專利名稱：集成電路的抗輻照檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型專利涉及集成電路的抗輻照檢測系統(tǒng)，尤其應(yīng)用在單粒子閂鎖和單粒子翻轉(zhuǎn)的檢測上。
背景技術(shù)：
當(dāng)集成電路應(yīng)用在空間環(huán)境中時，空間高能粒子會穿透半導(dǎo)體器件內(nèi)部并在路徑上產(chǎn)生電離，電路節(jié)點會吸收電離產(chǎn)生的電子和空穴從而導(dǎo)致電路的錯誤，這種效應(yīng)稱為單粒子效應(yīng)。常見的單粒子效應(yīng)分為:單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)以及單粒子閂鎖(SEL)。單粒子效應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)需要具備試驗數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、保存以及對相關(guān)試驗資源進行控制的功能。地面加速器模擬單粒子效應(yīng)試驗存在兩個特殊的方面:一方面是為了減少高能粒子從加速器中射出到高能粒子達到被測芯片表面這段距離中的能量衰減，將被測芯片置于真空環(huán)境中，外界環(huán)境到真空室中的連線必須通過法蘭，這就對從外界環(huán)境到被測芯片的連線數(shù)量和類型造成了限制；另一方面是為了避免加速器產(chǎn)生的輻射對試驗人員造成傷害，試驗操作人員所處的試驗控制室離被測芯片的距離較遠，通過遠程計算機對監(jiān)測系統(tǒng)進行操作。針對不同類型的集成電路，其單粒子檢測系統(tǒng)可能不太一樣。目前大多數(shù)的抗輻照測試系統(tǒng)中，所采用的設(shè)備多而復(fù)雜，而且人員監(jiān)控、手動參與較多。這樣就造成了實驗很復(fù)雜，而且所需的測試時間也很長。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是降低集成電路單粒子測試的復(fù)雜度，提高測試效率，提供一種集成電路的抗輻照檢測系統(tǒng)，用于單粒子閂鎖和單粒子翻轉(zhuǎn)的檢測。按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述集成電路的抗輻照檢測系統(tǒng)，包括相互連接的上位機和輻照測試板，輻照測試板放置在真空室中，上位機在真空室外部進行監(jiān)控；上位機對輻照測試板發(fā)送包括開始測試、停止測試和工作模式選擇在內(nèi)的控制指令，輻照測試板解析指令，完成被測芯片的測試，向上位機發(fā)送采集到的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)；同時，上位機通過內(nèi)部總線與電源板卡通信，通過電源板卡實時采集被測芯片的電流數(shù)據(jù)、對被測芯片進行電源關(guān)斷及復(fù)位操作；所述輻照測試板包括FPGA、通信接口電路、電源轉(zhuǎn)換模塊，F(xiàn)PGA的I/O端口與所述通信接口電路以及被測芯片相連，電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與外部的電源板卡連接，被測芯片也同所述電源板卡連接，所述電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接FPGA和通信接口電路，所述通信接口電路通過外部的通信板卡連接到上位機。所述上位機進行的試驗數(shù)據(jù)的處理包括:對比回讀的配置數(shù)據(jù)、統(tǒng)計各被測功能模塊的單粒子翻轉(zhuǎn)次數(shù)和單粒子R鎖報警及計數(shù)等。所述輻照測試板與被測芯片做在同一塊PCB板上，試驗時一起放置在真空室中。進一步的，所述上位機采用NI PX1-1042工控機箱，所述通信板卡采用NIPX1-8106通信板卡，所述電源板卡采用NI PX1-4130電源板卡。[0010]所述上位機通過多個NI PX1-4130電源板卡分別對多個被測芯片供電控制被測芯片的電源通斷，并實時監(jiān)測電流值，將采集到的電流值與設(shè)定的閾值做比較，若電流值大于閾值則對被測芯片進行關(guān)斷重啟進行復(fù)位，實施單粒子閂鎖測試。所述上位機還通過所述通信板卡連接遠程的監(jiān)控計算機。本實用新型的優(yōu)點是:本實用新型采用上位機、下位機和遠程監(jiān)控計算機構(gòu)成單粒子檢測系統(tǒng)，軟硬件合理分配，便捷地完成單粒子翻轉(zhuǎn)(簡稱SEU)和單粒子R鎖(簡稱SEL)的測試。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2上位機軟件操作流程圖。圖3是下位機輻照測試板的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型專利作進一步說明。所述集成電路的抗輻照檢測系統(tǒng)包括上位機(NI PX1-1042智能設(shè)備)和下位機(輻照測試板)兩大部分，它們之間由串口傳輸，遠程監(jiān)控計算機在實驗室外部進行遠程監(jiān)控。如圖1所示，輻照測試板放置在真空室中，上位機在真空室外部進行監(jiān)控；上位機對輻照測試板發(fā)送開始測試、停止測試和工作模式選擇等控制指令，輻照測試板解析指令，完成被測芯片的測試，向上位機發(fā)送采集到的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)；同時，上位機通過內(nèi)部總線與電源板卡通信，通過電源板卡實時采集被測芯片的電流數(shù)據(jù)、對被測芯片進行電源關(guān)斷及復(fù)位等操作；所述輻照測試板包括FPGA、通信接口電路、電源轉(zhuǎn)換模塊，F(xiàn)PGA的I/O端口與所述通信接口電路以及被測芯片相連，電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與外部的電源板卡連接，被測芯片也同所述電源板卡連接，所述電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接FPGA和通信接口電路，所述通信接口電路通過外部的通信板卡連接到上位機。另外，考慮到下位機與上位機之間有一段比較長的距離，在數(shù)據(jù)傳輸過程中將RS232信號轉(zhuǎn)換成RS485信號，這樣可以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率和傳輸?shù)姆€(wěn)定性。如圖3所示，本實用新型采用NI公司的NI PX1-1042智能設(shè)備，NI PX1-1042智能設(shè)備上帶有NI PX1-8106通信板卡和NI PX1-4130電源板卡。通過NI PX1-8106板卡提供的RS-232 口與下進行串口通信。該通信線路主要負責(zé)上位機對下位機發(fā)送開始測試、停止測試和工作模式選擇等控制指令，以及下位機向上位機發(fā)送采集到的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。同時，上位機通過內(nèi)部總線與電源板卡NI PX1-4130通信，主要的作用是通過NI PX1-4130板卡實時采集被測片的電流數(shù)據(jù)、對被測芯片的電源關(guān)斷及復(fù)位等操作，實施單粒子閂鎖測試。因此上位機由NI PX1-1042工控機箱、NI PX1-8106串口通信板卡及NI PX1-4130電源板卡組成。NI PX1-1042是支持上位機程序的硬件平臺，NI PX1-8106串口通信板卡與下位機通過串口進行通信，而NI PX1-4130對下位機各個模塊及被測電路提供電源并將電流值實時反饋給上位機。本實施例中采用兩個NI PX1-4130電源板卡提供4組電源通道，其中兩組通道分別對兩個被測芯片供電，第三組對下位機的FPGA及其它模塊供電，最后一組電源通道為備用電源，當(dāng)其中一組電源發(fā)生故障時可以迅速切換至備用電源組不使實驗進度受影響。上位機的電源信號及通信信號都通過線纜轉(zhuǎn)接板轉(zhuǎn)換成DB9接口與下位機進行連接，此為迎合實驗現(xiàn)場的需要。單粒子效應(yīng)地面模擬試驗監(jiān)測實驗中的上位機是監(jiān)測系統(tǒng)中直接受遠程監(jiān)控計算機控制的部分，試驗時將其放置在真空室外。上位機監(jiān)控程序是XP平臺下的應(yīng)用程序，通過開發(fā)的監(jiān)控界面發(fā)送指令給下位機和處理下位機傳回的試驗數(shù)據(jù)。試驗數(shù)據(jù)的處理包括:對比回讀的配置數(shù)據(jù)、統(tǒng)計各被測功能模塊的單粒子翻轉(zhuǎn)次數(shù)和單粒子閂鎖報警及計數(shù)等。上位機通過兩個NI PX1-4130電源板卡對兩個被測芯片供電并控制其電源通斷實時監(jiān)測電流值，采集到的電流值與設(shè)定的閾值做比較，若電流值大于閾值則關(guān)斷重啟進行復(fù)位，實施單粒子閂鎖測試。其工作流程如圖2所示。首先，啟動自測模式，檢查通訊是否完好。其次，給被測芯片加電，啟動工作模式，讓下位機完成測試碼的循環(huán)測試，傳測試結(jié)果給上位機。同時，檢測整個測試過程的每路電路,若電流超過閾值,斷電,重啟測試。上位機除了要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)外，另一個重要的功能就是對下位機傳回的試驗數(shù)據(jù)進行處理和保存，并將監(jiān)測到的試驗數(shù)據(jù)以方便閱讀的方式實時呈現(xiàn)給試驗操作人員，使試驗操作人員能根據(jù)試驗的實際情況進行試驗控制和突發(fā)情況的處理。下位機的主要作用是將監(jiān)測系統(tǒng)的各部分子系統(tǒng)連接成為一個總體，是直接對被測芯片進行數(shù)據(jù)采集、對過流保護設(shè)備等進行控制的子系統(tǒng)。為了縮短下位機與被測芯片之間的通信距離，減小外界信號的干擾，是將監(jiān)測系統(tǒng)的下位機與被測芯片所處的測試板做在同一塊PCB板上，試驗時一起放置在真空室中。下位機具備的功能主要包括以下幾
占-
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I)接收上位機的指令并執(zhí)行。包括開始測試、停止測試和測試模式選擇。2)采集試驗數(shù)據(jù)并進行初步處理。對被測芯片施加激勵，采集被測芯片的管腳信號，判斷被測芯片的輸出信號是否符合期望，構(gòu)成單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。3)試驗數(shù)據(jù)的上傳。在試驗過程中盡可能實時向上位機上傳單粒子翻轉(zhuǎn)等相關(guān)的單粒子效應(yīng)試驗數(shù)據(jù)。測試板是單粒子效應(yīng)地面模擬試驗監(jiān)測系統(tǒng)中直接對被測芯片提供支持的子系統(tǒng)，其應(yīng)具備的基本功能是將被測芯片與監(jiān)測系統(tǒng)進行電氣連接。為了方便供電及進行電流監(jiān)測等，本實驗將測試主控電路、電壓調(diào)節(jié)電路、串口通信電路等布置在被測芯片周圍。由于高能粒子的散射等因素的影響，集成電路等半導(dǎo)體元器件不能靠被測芯片太近。為了方便被測芯片將試驗原始數(shù)據(jù)發(fā)送到下位機中，是將下位機和測試板做在同一塊PCB板上的，這樣可以縮短被測芯片與下位機的通信距離，減少干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。如圖3所示，輻照測試板的硬件部分圖中用虛線方框表示，包括:FPGA、1號被測芯片、2號被測芯片及通信接口電路(串口信號轉(zhuǎn)換模塊)。本抗輻照檢測系統(tǒng)的工作原理和數(shù)據(jù)傳輸過程如下。上位機和下位機之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要有兩種，即上位機向下位機發(fā)出的控制指令和下位機采集的試驗數(shù)據(jù)。由于控制指令的比較數(shù)據(jù)量非常小，而占試驗數(shù)據(jù)總量很大一部分的被測芯片配置回讀數(shù)據(jù)則是FPGA芯片讀取的，因此負責(zé)傳輸其它數(shù)據(jù)的通信鏈路需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不是很大，采用RS232串口即可滿足傳輸要求?？紤]到測試板與上位機之間有一段比較長的距離，在數(shù)據(jù)傳輸過程中將RS232信號轉(zhuǎn)換成RS485信號，這樣可以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率和傳輸?shù)姆€(wěn)定性。上位機與FPGA和電源監(jiān)測系統(tǒng)之間是獨立通信的，上位機與電源板卡之間采用內(nèi)部總線進行通信，與FPGA之間采用串口通信。監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸原理如圖4所示。FPGA端的RS232接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)分別由位于FPGA中的發(fā)送電路和接收電路來完成，發(fā)送電路在主控制單元的控制下將試驗數(shù)據(jù)等加上起始位、奇校驗位及停止位后按一定的順序發(fā)送至上位機；接收電路則將上位機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)去掉起始位、奇校驗位及停止位，然后對有效數(shù)據(jù)進行奇校驗。若校驗結(jié)果和接收的奇校驗位一致，則表示數(shù)據(jù)傳輸正確；若校驗結(jié)果和接收的奇校驗位不一致，則表示數(shù)據(jù)傳輸出錯。有效數(shù)據(jù)和奇校驗結(jié)果同時送至主控制單元，進行命令的執(zhí)行或是請求重新發(fā)送。
權(quán)利要求1.成電路的抗輻照檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括相互連接的上位機和輻照測試板，輻照測試板放置在真空室中，上位機在真空室外部進行監(jiān)控；上位機對輻照測試板發(fā)送包括開始測試、停止測試和工作模式選擇在內(nèi)的控制指令，輻照測試板解析指令，完成被測芯片的測試，向上位機發(fā)送采集到的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)；同時，上位機通過內(nèi)部總線與電源板卡通信，通過電源板卡實時采集被測芯片的電流數(shù)據(jù)、對被測芯片進行電源關(guān)斷及復(fù)位操作；所述輻照測試板包括FPGA、通信接口電路、電源轉(zhuǎn)換模塊，F(xiàn)PGA的I/O端口與所述通信接口電路以及被測芯片相連，電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與外部的電源板卡連接，被測芯片也同所述電源板卡連接，所述電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接FPGA和通信接口電路，所述通信接口電路通過外部的通信板卡連接到上位機。
2.權(quán)利要求1所述的集成電路的抗輻照檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述輻照測試板與被測芯片做在同一塊PCB板上，試驗時一起放置在真空室中。
3.權(quán)利要求1所述的集成電路的抗輻照檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機采用NI PX1-1042工控機箱，所述通信板卡采用NI PX1-8106通信板卡，所述電源板卡采用NIPX1-4130電源板卡。
4.權(quán)利要求3所述的集成電路的抗輻照檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機還通過所述通信板卡連接遠程的監(jiān)控計算機。
專利摘要本實用新型提供了一種集成電路的抗輻照檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)包括上位機和下位機兩大部分，它們之間由串口傳輸，PC機在外部進行遠程監(jiān)控。下位機即為輻照測試板，解析指令，完成被輻照芯片的測試，向上位機發(fā)送采集到的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。上位機對下位機發(fā)送開始測試、停止測試和工作模式選擇等控制指令。同時，上位機通過內(nèi)部總線與電源板卡通信，通過板卡實時采集被測芯片的電流數(shù)據(jù)、對被測芯片的電源關(guān)斷及復(fù)位等操作。本實用新型的優(yōu)點是本實用新型采用上位機、下位機和遠程監(jiān)控計算機構(gòu)成單粒子檢測系統(tǒng)，軟硬件合理分配，便捷地完成單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)和單粒子閂鎖(SEL)的測試。
文檔編號G01R31/28GK202929165SQ20122041184
公開日2013年5月8日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者徐睿, 桂江華, 張沛, 鄒家軒, 蔡潔明 申請人:中國電子科技集團公司第五十八研究所