一种高可靠低成本的低压大电流器件单粒子测试系统技术方案

本发明专利技术提供了一种高可靠低成本的低压大电流器件单粒子测试系统，采用定时刷新机制搭建可靠单粒子测试系统，且无需外加程控电源等供电设备，实现低压大电流复杂器件的电压和电流实时监控。系统包括上位机、主控系统、待测器件电源系统、待测系统。上位机负责试验过程控制和试验结果显示。主控系统负责接受上位机操作指令，监控待测器件电源系统，完成电压和电流监测，并控制待测系统完成单粒子效应评估。待测器件电源系统，由可回读输出电压和电流的电路构成，完成待测器件的供电。主控系统监控待测器件电源系统的输出电压和电流并判定和记录单粒子翻转、单粒子锁定和单粒子功能中断等，最终完成待测低压大电流复杂器件的单粒子效应评估。效应评估。效应评估。

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠低成本的低压大电流器件单粒子测试系统


[0001]本申请涉及测试及辐照试验的
，特别是一种测试及辐照试验。

技术介绍

[0002]为应对不断增长且复杂程度越来越高的实时计算和通信需求，许多宇航用电路系统选用大量高功率、高频率可编程逻辑处理器(FPGA)、中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、存储器等相关集成电路构成计算机、网络服务器、信息化工作站等信息化系统。随着复杂程度增加，这些集成电路的工作电压越来越低，工作电流越来越大。
[0003]空间应用的集成电路受到辐射效应的影响，会出现瞬态干扰、数据翻转、性能退化、功能失效等问题。随着器件工作电压越来越低，工作电流越来越大,这些问题的多样性和复杂性进一步增加。为消除此类低压大电流器件对系统长期稳定可靠工作带来的隐患，在宇航应用前必须进行辐射效应评估，以便进行针对性加固设计。
[0004]目前集成电路器件的单粒子效应评估系统中，待测器件需要单独供电来监测电流变化，从而判定是否出现单粒子锁定和单粒子功能中断等效应，现有测试系统供电方式有程控电源供电，这种供电方式的缺点是传输线过长，引入寄生电感，导致待测器件工作电流不准确。复杂集成电路的电源种类多且有较严格的上电和下电顺序，程控电源等设备通道数有限，且针对低压大电流器件所需的设备模块成本较高，因此评估实验系统使用外加程控电源等设备供电常常受到限制。另一种供电方式为芯片供电，主控系统采集电流通常需要模拟转数字电路采集工作电流，但是针对低压大电流器件，这种监测方法的系统设计较为复杂，而且采集精度不理想。因此，我们需要更加可靠且成本较低的系统来检测和评估低压大电流的复杂集成电路单粒子效应。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种可应用于辐照环境下的高可靠低成本的低压大电流器件单粒子效应评估系统，采用定时刷新机制搭建可靠的单粒子效应评估系统，能够避免主控系统受到单粒子辐照而不能正常工作，且无需外加程控电源等供电设备，即可实现低压大电流器件的电压和电流的实时监控。
[0006]第一方面，提供了一种单粒子测试系统，包括上位机、主控系统、待测器件电源系统、待测系统；
[0007]所述上位机用于进行试验设置、试验过程控制和试验结果显示；
[0008]所述待测系统用于承载所述待测器件，并使所述待测器件置于辐照试验区内；
[0009]所述待测器件电源系统为待测器件供电；
[0010]所述主控系统用于执行待测器件的单粒子检测，具体用于监控所述待测器件电源系统的输出的所述待测器件的信息，并判定和记录单粒子翻转、单粒子锁定和单粒子中断。
[0011]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述主控系统用于接受所述上位机的操作指令，监控所述待测器件电源系统以完成电压电流监测，并控制所述待测器件执
行单粒子检测。
[0012]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述待测器件电源系统用于对所述待测器件进行上电时序管理、故障检测、裕量测试、协调关断、测量电压、测量电流以及收集数据。
[0013]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述主控系统包括控制处理FPGA、串口收发器、配置刷新电路、配置FLASH；
[0014]所述控制处理FPGA分别与所述待测器件电源系统、所述配置刷新电路和所述上位机通讯，并通过接插件与所述待测器件相连；
[0015]所述串口收发器为所述上位机和所述控制处理FPGA进行通信的物理层芯片；
[0016]所述配置刷新电路用于上电配置、定时刷新、和监测所述控制处理FPGA；
[0017]所述配置FLASH用于存储配置控制处理FPGA的配置码流。
[0018]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述控制处理FPGA采用BQR5VSX95T作为主控处理FPGA。
[0019]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述串口收发器为RS422接口，RS232接口，USB2.0接口或千兆网口，其中，所述串口收发器满足以下任一项：
[0020]所述串口收发器采用B26LV31TF和B26LV32TF，为RS422接口；
[0021]所述串口收发器采用MAX3232芯片，配置为RS232接口；
[0022]所述串口收发器采用88E1111以太网PHY芯片，配置为千兆网接口；
[0023]所述串口收发器采用CY7C68000芯片，配置为USB2.0接口。
[0024]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述配置刷新电路采用BSV5CBRH，采用定时刷新模式。
[0025]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述配置FLASH采用B17V64RQC来存储控制处理FPGA配置码流。
[0026]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述控制处理FPGA包括串口通信模块、单粒子检测模块、电流监测模块、功能检测模块；
[0027]所述串口通信模块用于接收所述上位机发送的控制指令、传输实验数据；
[0028]所述电流监控模块，对待测器件电源系统进行控制和监测，并对传输回来的电源数据进行分析和判断；
[0029]所述功能检测模块用于控制所述待测器件执行具体的单粒子典型功能，同时通过对输出数据进行检测来判断是否发生了单粒子效应；
[0030]所述单粒子检测模块用于通过电流监测模块返回数据记录粒子辐照期间的单粒子锁定，通过功能检测模块返回数据记录粒子辐照期间的单粒子翻转和单粒子功能中断。
[0031]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述电流监控模块用于实现PMBUS总线接口功能，所述待测器件电源系统选用支持基于PMBUS协议的电源管理芯片，采用多个LTM4673供电，主控处理FPGA可控制其上电和下电顺序，通过PMBUS协议的I2C接口回读数字电源的全部信息并进行分析。
[0032]第二方面，提供了一种单粒子测试方法，所述方法应用于如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的测试系统，所述方法包括：
[0033](1)配置刷新电路读取配置Flash里的码流，配置主控处理FPGA，配置成功后，定时
刷新主控处理FPGA；
[0034](2)辐照试验开始后，上位机发送握手指令给主控系统，与主控处理FPGA建立通信；
[0035](3)上位机发送测试指令，主控处理FPGA的电流监控模块开启待测器件电源系统，待测器件的各个电源上电后进入工作模式，主控处理FPGA记录各个电源电压值和正常工作电流值I0；
[0036](4)主控系统实时监控待测系统各电压电流值并记录I
t
，当I
t
>2I0，判定发生单粒子锁定；当I
t
<1/2I0，判定发生单粒子功能中断；
[0037](5)主控系统实时监测待测系统功能，当出现功能异常，判定发生单粒子翻转或单粒子功能中断。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单粒子测试系统，其特征在于，包括上位机、主控系统、待测器件电源系统、待测系统；所述上位机用于进行试验设置、试验过程控制和试验结果显示；所述待测系统用于承载所述待测器件，并使所述待测器件置于辐照试验区内；所述待测器件电源系统为待测器件供电；所述主控系统用于执行待测器件的单粒子检测，具体用于监控所述待测器件电源系统的输出的所述待测器件的信息，并判定和记录单粒子翻转、单粒子锁定和单粒子中断。2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述主控系统用于接受所述上位机的操作指令，监控所述待测器件电源系统以完成电压电流监测，并控制所述待测器件执行单粒子检测。3.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述待测器件电源系统用于对所述待测器件进行上电时序管理、故障检测、裕量测试、协调关断、测量电压、测量电流以及收集数据。4.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述主控系统包括控制处理FPGA、串口收发器、配置刷新电路、配置FLASH；所述控制处理FPGA分别与所述待测器件电源系统、所述配置刷新电路和所述上位机通讯，并通过接插件与所述待测器件相连；所述串口收发器为所述上位机和所述控制处理FPGA进行通信的物理层芯片；所述配置刷新电路用于上电配置、定时刷新、和监测所述控制处理FPGA；所述配置FLASH用于存储配置控制处理FPGA的配置码流。5.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于，所述控制处理FPGA采用BQR5VSX95T作为主控处理FPGA。6.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于，所述串口收发器为RS422接口，RS232接口，USB2.0接口或千兆网口，其中，所述串口收发器满足以下任一项：所述串口收发器采用B26LV31TF和B26LV32TF，为RS422接口；所述串口收发器采用MAX3232芯片，配置为RS232接口；所述串口收发器采用88E1111以太网PHY芯片，配置为千兆网接口；所述串口收发器采用CY7C68000芯片，配置为USB2.0接口。7.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于，所述配置刷新电路采用BSV5CBRH，采用定时刷新模...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，刘银萍，孙华波，张帆，杨泽宇，杨铭谦，刘映光，黄辉银，吴沛辰，周润辉，
申请(专利权)人：北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：