一种空间单粒子效应测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种空间单粒子效应测试方法，能够实现单粒子翻转、单粒子锁定、单粒子烧毁的实时测试和存储；能够全面表征单粒子效应，为航天器抗单粒子效应加固设计提供综合性的可靠依据；本发明中建立的集成化的空间单粒子效应测试系统，采用两个单粒子效应传感器即可测试三种单粒子效应，同时，两个传感器共用一套测试系统，实现了测试系统的集成化，同时也为实现测试系统的小型化奠定了基础。
【专利说明】一种空间单粒子效应测试方法

【技术领域】
[0001]本发明属于空间辐射效应及加固【技术领域】，具体设计一种空间单粒子效应测试方法。

【背景技术】
[0002]单个空间高能粒子撞击航天器电子系统，与电子器件相互作用会诱发单粒子效应。如单个高能粒子撞击存储器件的存储单元使得逻辑状态发生变化，引起单粒子翻转效应；单个高能粒子在CMOS器件中引发的单粒子锁定效应，能在极短的时间内对硬件造成永久性的破坏；单个高能粒子穿透功率MOSFET器件，在器件内部敏感节点产生大电流，从而诱发单粒子烧毁效应，如此等等，这些单粒子效应会影响航天器的在轨安全，严重的会引起航天器彻底损毁，因此，其备受航天器设计者的普遍关注。近年来随着半导体特征尺寸的不断减小，使得节点电容不断减小，并且电子器件的工作电压也在不断降低，导致电子器件发生单粒子效应更加敏感。
[0003]随着超大规模集成芯片以及超大规模专用电路在空间电子系统的广泛应用，单粒子效应引起的辐射危害已成为影响集成电路辐射环境下可靠性的重要因素之一。运行在空间环境中的航天器，会遭受多种单粒子效应的综合影响，严重危害航天器的在轨安全。现有的单粒子效应监测都是针对某一种效应进行单独监测，针对不同的单粒子效应都设计了不同的测试系统，如单粒子翻转测试系统或单粒子锁定测试系统等等，这种分立设计的测试系统可以实现不同类型单粒子效应的测试，但是重复性的设计，不仅增加了研制成本，而且通用性低。但是，随着航天技术的不断发展，设计研制小型化、集成化的新型有效载荷已成为主要的发展趋势。在航天器小型化载荷的发展趋势下，由于航天器自身重量、体积以及研制成本等因素的限制，这种分立的载荷设计已不能完全满足航天任务的工程需求。


【发明内容】

[0004]有鉴于此，本发明提供了一种空间单粒子效应测试方法，通过建立集成化的空间单粒子效应测试系统，可同时测试单粒子翻转、单粒子锁定和单粒子烧毁效应，为航天器的单粒子效应监测和辐射防护设计提供综合性的技术数据。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的:
[0006]一种空间单粒子效应测试方法，包括如下步骤:
[0007]步骤1、建立集成化的空间单粒子效应测试系统:
[0008]该系统包括单粒子软错误传感器、单粒子硬错误传感器、前端信号调理电路、逻辑状态监测电路、电流监测电路、锁定判定及防护电路、数据处理及控制模块以及上位机；所述单粒子软错误传感器分别与逻辑状态监测电路和电流监测电路相连；所述单粒子硬错误传感器与前端信号调理电路相连；所述前端信号调理电路与电流监测电路和数据处理及控制模块分别相连；所述电流监测电路、逻辑状态监测电路以及锁定判定及防护电路分别与数据处理及控制模块相连；所述锁定判定及防护电路与所述电流监测电路相连；所述数据处理及控制模块又与上位机相连；
[0009]所述单粒子软错误传感器为存储型芯片，接收辐照源的辐照；
[0010]所述单粒子硬错误传感器为功率MOSSET型芯片，接收辐照源的辐照；
[0011]步骤2、选择所要进行的单粒子效应测试:
[0012]当需要对单粒子烧毁效应进行测试时:
[0013](I)、对所述空间单粒子效应测试系统上电，并初始化参数；
[0014](2)、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子硬错误传感器进行辐照；
[0015](3)、所述前端信号调理电路接收所述单粒子硬错误传感器的工作电流信号并进行前期处理，包括:将工作电流与烧毁阈值进行比较，当出现工作电流大于烧毁阈值的情况时，判断产生单粒子烧毁效应，累计单粒子效应硬错误传感器发生的烧毁次数并记录此时的工作电流，将所述烧毁次数发给所述数据处理及控制模块，并对工作电流进行平滑滤波和降压处理，再将降压后工作电流发送给所述电流监测电路，执行步骤(4)；
[0016]若单粒子硬错误传感器工作电流没有超过烧毁阈值电流，执行步骤(5)；
[0017](4)、所述电流监测电路将单粒子硬错误传感器的工作电流送至数据处理及控制模块；所述数据处理及控制模块对单粒子硬错误传感器的工作电流进行数字化处理，然后将该工作电流以及烧毁次数上传至上位机；所述上位机对所述单粒子硬错误传感器工作电流以及烧毁次数进行存储和显示；然后对空间单粒子效应测试系统断电并更换单粒子效应硬错误传感器，返回执行步骤(3)；
[0018](5)、判断获得的烧毁次数和记录的工作电流是否满足试验要求，若不满足，调整辐照源发射的粒子能量后，返回执行步骤(3);若满足，则结束试验；
[0019]当需要对单粒子锁定效应和单粒子翻转效应进行测试时:
[0020]①、对所述空间单粒子效应测试系统上电，并初始化参数:
[0021]②、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子软错误传感器进行辐照；
[0022]③、所述电流监测电路实时监测单粒子软错误传感器的工作电流，并将该工作电流送至数据处理及控制模块和锁定判定及防护电路；
[0023]④、所述数据处理及控制模块接收单粒子软错误传感器的工作电流后对其进行数字化处理，并上传至上位机；
[0024]所述锁定判定及防护电路对单粒子软错误传感器的工作电流进行实时判定:
[0025]当该工作电流超过锁定阈值时，则判断发生单粒子锁定效应，累计单粒子效应软错误传感器的锁定次数，并将锁定次数和锁定命令发给所述数据处理及控制模块；所述数据处理及控制模块接收到锁定命令后，数据处理及控制模块控制电流监测电路泄放单粒子软错误传感器的工作电流，对单粒子软错误传感器进行降压；同时，将所述锁定次数上传给上位机；所述上位机对单粒子软错误传感器的工作电流以及锁定次数进行存储和显示；对所述空间单粒子效应测试系统断电并重启，返回步骤③，继续进行试验；
[0026]若单粒子效应软错误传感器工作电流没有超过锁定阈值，则执行步骤⑤；
[0027]⑤、所述逻辑状态监测电路实时监测单粒子软错误传感器的逻辑状态，若发生单粒子翻转，记录逻辑状态发生翻转的存储单元地址，之后将逻辑状态变化值以及逻辑状态发生翻转的存储单元地址送至数据处理及控制模块；数据处理及控制模块将逻辑状态变化值以及逻辑状态发生翻转的存储单元地址送至上传给上位机；若没有翻转单粒子翻转，则执行步骤⑥；所述上位机对接收到的单粒子软错误传感器的工作电流以及逻辑状态变化值和逻辑状态发生翻转的存储单元地址进行存储和显示；
[0028]⑥判断获得的锁定次数和记录的工作电流是否满足试验要求:若不满足，调整辐照源发射的粒子能量，然后返回执行步骤③；若满足，则结束试验。
[0029]本发明具有如下有益效果:
[0030]本发明提出了一种空间单粒子效应测试方法，能够实现单粒子翻转、单粒子锁定、单粒子烧毁的实时测试和存储；能够全面表征单粒子效应，为航天器抗单粒子效应加固设计提供综合性的可靠依据。
[0031]本发明中建立的集成化的空间单粒子效应测试系统，采用两个单粒子效应传感器即可测试三种单粒子效应，同时，两个传感器共用一套测试系统，实现了测试系统的集成化，同时也为实现测试系统的小型化奠定了基础。

【专利附图】

【附图说明】
[0032]图1为本发明的测试系统的原理图；
[0033]图2为本发明的单粒子烧毁效应测试流程图。
[0034]图3为本发明的单粒子翻转和单粒子锁定效应测试流程图。

【具体实施方式】
[0035]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0036]本发明的一种空间单粒子效应测试方法，包括如下步骤:
[0037]步骤1、建立集成化的空间单粒子效应测试系统，如图1所示:
[0038]该系统包括单粒子软错误传感器、单粒子硬错误传感器、前端信号调理电路、逻辑状态监测电路、电流监测电路、锁定判定及防护电路、数据处理及控制模块以及上位机；所述单粒子软错误传感器分别与逻辑状态监测电路和电流监测电路相连；所述单粒子硬错误传感器与前端信号调理电路相连；所述前端信号调理电路与电流监测电路和数据处理及控制模块分别相连；所述电流监测电路、逻辑状态监测电路以及锁定判定及防护电路分别与数据处理及控制模块相连；所述锁定判定及防护电路与所述电流监测电路相连；所述数据处理及控制模块又与上位机相连；
[0039]所述单粒子软错误传感器为存储型芯片，接收辐照源的辐照；
[0040]所述单粒子硬错误传感器为功率MOSSET型芯片，接收辐照源的辐照；
[0041]步骤2、选择所要进行的单粒子效应测试:
[0042]当需要对单粒子烧毁效应进行测试时，如图2所示:
[0043](I)、对所述空间单粒子效应测试系统上电，并初始化参数；
[0044](2)、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子硬错误传感器进行辐照；
[0045](3)、所述前端信号调理电路接收所述单粒子硬错误传感器的工作电流信号并进行前期处理，包括:将工作电流与烧毁阈值进行比较，当出现工作电流大于烧毁阈值的情况时，判断产生单粒子烧毁效应，累计单粒子效应硬错误传感器发生的烧毁次数并记录此时的工作电流，将所述烧毁次数发给所述数据处理及控制模块，并对工作电流进行平滑滤波和降压处理，再将降压后工作电流发送给所述电流监测电路，执行步骤(4)；
[0046]若单粒子硬错误传感器工作电流没有超过烧毁阈值电流，执行步骤(5)；
[0047](4)、所述电流监测电路将单粒子硬错误传感器的工作电流送至数据处理及控制模块；所述数据处理及控制模块对单粒子硬错误传感器的工作电流进行数字化处理，然后将该工作电流以及烧毁次数上传至上位机；所述上位机对所述单粒子硬错误传感器工作电流以及烧毁次数进行存储和显示；然后对空间单粒子效应测试系统断电并更换单粒子效应硬错误传感器，返回执行步骤(3)；
[0048](5)、判断获得的烧毁次数和记录的工作电流是否满足试验要求，若不满足，调整辐照源发射的粒子能量后，返回执行步骤(3);若满足，则结束试验；
[0049]当需要对单粒子锁定效应和单粒子翻转效应进行测试时，如图3所示:
[0050]①、对所述空间单粒子效应测试系统上电,并初始化参数:
[0051]②、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子软错误传感器进行辐照；
[0052]③、所述电流监测电路实时监测单粒子软错误传感器的工作电流，并将该工作电流送至数据处理及控制模块和锁定判定及防护电路；
[0053]④、所述数据处理及控制模块接收单粒子软错误传感器的工作电流后对其进行数字化处理，并上传至上位机；
[0054]所述锁定判定及防护电路对单粒子软错误传感器的工作电流进行实时判定:
[0055]当该工作电流超过锁定阈值时，则判断发生单粒子锁定效应，累计单粒子效应软错误传感器的锁定次数，并将锁定次数和锁定命令发给所述数据处理及控制模块；所述数据处理及控制模块接收到锁定命令后，数据处理及控制模块控制电流监测电路泄放单粒子软错误传感器的工作电流，对单粒子软错误传感器进行降压；同时，将所述锁定次数上传给上位机；所述上位机对单粒子软错误传感器的工作电流以及锁定次数进行存储和显示；对所述空间单粒子效应测试系统断电并重启，返回步骤③，继续进行试验；
[0056]若单粒子效应软错误传感器工作电流没有超过锁定阈值，则执行步骤⑤；
[0057]⑤、所述逻辑状态监测电路实时监测单粒子软错误传感器的逻辑状态，若发生单粒子翻转，记录逻辑状态发生翻转的存储单元地址，之后将逻辑状态变化值以及逻辑状态发生翻转的存储单元地址送至数据处理及控制模块；数据处理及控制模块将逻辑状态变化值以及逻辑状态发生翻转的存储单元地址送至上传给上位机；若没有翻转单粒子翻转，则执行步骤⑥；所述上位机对接收到的单粒子软错误传感器的工作电流以及逻辑状态变化值和逻辑状态发生翻转的存储单元地址进行存储和显示；
[0058]⑥判断获得的锁定次数和记录的工作电流是否满足试验要求:若不满足，调整辐照源发射的粒子能量，然后返回执行步骤③；若满足，则结束试验。
[0059]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种空间单粒子效应测试方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1、建立集成化的空间单粒子效应测试系统: 该系统包括单粒子软错误传感器、单粒子硬错误传感器、前端信号调理电路、逻辑状态监测电路、电流监测电路、锁定判定及防护电路、数据处理及控制模块以及上位机；所述单粒子软错误传感器分别与逻辑状态监测电路和电流监测电路相连；所述单粒子硬错误传感器与前端信号调理电路相连；所述前端信号调理电路与电流监测电路和数据处理及控制模块分别相连；所述电流监测电路、逻辑状态监测电路以及锁定判定及防护电路分别与数据处理及控制模块相连；所述锁定判定及防护电路与所述电流监测电路相连；所述数据处理及控制模块又与上位机相连； 所述单粒子软错误传感器为存储型芯片，接收辐照源的辐照； 所述单粒子硬错误传感器为功率MOSSET型芯片，接收辐照源的辐照； 步骤2、选择所要进行的单粒子效应测试: 当需要对单粒子烧毁效应进行测试时: (1)、对所述空间单粒子效应测试系统上电，并初始化参数； (2)、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子硬错误传感器进行辐照； (3)、所述前端信号调理电路接收所述单粒子硬错误传感器的工作电流信号并进行前期处理，包括:将工作电流与烧毁阈值进行比较，当出现工作电流大于烧毁阈值的情况时，判断产生单粒子烧毁效应，累计单粒子效应硬错误传感器发生的烧毁次数并记录此时的工作电流，将所述烧毁次数发给所述数据处理及控制模块，并对工作电流进行平滑滤波和降压处理，再将降压后工作电流发送给所述电流监测电路，执行步骤(4)； 若单粒子硬错误传感器工作电流没有超过烧毁阈值电流，执行步骤(5)； (4)、所述电流监测电路将单粒子硬错误传感器的工作电流送至数据处理及控制模块；所述数据处理及控制模块对单粒子硬错误传感器的工作电流进行数字化处理，然后将该工作电流以及烧毁次数上传至上位机；所述上位机对所述单粒子硬错误传感器工作电流以及烧毁次数进行存储和显示；然后对空间单粒子效应测试系统断电并更换单粒子效应硬错误传感器，返回执行步骤(3)； (5)、判断获得的烧毁次数和记录的工作电流是否满足试验要求，若不满足，调整辐照源发射的粒子能量后，返回执行步骤(3);若满足，则结束试验； 当需要对单粒子锁定效应和单粒子翻转效应进行测试时: ①、对所述空间单粒子效应测试系统上电，并初始化参数: ②、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子软错误传感器进行辐照； ③、所述电流监测电路实时监测单粒子软错误传感器的工作电流，并将该工作电流送至数据处理及控制模块和锁定判定及防护电路； ④、所述数据处理及控制模块接收单粒子软错误传感器的工作电流后对其进行数字化处理,并上传至上位机； 所述锁定判定及防护电路对单粒子软错误传感器的工作电流进行实时判定: 当该工作电流超过锁定阈值时，则判断发生单粒子锁定效应，累计单粒子效应软错误传感器的锁定次数，并将锁定次数和锁定命令发给所述数据处理及控制模块；所述数据处理及控制模块接收到锁定命令后，数据处理及控制模块控制电流监测电路泄放单粒子软错误传感器的工作电流，对单粒子软错误传感器进行降压；同时，将所述锁定次数上传给上位机；所述上位机对单粒子软错误传感器的工作电流以及锁定次数进行存储和显示；对所述空间单粒子效应测试系统断电并重启，返回步骤③，继续进行试验； 若单粒子效应软错误传感器工作电流没有超过锁定阈值，则执行步骤⑤； ⑤、所述逻辑状态监测电路实时监测单粒子软错误传感器的逻辑状态，若发生单粒子翻转，记录逻辑状态发生翻转的存储单元地址，之后将逻辑状态变化值以及逻辑状态发生翻转的存储单元地址送至数据处理及控制模块；数据处理及控制模块将逻辑状态变化值以及逻辑状态发生翻转的存储单元地址送至上传给上位机；若没有翻转单粒子翻转，则执行步骤⑥；所述上位机对接收到的单粒子软错误传感器的工作电流以及逻辑状态变化值和逻辑状态发生翻转的存储单元地址进行存储和显示； ⑥判断获得的锁定次数和记录的工作电流是否满足试验要求:若不满足，调整辐照源发射的粒子能量，然后返回执行步骤③；若满足，则结束试验。
【文档编号】G01R31/00GK104237685SQ201410451782
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】安恒, 杨生胜, 薛玉雄, 把得东, 马亚莉, 曹洲 申请人:兰州空间技术物理研究所