一种宽范围LET值测量标定系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种宽范围LET值测量标定系统及方法，包括：单粒子翻转标准件测试电路板、多阈值SRAM封装标准件、上位机以及远程控制中心；单粒子翻转标准件测试电路板中设置有控制FPGA，控制FPGA与设置在单粒子翻转标准件测试电路板中的多阈值SRAM封装标准件相连，用于提供输入测试图形码给多阈值SRAM封装标准件，并将在重离子辐照测试过程中动态遍历回读多阈值SRAM封装标准件中存储阵列的数值与测试图形码进行实时比较，将比较后获得的统计错误数发回给上位机；上位机根据接收数据构建单粒子效应截面数据库，同时上传数据到远程控制中心。本发明专利技术可以广泛应用于空间单粒子效应评估技术及重离子LET值测量技术领域。技术及重离子LET值测量技术领域。技术及重离子LET值测量技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种宽范围LET值测量标定系统及方法


[0001]本专利技术属于空间单粒子效应评估技术及重离子LET值测量
，具体涉及一种基于多阈值SRAM封装器件的宽范围LET值测量标定系统及方法。

技术介绍

[0002]星载电子系统是实现航天器遥控、电源管理、信号处理与收发、姿态控制等关键平台功能的核心部件，其在轨工作的寿命及可靠性直接决定了航天探测任务的成败。自然空间存在较高能量的重离子射线，当其入射到星载电子系统的电子元器件内部时会通过电磁相互作用过程损失能量，在电子元器件的敏感区附近产生大量的电子空穴对，进而使得电子元器件进入严重性系统故障状态。因此，为了确保电子元器件的在轨可靠性，必须根据目标轨道空间的辐射环境等效LET开展电子元器件重离子辐照单粒子效应测试考核，以保障航天器在轨运行的安全等级及可靠性寿命。
[0003]当电子元器件受到自然空间内较高能量的重离子射线照射时，若该存储元件的功能是存储系统的运行指令，单粒子翻转会使器件的控制流中出现非法指令，进而导致电子元器件无法解译该指令而进入程序锁死等严重性系统故障状态。因此，为了确保电子元器件的在轨可靠性，必须根据目标轨道空间的辐射环境等效LET开展电子元器件重离子辐照单粒子效应测试考核，以保障航天器在轨运行的安全等级及可靠性寿命。
[0004]目前国内外主要基于重离子加速器辐照测试技术，开展电子元器件空间重离子单粒子效应测试评估考核。首先，基于地面重离子辐照电子元器件实验结果，获得电子元器件的关键单粒子效应敏感参数：单粒子效应翻转阈值LET/>th
和饱和事件截面σ
sat
。然后，以空间轨道环境的等效LET为输入条件，评估电子元器件的在轨单粒子失效错误率。因此，为了确保电子元器件的在轨单粒子失效错误率评估结果的可靠性，需要解决两个关键的核心问题：一是如何准确标定地面重离子辐照测试离子的LET值，二是如何精确标定航天器目标空间轨道环境的等效LET值。
[0005]常规重离子加速器辐照测试单粒子效应实验研究中，确定待测电子元器件表面LET0值的方法是求解Beth
‑
Block方程：
[0006][0007]其中，z为入射离子的电荷数，e为单位电荷的电量，Z为靶材料的原子序数，N为靶材料单位体积中的原子数，ρ为靶材料的密度，m0为电子的静止质量，ν为入射粒子的初始速度，I为靶材料原子的平均电离电势，c为光速。
[0008]首先通过测量离子束流路径所穿透材质的元素成分以及厚度，然后由初始能量E0出发求解离子到达待测器件表面时的能量损失ΔE，进而获得待测器件表面的离子能量E＝E0‑
ΔE，代入上述Beth
‑
Block方程从而计算待测器件表面的LET0。但是此方法的缺点在于，Beth
‑
Block方程是复杂物理过程的理想化简约物理模型，忽视了离子与物质相互作用的随机性、矢量性以及LET内禀平均性的物理属性；而且物理测量离子束流路径穿透材质的元素
成分以及厚度具有一定的测量误差。因此，通过理论计算求解待测器件表面LET0会与实际的LET值存在一定的差异，特别是当离子穿透的物质层较厚时离子的纵向岐离度较大，因此理论计算求解的LET值与实际值之间的差异就越专利技术显。
[0009]在标定目标空间轨道环境的等效LET值方面，目前国内外主要通过空间辐射环境模型及理论计算来确定目标空间轨道环境的等效LET值，但目前的空间辐射环境模型将复杂的动态空间辐射环境理想化为简约的固定模型，忽视了辐射环境的局部空间随机性和时间尺度不平均性，通过该固定模型获得的目标空间轨道环境的等效LET值与实际LET值之间存在一定的差异。因此，基于理论计算获得待测元器件表面LET0和目标空间轨道环境的等效LET值，进而预估先进纳米器件的在轨错误率的方法存在明显的缺陷与计算误差。
[0010]另外，先进纳米器件的单粒子翻转临界电荷已降低至0.3fC(2000个电子)及以下，纳米器件表面LET0数值的些许变化都将导致器件翻转截面的显著差异，因而传统基于求解Beth
‑
Block方程以及空间辐射环境模型获得器件表面LET0和目标空间轨道LET谱的方法，其存在的计算误差会导致预估空间错误率结果的不可靠。因此，需要发展新的LET标定测试技术方案，获得精准的LET数值，进而确保先进纳米器件地面辐照测试和在轨错误率预估结果的可靠性。

技术实现思路

[0011]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于多阈值SRAM封装器件的宽范围LET值测量标定系统及方法，能够对离子LET值进行快速准确标定。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0013]第一方面，本专利技术提供一种宽范围LET值测量标定系统，包括：单粒子翻转标准件测试电路板、多阈值SRAM封装标准件、上位机以及远程控制中心；
[0014]所述单粒子翻转标准件测试电路板中设置有控制FPGA，所述控制FPGA与设置在所述单粒子翻转标准件测试电路板中的多阈值SRAM封装标准件相连，用于提供输入测试图形码给所述多阈值SRAM封装标准件，并将在重离子辐照测试过程中动态遍历回读多阈值SRAM封装标准件中存储阵列的数值与测试图形码进行实时比较，将比较后获得的统计错误数发回给所述上位机；
[0015]所述上位机根据接收数据对多阈值SRAM封装标准件的单粒子翻转效应进行实时监测、记录与分析，并构建单粒子效应截面数据库，用于对重离子LET值进行标定，同时上传数据到远程控制中心。
[0016]进一步，所述多阈值SRAM封装标准件采用封装技术将多个具有不同单粒子翻转LET
th
阈值的SRAM模块均匀封装在一个模具内而成。
[0017]进一步，各所述SRAM模块在所述模具内的排布方式使得所述多阈值SRAM封装器件的测量死区占比最小。
[0018]进一步，所有所述SRAM模块的单粒子翻转LET
th
阈值组合后使得所述多阈值SRAM封装标准件的单粒子界面有效上升区能够覆盖1MeV
·
cm2/mg～75MeV
·
cm2/mg。
[0019]进一步，所述多阈值SRAM封装标准件的物理尺寸为2cm
×
2cm及以上。
[0020]进一步，单粒子翻转标准件电路板还包括电源模块、板载SDRAM、板载FLASH、JTAG串口和RS232串口；所述板载SDRAM和板载FLASH与所述控制FPGA相连，且所述板载Flash用
于存储所述控制FPGA的嵌入式程序的配置文件，所述板载SDRAM用于提供所述控制FPGA的嵌入式程序运行时所需要的额外存储空间；所述JTAG串口和RS232串口用于实现所述控制FPGA和上位机的通讯；所述电源模块与所述控制FPGA、板载SDRAM和板载FLASH相连，为其提供电源。
[0021]进一步，所述多阈值SRAM封装标准件还经采样电阻和电流传感器与程控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽范围LET值测量标定系统，其特征在于，包括：单粒子翻转标准件测试电路板、多阈值SRAM封装标准件、上位机以及远程控制中心；所述单粒子翻转标准件测试电路板中设置有控制FPGA，所述控制FPGA与设置在所述单粒子翻转标准件测试电路板中的多阈值SRAM封装标准件相连，用于提供输入测试图形码给所述多阈值SRAM封装标准件，并将在重离子辐照测试过程中动态遍历回读多阈值SRAM封装标准件中存储阵列的数值与测试图形码进行实时比较，将比较后获得的统计错误数发回给所述上位机；所述上位机根据接收数据对多阈值SRAM封装标准件的单粒子翻转效应进行实时监测、记录与分析，并构建单粒子效应截面数据库，用于对重离子LET值进行标定，同时上传数据到远程控制中心。2.如权利要求1所述的一种宽范围LET值测量标定系统，其特征在于，所述多阈值SRAM封装标准件采用封装技术将多个具有不同单粒子翻转LET
th
阈值的SRAM模块均匀封装在一个模具内而成。3.如权利要求2所述的一种宽范围LET值测量标定系统，其特征在于，各所述SRAM模块在所述模具内的排布方式使得所述多阈值SRAM封装器件的测量死区占比最小。4.如权利要求2所述的一种宽范围LET值测量标定系统，其特征在于，所有所述SRAM模块的单粒子翻转LET
th
阈值组合后使得所述多阈值SRAM封装标准件的单粒子界面有效上升区能够覆盖1MeV
·
cm2/mg～75MeV
·
cm2/mg。5.如权利要求1所述的一种宽范围LET值测量标定系统，其特征在于，所述多阈值SRAM封装标准件的物理尺寸为2cm
×
2cm及以上。6.如权利要求1所述的一种宽范围LET值测量标定系统，其特征在于，单粒子翻转标准件电路板还包括电源模块、板载SDRAM、板载FLASH、JTAG串口和RS232串口；所述板载SDRAM和板载FLASH与所述控制FPGA相连，且所述板载Flash用于存储所述控制FPGA的嵌入式程序的配置文件，所述板载SDRAM用于提供所述控制FPGA的嵌入式程...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵培雄，刘杰，孙友梅，李东青，闫晓宇，陈麒宇，杨金虎，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：