董玉花++陳佳

摘 要本文對敏感器件上的單粒子效應(yīng)進(jìn)行試驗的條件、試驗裝置和測試儀表要求、試驗程序、失效現(xiàn)象及判據(jù)、試驗過程中的監(jiān)測及記錄要求進(jìn)行了闡述。主要通過分析試驗結(jié)果，以得到大氣中子單粒子效應(yīng)對敏感器件的危害程度，進(jìn)而分析大氣中子單粒子效應(yīng)在電路設(shè)計過程中對產(chǎn)品可靠性的影響，從而能夠?qū)χ凶訂瘟Ｗ有?yīng)進(jìn)行有效防護(hù)。

【關(guān)鍵詞】單粒子效應(yīng) 應(yīng)力分析 潛在故障

1 試驗?zāi)康?/p>

為了獲取大氣中子單粒子效應(yīng)對敏感器件的危害程度，針對其敏感器件開展中子單粒子效應(yīng)試驗，發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計中的受單粒子效應(yīng)影響設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，指出潛在故障發(fā)生的位置和原因，改進(jìn)產(chǎn)品的電路設(shè)計措施，提高產(chǎn)品的可靠性水平。

2 試驗條件

2.1 輻射源

試驗采用的是中國原子能科學(xué)研究院中的14MeV中子加速器產(chǎn)生的快中子。

2.2 粒子束流

（1）離子束不均勻性：≤±10%；

（2）注量：使被試器件接受的中子注量達(dá)到109（n/cm2）或達(dá)到100個錯誤；

（3）中子注量率在103-5n/cm2-s范圍內(nèi)可調(diào)。

2.3 環(huán)境溫度

輻照間內(nèi)環(huán)境溫度為25±3℃。

2.4 屏蔽條件

輻照源與試驗件之間使用4mm鋁板進(jìn)行屏蔽。

2.5 工作狀態(tài)

試驗件在輻射過程中執(zhí)行正常的功能操作，即：

（1）功能單機(jī)板級試驗期間運(yùn)行規(guī)定的飛行程序，同時監(jiān)測輸入輸出狀態(tài)；

（2）器件級試驗期間執(zhí)行讀寫操作，同時監(jiān)測輸入輸出狀態(tài)。

3 試驗裝置

裝有敏感器件的模塊可通過串口與計算機(jī)調(diào)試軟件進(jìn)行通信，模塊上的敏感器件可通過調(diào)試端口與計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入與回讀。如圖1所示。

4 試驗程序

輻照前，對被試器件進(jìn)行配置并回讀，保存回讀數(shù)據(jù)作為參照數(shù)據(jù)，在輻照期間，被試器件保持靜態(tài)狀態(tài)，輻照后讀出被試單元的數(shù)據(jù)，與參照數(shù)據(jù)相比較，統(tǒng)計翻轉(zhuǎn)次數(shù)。試驗流程如圖2所示。

（1）寫入配置文件，對器件進(jìn)行配置；

（2）回讀并保存回讀文件；

（3）記錄工作電壓和功耗電流；

（4）開始輻照；

（5）輻照至一定注量后，暫停；

（6）記錄工作電壓和功耗電流；

（7）回讀并與輻照前回讀文件比較統(tǒng)計發(fā)生錯誤數(shù)；

（8）當(dāng)錯誤數(shù)達(dá)到100個時停止輻照，如果沒有100個錯誤，則重復(fù)d到g步驟直到注量達(dá)到1010n/（cm2）時停止輻照；

（9）通過加載、回讀，確定電流及回讀功能正常。

5 失效現(xiàn)象及判據(jù)

單粒子效應(yīng)試驗過程中，當(dāng)輻照前后兩次會讀的存儲位數(shù)據(jù)不一致時，則認(rèn)為器件發(fā)生了單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時兩次回讀的存儲位數(shù)據(jù)對比結(jié)果中不一致的位數(shù)就記為單粒子翻轉(zhuǎn)發(fā)生的次數(shù)。

6 試驗過程中的監(jiān)測及記錄要求

6.1 器件的檢測

在中子輻照后，通過適合該敏感器件的USB仿真器回讀該敏感器件的寄存器或配置單元，以DSP為例的測試系統(tǒng)原理圖如圖3所示，回讀數(shù)據(jù)與輻照前各配置單元的回讀數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)相比較，統(tǒng)計錯誤的Bit數(shù)。

6.2 試驗過程中的記錄和處理

當(dāng)試驗過程中出現(xiàn)的故障/錯誤時，首先應(yīng)按照失效現(xiàn)象和判據(jù)確定故障/錯誤是否為中子單粒子效應(yīng)所引起的。

對于中子單粒子效應(yīng)導(dǎo)致的故障/錯誤，應(yīng)詳細(xì)記錄故障/錯誤出現(xiàn)的時間、注量率、注量、故障/錯誤現(xiàn)象等信息。

7 試驗數(shù)據(jù)的處理

（1）截面：

式中：N為錯誤數(shù)；

FLUENCE為單位面積的中子注量。

（2）翻轉(zhuǎn)率/故障率：

式中：σ為截面值；

flux為“XX” 典型工作環(huán)境和首飛環(huán)境下的中子注量；

A為一加權(quán)系數(shù)，取1.5至2，步進(jìn)值取0.1。

8 試驗的結(jié)束

當(dāng)試驗件發(fā)生100個錯誤或接受的中子注量達(dá)到109（n/cm2）時可結(jié)束試驗。

9 小結(jié)

根據(jù)以上試驗步驟，可以量化分析大氣中子單粒子效應(yīng)對微電子敏感器件的影響，進(jìn)而通過分析試驗結(jié)果，在電路設(shè)計時對敏感器件進(jìn)行中子單粒子效應(yīng)防護(hù)設(shè)計，從而提高電路設(shè)計的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]IEC/TC 62396-2航空電子設(shè)備過程管理—大氣輻射效應(yīng)第二部分：航空電子系統(tǒng)單粒子效應(yīng)試驗指南。

作者單位

四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司 四川省綿陽市 621000