一种模块化数字集成电路辐射效应在线测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种模块化数字集成电路辐射效应在线测试系统及测试方法，在总结现有数字集成电路辐射效应在线测试系统异同性的基础上，将效应测试中所需的各种功能电路划分为相对独立的模块，每个模块间的电气及机械连接、模块内的设计、系统板的机械结构等均使用现有的工业标准，从而实现系统可使用商用模块或自主研制的模块快速搭建，使之具有更好的可扩展性，从而节约硬件的设计时间及成本。可用于大多数弹星用数字集成电路的辐射效应在线测试。系统对促进这国辐射效应在线测试系统的规范化也具有重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字集成电路辐射效应的测试，尤其涉及一种模块化数字集成电路辐射效应在线测试系统。
技术介绍
空间的天然辐射环境及核辐射环境，会在电子器件中产生总剂量、单粒子、中子位移和瞬间剂量率效应，从而导致电子器件电参数的退化甚至功能失效，严重影响航天器及战略武器的寿命及可靠性，因此必须在地面准确测量电子器件的辐射过程中的电参数及功能变化，以为电子器件的抗辐射性能评价提供数据。电子器件的辐射效应测试分为在线和离线测试两种。其中在线测试主要用于实时监测器件的瞬时辐射效应(如单粒子、剂量率效应等)，或用于在稳态辐照过程(如总剂量、中子位移效应等)中提供辐照偏置。由于辐射效应的特殊性，现有商用测试测量设备很难直接应用于在线测试，需要在研究器件辐射失效现象和机理的基础上，研制所需的辐射效应在线测试系统。数字集成电路主要包括存储器、可编程逻辑阵列(FPGA)、中央处理器(CPU)、中央控制器(MCU)等，是目前空间飞行器及武器装备中使用最为广泛的器件，其辐射效应的测试方法及测量系统也成为国内近年来的重点关注对象。国内目前现有测量系统主要瞄准某种类型或型号的器件研制辐射效应在线测试系统，每个测试系统的研制均需要经过硬件原理设计、PCB板制作、硬件调试、软件编程等多个环节，但数字集成电路种类繁多，器件生产及应用单位会同时面对多种数字集成电路的辐射效应测试需求，若采用现有方法，需要系统开发人员开发多套测试系统，开发工作量大、时间长、成本高，迫切要求更
换研制思路，发展具有通用性的辐射效应在线测试系统。通过分析，各类大规模数字集成电路的总剂量、单粒子、中子位移效应在线测试有以下相同点主要为：(1)测试需求基本相同。数字集成电路的总剂量效应、中子位移效应试验主要是需要测试系统为被测器件(DUT)提供动态或静态辐射偏置，并在辐照过程中监测DUT关键电参数，如功耗电流的变化情况。而单粒子效应试验需要监测DUT的单粒子闭锁(SEL)、单粒子翻转截面(SEU)、单粒子功能中断(SEFI)等截面，其中SEL截面的测试是在电流实时监测的基础上，实现闭锁保护及闭锁次数统计，而SEU、SEFI的测试均是对DUT主要功能的测试。因此器件的单粒子效应测试系统在解决了被测器件与测试电路间的长线传输问题后，就可用于总剂量、单粒子效应的测试。(2)不同电路功能测试的基本原理相同。无论是DSP或SRAM型FPGA器件，其辐射效应的功能测试基本原理均是为DUT提供所需的激励信号，监测输出与期望值的不同。在面临具体的被测器件时，不同器件间的差异主要表现为：(1)电源数量及电压不同；(2)激励信号的数量、时序、频率不同；(3)不同DUT的辐射效应结果处理方法不同。因此不同种类数字集成电路的辐射效应在线测试在总体上是相同的，但具体细节不同，这些不同点可以用软硬件设计来克服，这就使得研制具有较强通用性的集成电路辐射效应在线测试系统在技术上具有很强的可行性。另外，由于国内对各类数字集成电路的辐射效应测试方法还未形成统一的认识和规范，不同单位开发的测量系统大相径庭，所获取的抗辐射性能试验数据无可比性，造成了大量的资源浪费，对测试系统的规范化及标准化提出了要求。在这种情况下，辐射效应在线测试系统的数量与类别越少，其规范化的工作更利于开展与推进，因此辐射效应在线测试系统的规范化工作也迫切需要发
展具有通用性的辐射效应在线测试系统。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
所存在的技术问题，本专利技术在研究数字集成电路辐射效应损伤机理，深入分析总结了各类大规模数字集成电路总剂量、单粒子、中子位移效应在线测试的异同性的基础上，提供了一种模块化数字集成电路辐射效应在线测试系统及测试方法。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种模块化数字集成电路辐射效应在线测试系统，包括远程计算机、本地计算机及辐照板，所述本地计算机不被辐照，其特殊之处在于：所述本地计算机为一种可运行嵌入式操作系统的计算机，包括一个主控模块、至少一个数字IO模块及至少一个电源模块；所述远程计算机通过桌面共享及以太网实现对本地计算机的控制，所述主控模块通过板间总线分别与数字IO模块及电源模块相互通信，所述数字IO模块通过信号线缆与被测器件辐照板相互通信，所述电源模块通过电源电缆与辐照板连接；所述主控模块承担以下功能：D.负责使本地计算机中各个模块相互协调工作，实现对被测器件的辐射效应测试；E.负责对辐射效应数据的处理、保存及显示；F.负责实现显示界面、保存数据及与上位机的远程共享；D.运行嵌入式操作系统；所述数字IO模块为被测电路提供所需的多路驱动信号，并比较被测电路的输出与期望值的差异，在有差异时则产生系统中断或将详细数据缓存，等待主控模块的读取；多路驱动信号的方向、电平、时钟及时序在线实时可调；所述电源模块为被测电路提供所需的电压，并进行输出电压、功耗电流的监测，并具备电流保护功能。以上为本专利技术的基本结构，基于该基本结构，本专利技术还做出以下优化限定：上述IO模块包括板间总线接口、时钟电路、测试向量存储器、程序和数据存储器、IO端口电平及方向调整电路及主控FPGA；所述主控FPGA通过板间总线接口与板间总线相互通信，所述主控FPGA分别与测试向量存储器、程序和数据存储器相互通信，所述主控FPGA通过IO端口电平及方向调整电路与被测器件辐照板相互通信；所述主控FPGA与时钟电路连接；所述板间总线接口主要实现模块间传输总线与IO模块内局部总线间的转换，为主控FPGA与模块间总线的通讯提供一个标准的数据交换接口；所述时钟电路主要由局部总线时钟、FPGA主时钟及IO信号时钟三部分组成；所述局部总线时钟分为两路分别提供给主控FPGA及板间总线接口；FPGA主时钟提供给主控FPGA，主控FPGA访问测试向量存储器、数据和程序存储器的时钟均用这一时钟；所述IO信号时钟的频率在线可调，用于实时调整IO信号的时钟，以满足不同被测电路测试频率的需求，其控制信号由主控FPGA产生，所产生的时钟信号输入到主控FPGA内；所述测试向量存储器主要用于存储IO通道的测试向量，由2片RAM组成，一片作为DUT的输入向量存储器，另一片作为期望值向量存储器；所述程序和数据存储器用于在主控FPGA中嵌入CPU核时作为程序存储器及数据存储器；所述IO端口电平和方向调整电路用于在线实时调整IO端口的电平和方向，使IO模块的输出IO信号电平与被测电路的输入电平一致，IO模块输入信号与主控FPGA的输入电平一致，从而实现对不同电平被测器件的兼容；所述主控FPGA负责与总线接口芯片之间的数据交换，接收主控模块发出的命令与数据，实现被测器件的测试时序，控制IO模块上其它电路。为实现不同模式下的辐射效应的测量，本专利技术主控FPGA内可配置三种电路：(1)通用电路：FPGA内包括局部总线接口、IO时钟控制、IO电平控制、DUT控制与测试子电路，所述DUT控制与测试主要包含DUT驱动产生、DUT输出监测、DUT信号分配三个部分；除DUT控制与测试子电路外，其它子电路的设计用户不可访问与更改；DUT控制与测试子电路提供了基本的模板，接口不可更改，并针对SRAM、FLASH、SRAM型FPGA提供了标准子电路；所述IO时钟控制、IO电平控制、DUT驱动产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化数字集成电路辐射效应在线测试系统，包括远程计算机、本地计算机及辐照板，所述本地计算机不被辐照，其特征在于：所述本地计算机为一种可运行嵌入式操作系统的计算机，包括一个主控模块、至少一个数字IO模块及至少一个电源模块；所述远程计算机通过桌面共享及以太网实现对本地计算机的控制，所述主控模块通过板间总线分别与数字IO模块及电源模块相互通信，所述数字IO模块通过信号线缆与被测器件辐照板相互通信，所述电源模块通过电源电缆与辐照板连接；所述主控模块承担以下功能：A.负责使本地计算机中各个模块相互协调工作，实现对被测器件的辐射效应测试；B.负责对辐射效应数据的处理、保存及显示；C.负责实现显示界面、保存数据及与上位机的远程共享；D.运行嵌入式操作系统；所述数字IO模块为被测电路提供所需的多路驱动信号，并比较被测电路的输出与期望值的差异，在有差异时则产生系统中断或将详细数据缓存，等待主控模块的读取；多路驱动信号的方向、电平、时钟及时序在线实时可调；所述电源模块为被测电路提供所需的电压，并进行输出电压、功耗电流的监测，并具备电流保护功能。

【技术特征摘要】
1.一种模块化数字集成电路辐射效应在线测试系统，包括远程计算机、本地计算机及辐照板，所述本地计算机不被辐照，其特征在于：所述本地计算机为一种可运行嵌入式操作系统的计算机，包括一个主控模块、至少一个数字IO模块及至少一个电源模块；所述远程计算机通过桌面共享及以太网实现对本地计算机的控制，所述主控模块通过板间总线分别与数字IO模块及电源模块相互通信，所述数字IO模块通过信号线缆与被测器件辐照板相互通信，所述电源模块通过电源电缆与辐照板连接；所述主控模块承担以下功能：A.负责使本地计算机中各个模块相互协调工作，实现对被测器件的辐射效应测试；B.负责对辐射效应数据的处理、保存及显示；C.负责实现显示界面、保存数据及与上位机的远程共享；D.运行嵌入式操作系统；所述数字IO模块为被测电路提供所需的多路驱动信号，并比较被测电路的输出与期望值的差异，在有差异时则产生系统中断或将详细数据缓存，等待主控模块的读取；多路驱动信号的方向、电平、时钟及时序在线实时可调；所述电源模块为被测电路提供所需的电压，并进行输出电压、功耗电流的监测，并具备电流保护功能。2.根据权利要求1所述的模块化数字集成电路辐射效应在线测试系统，其特征在于：所述IO模块包括板间总线接口、时钟电路、测试向量存储器、程序和数据存储器、IO端口电平及方向调整电路及主控FPGA；所述主控FPGA通过板间总线接口与板间总线相互通信，所述主控FPGA分
\t别与测试向量存储器、程序和数据存储器相互通信，所述主控FPGA通过IO端口电平及方向调整电路与被测器件辐照板相互通信；所述主控FPGA与时钟电路连接；所述板间总线接口主要实现模块间传输总线与IO模块内局部总线间的转换，为主控FPGA与模块间总线的通讯提供一个标准的数据交换接口；所述时钟电路主要由局部总线时钟、FPGA主时钟及IO信号时钟三部分组成；所述局部总线时钟分为两路分别提供给主控FPGA及板间总线接口；FPGA主时钟提供给主控FPGA，主控FPGA访问测试向量存储器、数据和程序存储器的时钟均用这一时钟；所述IO信号时钟的频率在线可调，用于实时调整IO信号的时钟，以满足不同被测电路测试频率的需求，其控制信号由主控FPGA产生，所产生的时钟信号输入到主控FPGA内；所述测试向量存储器主要用于存储IO通道的测试向量，由2片RAM组成，一片作为DUT的输入向量存储器，另一片作为期望值向量存储器；所述程序和数据存储器用于在主控FPGA中嵌入CPU核时作为程序存储器及数据存储器；所述IO端口电平和方向调整电路用于在线实时调整IO端口的电平和方向，使IO模块的输出IO信号电平与被测电路的输入电平一致，IO模块输入信号与主控FPGA的输入电平一致，从而实现对不同电平被测器件的兼容；所述主控FPGA负责与总线接口芯片之间的数据交换，接收主控模块发出的命令与数据，实现被测器件的测试时序，控制IO模块上其它电路。3.根据权利要求2所述的模块化数字集成电路辐射效应在线测试系统，其特征在于：主控FPGA内可配置三种电路：(1)通用电路：FPGA内包括局部总线接口、IO时钟控制、IO电平控制、DUT控制与测试子电路，所述DUT控制与测试主要包含DUT驱动产生、DUT输出监测、DUT信号分配三个部分；除DUT控制与测试子电路外，其它子电路
\t的设计用户不可访问与更改；DUT控制与测试子电路提供了基本的模板，接口不可更改，并针对SRAM、FLASH、SRAM型FPGA提供了标准子电路；所述IO时钟控制、IO电平控制、DUT驱动产生及DUT输出监测分别通过局部总线接口与板间总线接口连接，所述IO时钟控制的输出与时钟电路连接，所述IO电平控制的输入接收来自IO端口电平及方向调整电路的实测电平信号，所述IO电平控制的输出发送电平调整控制信号给IO端口电平及方向调整电路；所述DUT驱动产生的输出与DUT信号分配连接，所述DUT输出监测的输入与DUT信号分配连接；DUT信号分配与IO端口电平及方向调整电路连接；当配置通用电路时，IO模块从板间总线接口接收主控模块发给的数据或命令，由IO模块内的总线接口电路转换为板内局部总线，主控FPGA内局部总线接口则从局部总线接收数据或命令，并将这些数据或命令依据总线上的地址信息译码后写入指定的触发器中；数据上传给主控模块的过程与这一过程相反；(2)CPU内核电路：该电路是在FPGA内嵌入软核或利用FPGA中的硬核，局部总线接口、IO时钟控制、IO电平控制、程序和数据存储器接口、DUT控制与测试等子电路都以标准IP核的形式挂接在该CPU核的总线上；在配置该电路时，局部总线接口接收到主控模块发送的数据或命令时，以中断的形成告知CPU核，再由CPU核将数据分发给指定的电路；其数据的回传过程与此相反；(3)基于测试向量的电路：该电路使用了IO模块上的测试向量存储器，此时测试向量存储器中的两片RAM，一片作为DUT的输入向量存储器、另一片作为期望值向量存储器；输出向量存储器的值来自于两种情况，一种是由主控模块直接写入，一种是在辐射效应试验前，写入实际采样的DUT输出信号；主控FPGA内包括局部总线接口、IO时钟控制、IO电平控制、错误数据缓存器、输出比较器、DUT信号分配、FIFO1及FIFO2；所述IO时钟控制、IO电平控制、错误数据缓存器通过局部总线接口与板间总线接口连接，所述IO时
\t钟控制的输出端与时钟电路连接，所述IO电平控制的输入接收来自IO端口电平及方向调整电路的实测...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚志斌，盛江坤，陈伟，何宝平，刘敏波，马武英，黄绍艳，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61