温度采集模块、译码器A和译码器B、16个继电器、针接口和测试板；上位机与嵌入式控制器相连，嵌入式控制器分别于高速数字波形产生器及分析仪、数据采集模块、可编程直流电源、温度采集模块相连，数据采集模块分别与译码器A和译码器B相连，针接口分别与高速数字波形产生器及分析仪、译码器A和测试板相连，16个继电器分别与译码器B、可编程直流电源以及测试板相连，温度采集模块的输出端与测试板相连。
文档编号G05B19/418GK103019177SQ20121046451
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者安恒, 薛玉雄, 傅丹膺, 杨生胜, 陈罗婧, 袁春柱, 陈磊, 冯展祖, 把得东, 曹洲 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所, 航天东方红卫星有限公司