專利名稱：單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置，主要應用于半導體器件抗空間單粒子效應能力的驗證。

背景技術：
當數(shù)字電路應用在空間環(huán)境中時，空間高能粒子會穿透半導體器件內部并在路徑上產生電離，電路節(jié)點會吸收電離產生的電子和空穴從而導致電路錯誤，這種效應稱為單粒子效應。地面模擬單粒子效應主要有輻照實驗方法和仿真方法，輻照實驗方法成本高周期長，仿真方法成本低易實現(xiàn)，成為目前用于驗證電路抗單粒子的一種亟待研究的方法。
故障注入方法是驗證大規(guī)模集成電路VLSI抗空間單粒子效應的一種重要仿真方法，通過選擇注入方式、注入故障類型、注入電路位置來注入故障，可用于分析評價電路的容錯能力，進而模擬空間單粒子效應。目前在抗空間單粒子效應能力驗證技術領域里采用的故障注入方法有多種，它們的主要區(qū)別在于如何產生邏輯翻轉(硬件實現(xiàn)還是軟件仿真)、產生一個什么樣的邏輯翻轉(翻轉類型)和電路的網(wǎng)格節(jié)點如何劃分(電路節(jié)點覆蓋率)等方面，它們一個重要的共同點是在觸發(fā)故障注入的方式上都采用了簡單的均勻觸發(fā)或者遍歷節(jié)點觸發(fā)方式。這兩種方式的主要不足在于忽視了空間環(huán)境的特殊性和電路本身的電特性，不能用于模擬一個實際輻照實驗的結果，因而與真實的空間單粒子效應作用結果存在較大誤差?？臻g環(huán)境的特殊性中很重要的兩點(1)空間中宇宙高能粒子的線形能量傳輸(LET)分布是非線形的，而非均勻分布的；(2)空間粒子從不同角度入射產生的能量沉積也是非線形的。
電路本身的電特性在本文中主要指電路不同節(jié)點具有不同的電容特性，容性大的節(jié)點發(fā)生單粒子翻轉的翻轉閾值大于容性小的節(jié)點，因此也存在著單粒子翻轉概率在電路節(jié)點分布上非均勻分布的特點。
綜上所述，目前現(xiàn)有的故障注入方法在驗證大規(guī)模目標電路的抗單粒子效應，在觸發(fā)故障注入的方式上采用簡單的均勻觸發(fā)或者遍歷節(jié)點觸發(fā)，沒有考慮空間環(huán)境的特殊性和電路本身的電特性，因而難以貼近真實空間單粒子效應的物理過程，使得故障注入仿真結果與輻照實驗產生較大誤差，因此為了得到理想的仿真實驗結果，需要一種貼近真實空間單粒子效應的故障控制信號產生方法來觸發(fā)故障注入。


發(fā)明內容
本發(fā)明的技術解決問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置，本發(fā)明模擬了空間真實環(huán)境，仿真結果貼近真實環(huán)境，提高了單粒子故障注入模擬的準確性。
本發(fā)明的技術解決方案是單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置，其特征在于由主控計算機和仿真開發(fā)板組成，主控計算機內包括空間粒子蒙特卡羅擬合模塊、節(jié)點電容估算模塊和單粒子射程估算模塊，仿真開發(fā)板包括串口數(shù)據(jù)轉換電路、同步電路、FLASH讀寫控制模塊、FLASH存儲器、入射角度選擇模塊、空間粒子選擇模塊、電路節(jié)點選擇模塊和故障控制信號生成模塊； 空間粒子蒙特卡羅擬合模塊，根據(jù)空間粒子抽樣數(shù)據(jù)采用蒙特卡羅方法得到空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)； 節(jié)點電容估算模塊，根據(jù)目標電路的門級HDL代碼和目標電路工藝參數(shù)估算出目標電路故障注入節(jié)點的電容值、勢壘寬度和單粒子垂直入射在有源區(qū)的深度； 單粒子射程估算模塊，根據(jù)單粒子入射角度θ范圍、θ的等分數(shù)θ_num、單粒子垂直入射在有源區(qū)的深度估算出目標電路工藝的MOS器件單粒子射程； 同步電路，控制故障控制信號生成模塊實現(xiàn)故障控制信號和故障注入時間同步； 串口數(shù)據(jù)轉換電路，連接主控計算機與仿真開發(fā)板實現(xiàn)主控計算機與仿真開發(fā)板之間的數(shù)據(jù)轉換，并向故障控制信號生成模塊轉發(fā)由主控計算機發(fā)出的開始產生故障控制信號； FLASH讀寫控制模塊，控制空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)、電路故障注入節(jié)點的電容值、MOS器件單粒子射程向FLASH存儲器中進行存儲； FLASH存儲器，存儲空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)、電路故障注入節(jié)點的電容值、MOS器件單粒子射程； 入射角度選擇模塊，隨機生成一個入射角度并選擇FLASH存儲器中存儲的一個MOS器件單粒子射程用于故障注入時估算收集電荷； 空間粒子選擇模塊，隨機選擇FLASH存儲器中存儲的一個空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)用于故障注入時估算收集電荷； 電路節(jié)點選擇模塊，隨機選擇FLASH存儲器中存儲的一個電路故障注入節(jié)點的電容值用于故障注入時估算節(jié)點臨界翻轉電荷； 故障控制信號生成模塊，接收由串口數(shù)據(jù)轉換電路傳送的開始產生故障控制信號，根據(jù)入射角度選擇模塊隨機選擇的空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)、入射角度選擇模塊選擇的MOS器件單粒子射程、電路節(jié)點選擇模塊選擇的電路故障注入節(jié)點的電容值進行計算判斷，并在同步電路的控制下生成故障節(jié)點控制信號。
所述的空間粒子蒙特卡羅擬合模塊實現(xiàn)過程為 (1)給定N個空間粒子的線形傳輸能量LET與通量率Li，分K段擬合Li的擬合表達式fk(x)，對K段fk(x)分段積分得到Sk(x)，其中N為整數(shù)； (2)計算Sk(x)的分段概率密度函數(shù)pk(x)和分段概率分布函數(shù)Pk(X)，抽樣Pk(X)擬合的Pk(X)的反函數(shù)Pk-1(Y)； (3)對Pk-1(Y)均勻抽樣LET_N個點得到空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)LET_Q[1:LET_N]，其中LET_N表示蒙特卡羅擬合數(shù)據(jù)LET_Q的數(shù)據(jù)量。
所述的節(jié)點電容估算模塊實現(xiàn)過程為 (1)給定目標電路的工藝庫參數(shù)，根據(jù)工藝庫參數(shù)估算MOS管的寄生電容、勢壘寬度XD和單粒子垂直入射在有源區(qū)的深度H； (2)根據(jù)每個庫單元的MOS管結構估算每個庫單元結構的輸入輸出端寄生電容； (3)載入目標電路門級HDL代碼，對目標電路門級HDL代碼中的每個故障注入節(jié)點進行編號； (4)讀入每一個故障注入節(jié)點的信號名，搜索并統(tǒng)計該故障注入節(jié)點連接的所有庫單元，估算該故障注入節(jié)點的總寄生電容； (5)判斷所有故障注入節(jié)點是否估算完畢，若估算完畢則保存輸出，否則，轉步驟(4)。
所述的單粒子射程估算模塊實現(xiàn)過程為 (1)給定輸入單粒子入射角θ范圍[θmin，θmax]，等分為θ_num塊，每塊為Δd，其中θmin表示最小入射角，θmax表示最大入射角， (2)將θ＝θmin，θmin+Δd，θmin+2Δd，…，θmax代入公式得到不同角度入射的單粒子射程S[1:θ_num]。
所述的故障控制信號生成模塊實現(xiàn)過程為 (1)當接收到串口數(shù)據(jù)轉換電路轉發(fā)的開始產生故障控制信號，故障控制信號生成模塊初始化復位并載入由串口數(shù)據(jù)轉換電路轉發(fā)的邏輯翻轉電壓ΔV和單粒子脈沖寬度μ參數(shù)； (2)等待時鐘下降沿，選擇空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)、電路故障注入節(jié)點的電容值和MOS器件單粒子射程，根據(jù)空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)和電路故障注入節(jié)點的電容值估算收集電荷Q收，根據(jù)MOS器件單粒子射程和邏輯翻轉電壓ΔV估算節(jié)點臨界翻轉電荷Q臨； (3)判斷Q收是否大于Q臨，若是，則實施故障注入產生故障控制信號，否則，不實施故障注入產生全“O”的控制信號； (4)等待時鐘上升沿，輸出故障控制信號，判斷主控計算機是否發(fā)出停止信號，若發(fā)出則停止，否則跳轉步驟(2)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有益效果為 (1)本發(fā)明從空間粒子LET分布和不同角度入射兩方面模擬了真實空間中發(fā)生的單粒子效應，利用蒙特卡羅方法擬合產生空間粒子的LET分布數(shù)據(jù)，代替了以往的線形擬合方法產生的分布數(shù)據(jù)，同時模擬了空間粒子從不同角度入射時產生不同的單粒子射程的過程，而非以往的只考慮垂直入射一種入射情況，從而使得故障注入仿真結果貼近空間真實環(huán)境； (2)本發(fā)明電路節(jié)點電容估算模塊可以利用目標電路的工藝參數(shù)和門級HDL代碼自動估算目標電路所有故障注入節(jié)點的寄生電容，從而引入了目標電路的電學特性，彌補了以往方法不考慮芯片工藝忽視了電學特性的不足，使得單粒子故障注入模擬得到的目標電路的敏感節(jié)點/路徑更加貼近輻照實驗結果； (3)本發(fā)明發(fā)揮了蒙特卡羅方法的優(yōu)點，即用于處理不易獲得大量抽樣數(shù)據(jù)且無法總結數(shù)學規(guī)律的空間數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢，避免了傳統(tǒng)故障注入方法中采用線形擬合或均勻隨機方式帶來的概率密度不匹配等失真問題，從而提高單粒子故障注入模擬的準確性。



圖1是本發(fā)明蒙特卡羅隨機信號產生裝置的結構原理圖； 圖2是本發(fā)明蒙特卡羅隨機信號產生方法的流程圖； 圖3是本發(fā)明空間粒子蒙特卡羅擬合模塊的工作流程圖； 圖4是本發(fā)明節(jié)點電容估算模塊的工作流程圖； 圖5是本發(fā)明節(jié)點X寄生電容的估算原理圖； 圖6是本發(fā)明單粒子射程估算的原理圖； 圖7是本發(fā)明故障控制信號生成模塊的工作流程圖。

具體實施例方式 如圖1所示，本發(fā)明裝置包括主控計算機和仿真開發(fā)板，主控計算機中含有主控界面、空間粒子蒙特卡羅擬合模塊、節(jié)點電容估算模塊、單粒子射程估算模塊；仿真開發(fā)板含有同步電路、串口數(shù)據(jù)轉換電路、FLASH存儲器、FLASH讀寫控制模塊、入射角度選擇模塊、空間粒子選擇模塊、電路節(jié)點選擇模塊、故障控制信號生成模塊。主控計算機上的主控界面為一段VC程序，該程序包含了空間粒子蒙特卡羅擬合模塊、節(jié)點電容估算模塊和單粒子射程估算模塊；主控計算機通過串口數(shù)據(jù)轉換電路與仿真開發(fā)板相連；串口數(shù)據(jù)轉換電路為RS232串口電路；同步電路為時鐘晶振電路；FLASH讀寫控制模塊、入射角度選擇模塊、空間粒子選擇模塊、電路節(jié)點選擇模塊和故障控制信號生成模塊用可編程邏輯器件實現(xiàn)。
如圖2所示，為本發(fā)明方法的流程可以分為初始化準備、空間粒子蒙特卡羅擬合、電路節(jié)點電容估算、單粒子射程估算和故障控制信號生成五個部分。具體實現(xiàn)過程如下 (1)系統(tǒng)初始化復位，準備目標電路的門級HDL代碼、軌道空間粒子的線形傳輸能量(LET)與通量率(FLUX)抽樣數(shù)據(jù)，準備目標電路工藝參數(shù)溝道寬度W、溝道長度L、結深XJ、橫向擴散長度Xd、施主濃度ND、受主濃度NA，其他需要提供的參數(shù)單粒子入射角度θ范圍[θmin，θmax]、θ的等分數(shù)θ_num、邏輯翻轉電壓ΔV和單粒子脈沖寬度μ。
(2)空間粒子蒙特卡羅擬合模塊根據(jù)步驟(1)中的軌道空間粒子的線形傳輸能量(LET)與通量率(FLUX)抽樣數(shù)據(jù)進行蒙特卡羅擬合，得到蒙特卡羅LET擬合數(shù)據(jù)LET_Q； (3)節(jié)點電容估算模塊根據(jù)步驟(1)中的目標電路的門級HDL代碼和目標電路工藝參數(shù)估算電路節(jié)點寄生電容C； (4)單粒子射程估算模塊根據(jù)步驟(1)中的單粒子入射角度θ范圍、e的等分數(shù)θ_num和步驟(3)中得到的單粒子垂直入射的深度H，估算不同角度入射單粒子的射程S； (5)將LET_Q、C和S通過串口數(shù)據(jù)轉換電路和FLASH讀寫控制模塊下載到FLASH存儲器中，開始生成故障控制信號，可編程邏輯器件上的空間粒子選擇模塊隨機選擇FLASH存儲器中的一個LET_Q，電路節(jié)點選擇模塊隨機選擇FLASH存儲器中的一個C，入射角度選擇模塊隨機生成一個入射角度并選擇FLASH存儲器中的一個S，故障控制信號生成模塊根據(jù)LET_Q、C和S判斷并生成故障節(jié)點控制信號。
下面具體介紹本發(fā)明裝置及方法的實現(xiàn)過程。
主控計算機上的主控界面載入軌道空間粒子的線形傳輸能量(LET)與通量率(FLUX)抽樣數(shù)據(jù)進行蒙特卡羅擬合，得到空間粒子的線形傳輸能量(LET)的蒙特卡羅LET擬合數(shù)據(jù)；主控界面載入目標電路的門級HDL代碼和目標電路工藝參數(shù)估算電路節(jié)點電容；主控界面載入單粒子入射角度θ范圍、θ的等分數(shù)、邏輯翻轉電壓和單粒子脈沖寬度估算不同角度入射單粒子的射程S將蒙特卡羅LET擬合數(shù)據(jù)和電路節(jié)點估算電容值通過串口數(shù)據(jù)轉換電路和FLASH讀寫控制模塊下載到FLASH存儲器中；可編程邏輯器件上的空間粒子選擇模塊隨機選擇FLASH存儲器中的一個蒙特卡羅LET擬合數(shù)據(jù)，電路節(jié)點選擇模塊隨機選擇FLASH存儲器中的一個電路節(jié)點估算電容，入射角度選擇模塊隨機生成一個入射角度并計算射程，故障控制信號生成模塊根據(jù)線形傳輸能量(LET)、射程、節(jié)點估算電容信息進行計算判斷，并在同步電路的控制下生成故障節(jié)點控制信號。
蒙特卡羅(Monte Carlo)方法屬于試驗數(shù)學分支，它利用隨機數(shù)進行統(tǒng)計試驗，以求得的統(tǒng)計特征值作為待解問題的數(shù)值解。其主要思想是在計算機上模擬實際概率過程，然后加以統(tǒng)計處理。和傳統(tǒng)的數(shù)學方法相比，它能處理一些其他方法所不能處理的復雜問題，并且容易在計算機上實現(xiàn)，蒙特卡羅方法已經(jīng)在物理、原子能、固體物理及電路設計等領域中得到了廣泛應用。空間粒子蒙特卡羅擬合的過程如圖3所示，采用美國Microsoft公司的產品Microsoft VisualStudio 2005軟件和美國Mathworks公司的產品MATLAB 7.0軟件編制的計算機程序來完成。在主控界面下輸入N個空間粒子的LET值與通量率Li(LET，F(xiàn)LUX)，其中LET為空間粒子線形傳輸能量，F(xiàn)LUX為空間粒子通量率。分K段擬合Li得K個擬合表達式fk(x) 其中參數(shù)K在主控界面下輸入給定，K決定了擬合表達式fk(x)對真實空間粒子LET和通量率的擬合程度，K的給定與N和Li(LET，F(xiàn)LUX)有關。
對K段fk(x)分段積分得分段積分值Sk(x) 分段計算K段概率密度函數(shù)pk(x) 分段計算分段概率分布函數(shù)Pk(X) 抽樣Pk(X)擬合的Pk(X)反函數(shù)Pk-1(Y) 對Pk-1(Y)均勻抽樣LET_N個點得到蒙特卡羅LET擬合數(shù)據(jù)LET_Q[1:LET_N]，其中LET_N表示蒙特卡羅LET擬合數(shù)據(jù)LET_Q的數(shù)據(jù)量，在主控界面下輸入給定，所得到的蒙特卡羅LET擬合數(shù)據(jù)LET_Q即為對原空間粒子采樣數(shù)據(jù)的蒙特卡羅擴展，兩者具有相同的概率分布函數(shù)。
電路節(jié)點電容估算的過程如圖4所示，采用美國Microsoft公司的產品Microsoft Visual Studio 2005軟件編制的計算機程序來完成。首先在主控界面中輸入工藝庫參數(shù)溝道寬度W、溝道長度L、結深XJ、橫向擴散長度Xd、施主濃度ND、受主濃度NA，根據(jù)這些參數(shù)估算NMOS管和PMOS管的柵源電容Cgs-p、Cgs-n、柵漏電容Cgd-p、Cgd-n，估算勢壘寬度XD
其中εox為SiO2介電常數(shù)，

為內建電勢

其中VT為熱電壓，常溫下為常值，q為電子電量。
單粒子垂直入射在有源區(qū)的深度H可以近似為H＝XD+XJ。接下來估算每個庫單元結構的輸入輸出端寄生電容，根據(jù)每個庫單元的MOS管結構，以“二輸入與非門”庫單元為例，輸入端連接著1個NMOS管柵級和1個PMOS管柵級，因此輸入端寄生電容可以近似為Cgs-p+Cgs-n+Cgd-p+Cgd-n，輸出端連接著1個NMOS管漏級和2個PMOS管漏級，因此輸出端寄生電容可以近似為2Cgd-p+Cgd-n。以此類推根據(jù)每個庫單元的MOS管結構分別計算出每個庫單元的輸入端和輸出端近似電容。接下來由主控界面載入目標電路的門級HDL代碼，對門級HDL代碼中的每個故障注入節(jié)點進行編號Node[i]，讀入每一個節(jié)點的信號名，并搜索HDL代碼統(tǒng)計該節(jié)點連接在哪些庫單元的輸入輸出端上，因為這些寄生電容是并聯(lián)接地關系，故該節(jié)點所連接的庫單元的輸入輸出端寄生電容相加得到總的寄生電容估計值。
圖5以節(jié)點X總寄生電容Cx的計算過程為例說明節(jié)點寄生電容的計算過程。節(jié)點X連接了三輸入與非門和二輸入與非門兩個庫單元，因此節(jié)點X總寄生電容Cx等于三輸入與非門輸出端寄生電容加上二輸入與非門輸入端寄生電容 Cx＝2(Cgd-p+Cgd-n)+(Cgs-p+Cgs-n+Cgd-p+Cgd-n)＝3Cgd-p+3Cgd-n+Cgs-p+Cgs-n 以此類推估算出每個故障注入電路節(jié)點的寄生電容C[1:Node_num]。
單粒子射程估算的原理如圖6所示，圖中三層分別為n+注入?yún)^(qū)、耗盡區(qū)和p襯底，定義單粒子入射偏移垂直方向的角度為θ，單粒子射程S可以近似估算為其中H為電路節(jié)點電容估算模塊得到的單粒子垂直入射在有源區(qū)(n+注入?yún)^(qū)+耗盡區(qū))的深度，θ的范圍由主控界面輸入給定范圍[θmin，θmax]，θ的等分數(shù)θ_num由主控界面輸入給定，即θ_num表示將范圍[θmin，θmax]等分為θ_num塊，每塊大小Δd為為了估算在不同角度入射下單粒子的射程S，在主控界面程序中將θ＝θmin，θmin+Δd，θmin+2Δd，…，θmax代入得到不同角度入射的單粒子射程S[1:θ_num]。
將主機上得到的蒙特卡羅LET擬合數(shù)據(jù)LET_Q[1:LET_N]、電路節(jié)點的寄生電容數(shù)據(jù)C[1:Node_num]、不同角度入射的單粒子射程數(shù)據(jù)S[1:θ_num]經(jīng)過通過串口數(shù)據(jù)轉換電路和FLASH讀寫控制模塊下載到FLASH存儲器中，仿真開發(fā)板上的故障控制信號生成模塊開始工作。
故障控制信號生成模塊生成故障控制信號的流程如圖7所示。故障控制信號生成模塊位于可編程邏輯器件上，用HDL語言程序實現(xiàn)，當主控界面通過串口數(shù)據(jù)轉換電路發(fā)來命令開始產生故障控制信號時，同時傳入的還有目標電路的邏輯翻轉電壓ΔV和單粒子脈沖寬度μ參數(shù)，故障控制信號生成模塊初始化復位并載入這些參數(shù)，并等待同步時鐘下降沿的到來，在同步時鐘下降沿到來時，入射角度選擇模塊、空間粒子選擇模塊和電路節(jié)點選擇模塊同時觸發(fā)對FLASH存儲器中空間粒子蒙特卡羅LET擬合數(shù)據(jù)LET_Q[1:LET_N]、不同角度入射的單粒子射程數(shù)據(jù)S[1:θ_num]和電路節(jié)點的寄生電容數(shù)據(jù)C[1:Node_num]的隨機均勻抽取選擇，標記抽取到的數(shù)據(jù)分別為LET_Q[i]、S[i]和C[i]，其中LET_Q的單位為MeV.cm2/mg，根據(jù)97 MeV.cm2/mg等效電離產生的電量約為1pc/um可以變換量綱為pc/um，單粒子射程S的單位為um，電路節(jié)點電容C的單位為um，估算MOS器件由于單粒子效應收集到的電荷Q收為:


估算電路節(jié)點臨界翻轉電荷Q臨為:Q臨＝C[i]×ΔV，判斷Q收是否大于Q臨，若Q收大于Q臨表示收集的電荷大于電路臨界翻轉所需要的電荷，產生單粒子翻轉，應當在該節(jié)點注入故障；此時故障控制信號生成模塊產生一個16位故障注入控制信號，其中最高位為標志位1，表示有故障注入，第2到4位表示脈沖寬度，即該三位2進制數(shù)倍的系統(tǒng)時鐘周期長度，由單粒子脈沖寬度參數(shù)μ決定，剩余低12位為故障注入節(jié)點編號，表示故障注入在電路節(jié)點選擇模塊所選中的電容為C[i]編號為i的節(jié)點上；若Q收小于Q臨表示收集的電荷小于電路臨界翻轉所需要的電荷，不產生單粒子翻轉，不應當在該節(jié)點注入故障，故障控制信號生成模塊產生全“0”的16位故障注入控制信號，表示不注入故障。故障控制信號生成模塊等待同步時鐘上升沿，輸出故障控制信號，同時判斷主控界面是否發(fā)來停止信號，如果為是則停機，如果為否則跳轉至等待同步時鐘下降沿的環(huán)節(jié)重復運行。
本發(fā)明未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
權利要求
1、單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置，其特征在于由主控計算機和仿真開發(fā)板組成，主控計算機內包括空間粒子蒙特卡羅擬合模塊、節(jié)點電容估算模塊和單粒子射程估算模塊，仿真開發(fā)板包括串口數(shù)據(jù)轉換電路、同步電路、FLASH讀寫控制模塊、FLASH存儲器、入射角度選擇模塊、空間粒子選擇模塊、電路節(jié)點選擇模塊和故障控制信號生成模塊；
空間粒子蒙特卡羅擬合模塊，根據(jù)空間粒子抽樣數(shù)據(jù)采用蒙特卡羅方法得到空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)；
節(jié)點電容估算模塊，根據(jù)目標電路的門級HDL代碼和目標電路工藝參數(shù)估算出目標電路故障注入節(jié)點的電容值、勢壘寬度和單粒子垂直入射在有源區(qū)的深度；
單粒子射程估算模塊，根據(jù)單粒子入射角度θ范圍、θ的等分數(shù)θ_num、單粒子垂直入射在有源區(qū)的深度估算出目標電路工藝的MOS器件單粒子射程；
同步電路，控制故障控制信號生成模塊實現(xiàn)故障控制信號和故障注入時間同步；
串口數(shù)據(jù)轉換電路，連接主控計算機與仿真開發(fā)板實現(xiàn)主控計算機與仿真開發(fā)板之間的數(shù)據(jù)轉換，并向故障控制信號生成模塊轉發(fā)由主控計算機發(fā)出的開始產生故障控制信號；
FLASH讀寫控制模塊，控制空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)、電路故障注入節(jié)點的電容值、MOS器件單粒子射程向FLASH存儲器中進行存儲；
FLASH存儲器，存儲空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)、電路故障注入節(jié)點的電容值、MOS器件單粒子射程；
入射角度選擇模塊，隨機生成一個入射角度并選擇FLASH存儲器中存儲的一個MOS器件單粒子射程用于故障注入時估算收集電荷；
空間粒子選擇模塊，隨機選擇FLASH存儲器中存儲的一個空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)用于故障注入時估算收集電荷；
電路節(jié)點選擇模塊，隨機選擇FLASH存儲器中存儲的一個電路故障注入節(jié)點的電容值用于故障注入時估算節(jié)點臨界翻轉電荷；
故障控制信號生成模塊，接收由串口數(shù)據(jù)轉換電路傳送的開始產生故障控制信號，根據(jù)入射角度選擇模塊隨機選擇的空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)、入射角度選擇模塊選擇的MOS器件單粒子射程、電路節(jié)點選擇模塊選擇的電路故障注入節(jié)點的電容值進行計算判斷，并在同步電路的控制下生成故障節(jié)點控制信號。
2、根據(jù)權利要求1所述的單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置，其特征在于所述的空間粒子蒙特卡羅擬合模塊實現(xiàn)過程為
(1)給定N個空間粒子的線形傳輸能量LET與通量率Li，分K段擬合Li的擬合表達式fk(x)，對K段fk(x)分段積分得到Sk(x)，其中N為整數(shù)；
(2)計算Sk(x)的分段概率密度函數(shù)pk(x)和分段概率分布函數(shù)Pk(X)，抽樣Pk(X)擬合的Pk(X)的反函數(shù)Pk-1(Y)；
(3)對Pk-1(Y)均勻抽樣LET_N個點得到空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)LET_Q[1:LET_N]，其中LET_N表示蒙特卡羅擬合數(shù)據(jù)LET_Q的數(shù)據(jù)量。
3、根據(jù)權利要求1所述的單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置，其特征在于所述的節(jié)點電容估算模塊實現(xiàn)過程為
(1)給定目標電路的工藝庫參數(shù)，根據(jù)工藝庫參數(shù)估算MOS管的寄生電容、勢壘寬度XD和單粒子垂直入射在有源區(qū)的深度H；
(2)根據(jù)每個庫單元的MOS管結構估算每個庫單元結構的輸入輸出端寄生電容；
(3)載入目標電路門級HDL代碼，對目標電路門級HDL代碼中的每個故障注入節(jié)點進行編號；
(4)讀入每一個故障注入節(jié)點的信號名，搜索并統(tǒng)計該故障注入節(jié)點連接的所有庫單元，估算該故障注入節(jié)點的總寄生電容；
(5)判斷所有故障注入節(jié)點是否估算完畢，若估算完畢則保存輸出，否則，轉步驟(4)。
4、根據(jù)權利要求1所述的單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置，其特征在于所述的單粒子射程估算模塊實現(xiàn)過程為
(1)給定輸入單粒子入射角θ范圍[θmin，θmax]，等分為θ_num塊，每塊為Δd，其中θmin表示最小入射角，θmax表示最大入射角，
(2)將θ＝θmin，θmin+Δd，θmin+2Δd，…，θmax代入公式得到不同角度入射的單粒子射程S[1:θ_num]。
5、根據(jù)權利要求1所述的單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置，其特征在于所述的故障控制信號生成模塊實現(xiàn)過程為
(1)當接收到串口數(shù)據(jù)轉換電路轉發(fā)的開始產生故障控制信號，故障控制信號生成模塊初始化復位并載入由串口數(shù)據(jù)轉換電路轉發(fā)的邏輯翻轉電壓ΔV和單粒子脈沖寬度μ參數(shù)；
(2)等待時鐘下降沿，選擇空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)、電路故障注入節(jié)點的電容值和MOS器件單粒子射程，根據(jù)空間粒子線形傳輸能量擬合數(shù)據(jù)和電路故障注入節(jié)點的電容值估算收集電荷Q收，根據(jù)MOS器件單粒子射程和邏輯翻轉電壓ΔV估算節(jié)點臨界翻轉電荷Q臨；
(3)判斷Q收是否大于Q臨，若是，則實施故障注入產生故障控制信號，否則，不實施故障注入產生全“0”的控制信號；
(4)等待時鐘上升沿，輸出故障控制信號，判斷主控計算機是否發(fā)出停止信號，若發(fā)出則停止，否則跳轉步驟(2)。
6、根據(jù)權利要求1所述的單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置，其特征在于所述的串口數(shù)據(jù)轉換電路為RS232串口電路。
7、根據(jù)權利要求1所述的單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置，其特征在于所述的同步電路為時鐘晶振電路。
全文摘要
單粒子故障注入模擬的蒙特卡羅隨機信號產生裝置包括由空間粒子蒙特卡羅擬合模塊、節(jié)點電容估算模塊、單粒子射程估算模塊組成的主控計算機，由同步電路、串口數(shù)據(jù)轉換電路、FLASH存儲器、FLASH讀寫控制模塊、入射角度選擇模塊、空間粒子選擇模塊、電路節(jié)點選擇模塊、故障控制信號生成模塊組成的仿真卡，主要應用于半導體器件抗空間單粒子效應能力的驗證。本發(fā)明模擬了空間真實環(huán)境，仿真結果貼近真實環(huán)境，提高了單粒子故障注入模擬的準確性。
文檔編號G06F17/50GK101436224SQ20081024015
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權日2008年12月19日
發(fā)明者鄭宏超, 隆 范, 岳素格, 劉立全, 軍 江, 王振中, 譚建平, 祝長民 申請人:北京時代民芯科技有限公司, 中國航天時代電子公司第七七二研究所