一種空間單粒子效應測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種空間單粒子效應測試方法，能夠實現單粒子翻轉、單粒子鎖定、單粒子燒毀的實時測試和存儲；能夠全面表征單粒子效應，為航天器抗單粒子效應加固設計提供綜合性的可靠依據；本發明中建立的集成化的空間單粒子效應測試系統，采用兩個單粒子效應傳感器即可測試三種單粒子效應，同時，兩個傳感器共用一套測試系統，實現了測試系統的集成化，同時也為實現測試系統的小型化奠定了基礎。
【專利說明】一種空間單粒子效應測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于空間輻射效應及加固【技術領域】，具體設計一種空間單粒子效應測試方法。
【背景技術】
[0002]單個空間高能粒子撞擊航天器電子系統，與電子器件相互作用會誘發單粒子效應。如單個高能粒子撞擊存儲器件的存儲單元使得邏輯狀態發生變化，引起單粒子翻轉效應；單個高能粒子在CMOS器件中引發的單粒子鎖定效應，能在極短的時間內對硬件造成永久性的破壞；單個高能粒子穿透功率MOSFET器件，在器件內部敏感節點產生大電流，從而誘發單粒子燒毀效應，如此等等，這些單粒子效應會影響航天器的在軌安全，嚴重的會引起航天器徹底損毀，因此，其備受航天器設計者的普遍關注。近年來隨著半導體特征尺寸的不斷減小，使得節點電容不斷減小，并且電子器件的工作電壓也在不斷降低，導致電子器件發生單粒子效應更加敏感。
[0003]隨著超大規模集成芯片以及超大規模專用電路在空間電子系統的廣泛應用，單粒子效應引起的輻射危害已成為影響集成電路輻射環境下可靠性的重要因素之一。運行在空間環境中的航天器，會遭受多種單粒子效應的綜合影響，嚴重危害航天器的在軌安全。現有的單粒子效應監測都是針對某一種效應進行單獨監測，針對不同的單粒子效應都設計了不同的測試系統，如單粒子翻轉測試系統或單粒子鎖定測試系統等等，這種分立設計的測試系統可以實現不同類型單粒子效應的測試，但是重復性的設計，不僅增加了研制成本，而且通用性低。但是，隨著航天技術的不斷發展，設計研制小型化、集成化的新型有效載荷已成為主要的發展趨勢。在航天器小型化載荷的發展趨勢下，由于航天器自身重量、體積以及研制成本等因素的限制，這種分立的載荷設計已不能完全滿足航天任務的工程需求。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提供了一種空間單粒子效應測試方法，通過建立集成化的空間單粒子效應測試系統，可同時測試單粒子翻轉、單粒子鎖定和單粒子燒毀效應，為航天器的單粒子效應監測和輻射防護設計提供綜合性的技術數據。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的:
[0006]一種空間單粒子效應測試方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1、建立集成化的空間單粒子效應測試系統:
[0008]該系統包括單粒子軟錯誤傳感器、單粒子硬錯誤傳感器、前端信號調理電路、邏輯狀態監測電路、電流監測電路、鎖定判定及防護電路、數據處理及控制模塊以及上位機；所述單粒子軟錯誤傳感器分別與邏輯狀態監測電路和電流監測電路相連；所述單粒子硬錯誤傳感器與前端信號調理電路相連；所述前端信號調理電路與電流監測電路和數據處理及控制模塊分別相連；所述電流監測電路、邏輯狀態監測電路以及鎖定判定及防護電路分別與數據處理及控制模塊相連；所述鎖定判定及防護電路與所述電流監測電路相連；所述數據處理及控制模塊又與上位機相連；
[0009]所述單粒子軟錯誤傳感器為存儲型芯片，接收輻照源的輻照；
[0010]所述單粒子硬錯誤傳感器為功率MOSSET型芯片，接收輻照源的輻照；
[0011]步驟2、選擇所要進行的單粒子效應測試:
[0012]當需要對單粒子燒毀效應進行測試時:
[0013](I)、對所述空間單粒子效應測試系統上電，并初始化參數；
[0014](2)、根據空間的輻照環境，選擇輻照源，并確定輻照源發射的粒子能量后對所述單粒子硬錯誤傳感器進行輻照；
[0015](3)、所述前端信號調理電路接收所述單粒子硬錯誤傳感器的工作電流信號并進行前期處理，包括:將工作電流與燒毀閾值進行比較，當出現工作電流大于燒毀閾值的情況時，判斷產生單粒子燒毀效應，累計單粒子效應硬錯誤傳感器發生的燒毀次數并記錄此時的工作電流，將所述燒毀次數發給所述數據處理及控制模塊，并對工作電流進行平滑濾波和降壓處理，再將降壓后工作電流發送給所述電流監測電路，執行步驟(4)；
[0016]若單粒子硬錯誤傳感器工作電流沒有超過燒毀閾值電流，執行步驟(5)；
[0017](4)、所述電流監測電路將單粒子硬錯誤傳感器的工作電流送至數據處理及控制模塊；所述數據處理及控制模塊對單粒子硬錯誤傳感器的工作電流進行數字化處理，然后將該工作電流以及燒毀次數上傳至上位機；所述上位機對所述單粒子硬錯誤傳感器工作電流以及燒毀次數進行存儲和顯示；然后對空間單粒子效應測試系統斷電并更換單粒子效應硬錯誤傳感器，返回執行步驟(3)；
[0018](5)、判斷獲得的燒毀次數和記錄的工作電流是否滿足試驗要求，若不滿足，調整輻照源發射的粒子能量后，返回執行步驟(3);若滿足，則結束試驗；
[0019]當需要對單粒子鎖定效應和單粒子翻轉效應進行測試時:
[0020]①、對所述空間單粒子效應測試系統上電，并初始化參數:
[0021]②、根據空間的輻照環境，選擇輻照源，并確定輻照源發射的粒子能量后對所述單粒子軟錯誤傳感器進行輻照；
[0022]③、所述電流監測電路實時監測單粒子軟錯誤傳感器的工作電流，并將該工作電流送至數據處理及控制模塊和鎖定判定及防護電路；
[0023]④、所述數據處理及控制模塊接收單粒子軟錯誤傳感器的工作電流后對其進行數字化處理，并上傳至上位機；
[0024]所述鎖定判定及防護電路對單粒子軟錯誤傳感器的工作電流進行實時判定:
[0025]當該工作電流超過鎖定閾值時，則判斷發生單粒子鎖定效應，累計單粒子效應軟錯誤傳感器的鎖定次數，并將鎖定次數和鎖定命令發給所述數據處理及控制模塊；所述數據處理及控制模塊接收到鎖定命令后，數據處理及控制模塊控制電流監測電路泄放單粒子軟錯誤傳感器的工作電流，對單粒子軟錯誤傳感器進行降壓；同時，將所述鎖定次數上傳給上位機；所述上位機對單粒子軟錯誤傳感器的工作電流以及鎖定次數進行存儲和顯示；對所述空間單粒子效應測試系統斷電并重啟，返回步驟③，繼續進行試驗；
[0026]若單粒子效應軟錯誤傳感器工作電流沒有超過鎖定閾值，則執行步驟⑤；
[0027]⑤、所述邏輯狀態監測電路實時監測單粒子軟錯誤傳感器的邏輯狀態，若發生單粒子翻轉，記錄邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址，之后將邏輯狀態變化值以及邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址送至數據處理及控制模塊；數據處理及控制模塊將邏輯狀態變化值以及邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址送至上傳給上位機；若沒有翻轉單粒子翻轉，則執行步驟⑥；所述上位機對接收到的單粒子軟錯誤傳感器的工作電流以及邏輯狀態變化值和邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址進行存儲和顯示；
[0028]⑥判斷獲得的鎖定次數和記錄的工作電流是否滿足試驗要求:若不滿足，調整輻照源發射的粒子能量，然后返回執行步驟③；若滿足，則結束試驗。
[0029]本發明具有如下有益效果:
[0030]本發明提出了一種空間單粒子效應測試方法，能夠實現單粒子翻轉、單粒子鎖定、單粒子燒毀的實時測試和存儲；能夠全面表征單粒子效應，為航天器抗單粒子效應加固設計提供綜合性的可靠依據。
[0031]本發明中建立的集成化的空間單粒子效應測試系統，采用兩個單粒子效應傳感器即可測試三種單粒子效應，同時，兩個傳感器共用一套測試系統，實現了測試系統的集成化，同時也為實現測試系統的小型化奠定了基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明的測試系統的原理圖；
[0033]圖2為本發明的單粒子燒毀效應測試流程圖。
[0034]圖3為本發明的單粒子翻轉和單粒子鎖定效應測試流程圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0036]本發明的一種空間單粒子效應測試方法，包括如下步驟:
[0037]步驟1、建立集成化的空間單粒子效應測試系統，如圖1所示:
[0038]該系統包括單粒子軟錯誤傳感器、單粒子硬錯誤傳感器、前端信號調理電路、邏輯狀態監測電路、電流監測電路、鎖定判定及防護電路、數據處理及控制模塊以及上位機；所述單粒子軟錯誤傳感器分別與邏輯狀態監測電路和電流監測電路相連；所述單粒子硬錯誤傳感器與前端信號調理電路相連；所述前端信號調理電路與電流監測電路和數據處理及控制模塊分別相連；所述電流監測電路、邏輯狀態監測電路以及鎖定判定及防護電路分別與數據處理及控制模塊相連；所述鎖定判定及防護電路與所述電流監測電路相連；所述數據處理及控制模塊又與上位機相連；
[0039]所述單粒子軟錯誤傳感器為存儲型芯片，接收輻照源的輻照；
[0040]所述單粒子硬錯誤傳感器為功率MOSSET型芯片，接收輻照源的輻照；
[0041]步驟2、選擇所要進行的單粒子效應測試:
[0042]當需要對單粒子燒毀效應進行測試時，如圖2所示:
[0043](I)、對所述空間單粒子效應測試系統上電，并初始化參數；
[0044](2)、根據空間的輻照環境，選擇輻照源，并確定輻照源發射的粒子能量后對所述單粒子硬錯誤傳感器進行輻照；
[0045](3)、所述前端信號調理電路接收所述單粒子硬錯誤傳感器的工作電流信號并進行前期處理，包括:將工作電流與燒毀閾值進行比較，當出現工作電流大于燒毀閾值的情況時，判斷產生單粒子燒毀效應，累計單粒子效應硬錯誤傳感器發生的燒毀次數并記錄此時的工作電流，將所述燒毀次數發給所述數據處理及控制模塊，并對工作電流進行平滑濾波和降壓處理，再將降壓后工作電流發送給所述電流監測電路，執行步驟(4)；
[0046]若單粒子硬錯誤傳感器工作電流沒有超過燒毀閾值電流，執行步驟(5)；
[0047](4)、所述電流監測電路將單粒子硬錯誤傳感器的工作電流送至數據處理及控制模塊；所述數據處理及控制模塊對單粒子硬錯誤傳感器的工作電流進行數字化處理，然后將該工作電流以及燒毀次數上傳至上位機；所述上位機對所述單粒子硬錯誤傳感器工作電流以及燒毀次數進行存儲和顯示；然后對空間單粒子效應測試系統斷電并更換單粒子效應硬錯誤傳感器，返回執行步驟(3)；
[0048](5)、判斷獲得的燒毀次數和記錄的工作電流是否滿足試驗要求，若不滿足，調整輻照源發射的粒子能量后，返回執行步驟(3);若滿足，則結束試驗；
[0049]當需要對單粒子鎖定效應和單粒子翻轉效應進行測試時，如圖3所示:
[0050]①、對所述空間單粒子效應測試系統上電,并初始化參數:
[0051]②、根據空間的輻照環境，選擇輻照源，并確定輻照源發射的粒子能量后對所述單粒子軟錯誤傳感器進行輻照；
[0052]③、所述電流監測電路實時監測單粒子軟錯誤傳感器的工作電流，并將該工作電流送至數據處理及控制模塊和鎖定判定及防護電路；
[0053]④、所述數據處理及控制模塊接收單粒子軟錯誤傳感器的工作電流后對其進行數字化處理，并上傳至上位機；
[0054]所述鎖定判定及防護電路對單粒子軟錯誤傳感器的工作電流進行實時判定:
[0055]當該工作電流超過鎖定閾值時，則判斷發生單粒子鎖定效應，累計單粒子效應軟錯誤傳感器的鎖定次數，并將鎖定次數和鎖定命令發給所述數據處理及控制模塊；所述數據處理及控制模塊接收到鎖定命令后，數據處理及控制模塊控制電流監測電路泄放單粒子軟錯誤傳感器的工作電流，對單粒子軟錯誤傳感器進行降壓；同時，將所述鎖定次數上傳給上位機；所述上位機對單粒子軟錯誤傳感器的工作電流以及鎖定次數進行存儲和顯示；對所述空間單粒子效應測試系統斷電并重啟，返回步驟③，繼續進行試驗；
[0056]若單粒子效應軟錯誤傳感器工作電流沒有超過鎖定閾值，則執行步驟⑤；
[0057]⑤、所述邏輯狀態監測電路實時監測單粒子軟錯誤傳感器的邏輯狀態，若發生單粒子翻轉，記錄邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址，之后將邏輯狀態變化值以及邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址送至數據處理及控制模塊；數據處理及控制模塊將邏輯狀態變化值以及邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址送至上傳給上位機；若沒有翻轉單粒子翻轉，則執行步驟⑥；所述上位機對接收到的單粒子軟錯誤傳感器的工作電流以及邏輯狀態變化值和邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址進行存儲和顯示；
[0058]⑥判斷獲得的鎖定次數和記錄的工作電流是否滿足試驗要求:若不滿足，調整輻照源發射的粒子能量，然后返回執行步驟③；若滿足，則結束試驗。
[0059]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種空間單粒子效應測試方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、建立集成化的空間單粒子效應測試系統: 該系統包括單粒子軟錯誤傳感器、單粒子硬錯誤傳感器、前端信號調理電路、邏輯狀態監測電路、電流監測電路、鎖定判定及防護電路、數據處理及控制模塊以及上位機；所述單粒子軟錯誤傳感器分別與邏輯狀態監測電路和電流監測電路相連；所述單粒子硬錯誤傳感器與前端信號調理電路相連；所述前端信號調理電路與電流監測電路和數據處理及控制模塊分別相連；所述電流監測電路、邏輯狀態監測電路以及鎖定判定及防護電路分別與數據處理及控制模塊相連；所述鎖定判定及防護電路與所述電流監測電路相連；所述數據處理及控制模塊又與上位機相連； 所述單粒子軟錯誤傳感器為存儲型芯片，接收輻照源的輻照； 所述單粒子硬錯誤傳感器為功率MOSSET型芯片，接收輻照源的輻照； 步驟2、選擇所要進行的單粒子效應測試: 當需要對單粒子燒毀效應進行測試時: (1)、對所述空間單粒子效應測試系統上電，并初始化參數； (2)、根據空間的輻照環境，選擇輻照源，并確定輻照源發射的粒子能量后對所述單粒子硬錯誤傳感器進行輻照； (3)、所述前端信號調理電路接收所述單粒子硬錯誤傳感器的工作電流信號并進行前期處理，包括:將工作電流與燒毀閾值進行比較，當出現工作電流大于燒毀閾值的情況時，判斷產生單粒子燒毀效應，累計單粒子效應硬錯誤傳感器發生的燒毀次數并記錄此時的工作電流，將所述燒毀次數發給所述數據處理及控制模塊，并對工作電流進行平滑濾波和降壓處理，再將降壓后工作電流發送給所述電流監測電路，執行步驟(4)； 若單粒子硬錯誤傳感器工作電流沒有超過燒毀閾值電流，執行步驟(5)； (4)、所述電流監測電路將單粒子硬錯誤傳感器的工作電流送至數據處理及控制模塊；所述數據處理及控制模塊對單粒子硬錯誤傳感器的工作電流進行數字化處理，然后將該工作電流以及燒毀次數上傳至上位機；所述上位機對所述單粒子硬錯誤傳感器工作電流以及燒毀次數進行存儲和顯示；然后對空間單粒子效應測試系統斷電并更換單粒子效應硬錯誤傳感器，返回執行步驟(3)； (5)、判斷獲得的燒毀次數和記錄的工作電流是否滿足試驗要求，若不滿足，調整輻照源發射的粒子能量后，返回執行步驟(3);若滿足，則結束試驗； 當需要對單粒子鎖定效應和單粒子翻轉效應進行測試時: ①、對所述空間單粒子效應測試系統上電，并初始化參數: ②、根據空間的輻照環境，選擇輻照源，并確定輻照源發射的粒子能量后對所述單粒子軟錯誤傳感器進行輻照； ③、所述電流監測電路實時監測單粒子軟錯誤傳感器的工作電流，并將該工作電流送至數據處理及控制模塊和鎖定判定及防護電路； ④、所述數據處理及控制模塊接收單粒子軟錯誤傳感器的工作電流后對其進行數字化處理,并上傳至上位機； 所述鎖定判定及防護電路對單粒子軟錯誤傳感器的工作電流進行實時判定: 當該工作電流超過鎖定閾值時，則判斷發生單粒子鎖定效應，累計單粒子效應軟錯誤傳感器的鎖定次數，并將鎖定次數和鎖定命令發給所述數據處理及控制模塊；所述數據處理及控制模塊接收到鎖定命令后，數據處理及控制模塊控制電流監測電路泄放單粒子軟錯誤傳感器的工作電流，對單粒子軟錯誤傳感器進行降壓；同時，將所述鎖定次數上傳給上位機；所述上位機對單粒子軟錯誤傳感器的工作電流以及鎖定次數進行存儲和顯示；對所述空間單粒子效應測試系統斷電并重啟，返回步驟③，繼續進行試驗； 若單粒子效應軟錯誤傳感器工作電流沒有超過鎖定閾值，則執行步驟⑤； ⑤、所述邏輯狀態監測電路實時監測單粒子軟錯誤傳感器的邏輯狀態，若發生單粒子翻轉，記錄邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址，之后將邏輯狀態變化值以及邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址送至數據處理及控制模塊；數據處理及控制模塊將邏輯狀態變化值以及邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址送至上傳給上位機；若沒有翻轉單粒子翻轉，則執行步驟⑥；所述上位機對接收到的單粒子軟錯誤傳感器的工作電流以及邏輯狀態變化值和邏輯狀態發生翻轉的存儲單元地址進行存儲和顯示； ⑥判斷獲得的鎖定次數和記錄的工作電流是否滿足試驗要求:若不滿足，調整輻照源發射的粒子能量，然后返回執行步驟③；若滿足，則結束試驗。
【文檔編號】G01R31/00GK104237685SQ201410451782
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】安恒, 楊生勝, 薛玉雄, 把得東, 馬亞莉, 曹洲 申請人:蘭州空間技術物理研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
