CN101436224A - 单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置 - Google Patents

Abstract

单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置包括由空间粒子蒙特卡罗拟合模块、节点电容估算模块、单粒子射程估算模块组成的主控计算机，由同步电路、串口数据转换电路、FLASH存储器、FLASH读写控制模块、入射角度选择模块、空间粒子选择模块、电路节点选择模块、故障控制信号生成模块组成的仿真卡，主要应用于半导体器件抗空间单粒子效应能力的验证。本发明模拟了空间真实环境，仿真结果贴近真实环境，提高了单粒子故障注入模拟的准确性。

Description

单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置

技术领域

本发明涉及一种单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，主要应用于半导体器件抗空间单粒子效应能力的验证。

背景技术

当数字电路应用在空间环境中时，空间高能粒子会穿透半导体器件内部并在路径上产生电离，电路节点会吸收电离产生的电子和空穴从而导致电路错误，这种效应称为单粒子效应。地面模拟单粒子效应主要有辐照实验方法和仿真方法，辐照实验方法成本高周期长，仿真方法成本低易实现，成为目前用于验证电路抗单粒子的一种亟待研究的方法。

故障注入方法是验证大规模集成电路VLSI抗空间单粒子效应的一种重要仿真方法，通过选择注入方式、注入故障类型、注入电路位置来注入故障，可用于分析评价电路的容错能力，进而模拟空间单粒子效应。目前在抗空间单粒子效应能力验证技术领域里采用的故障注入方法有多种，它们的主要区别在于如何产生逻辑翻转(硬件实现还是软件仿真)、产生一个什么样的逻辑翻转(翻转类型)和电路的网格节点如何划分(电路节点覆盖率)等方面，它们一个重要的共同点是在触发故障注入的方式上都采用了简单的均匀触发或者遍历节点触发方式。这两种方式的主要不足在于忽视了空间环境的特殊性和电路本身的电特性，不能用于模拟一个实际辐照实验的结果，因而与真实的空间单粒子效应作用结果存在较大误差。空间环境的特殊性中很重要的两点：(1)空间中宇宙高能粒子的线形能量传输(LET)分布是非线形的，而非均匀分布的；(2)空间粒子从不同角度入射产生的能量沉积也是非线形的。

电路本身的电特性在本文中主要指电路不同节点具有不同的电容特性，容性大的节点发生单粒子翻转的翻转阈值大于容性小的节点，因此也存在着单粒子翻转概率在电路节点分布上非均匀分布的特点。

综上所述，目前现有的故障注入方法在验证大规模目标电路的抗单粒子效应，在触发故障注入的方式上采用简单的均匀触发或者遍历节点触发，没有考虑空间环境的特殊性和电路本身的电特性，因而难以贴近真实空间单粒子效应的物理过程，使得故障注入仿真结果与辐照实验产生较大误差，因此为了得到理想的仿真实验结果，需要一种贴近真实空间单粒子效应的故障控制信号产生方法来触发故障注入。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，本发明模拟了空间真实环境，仿真结果贴近真实环境，提高了单粒子故障注入模拟的准确性。

本发明的技术解决方案是：单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，其特征在于：由主控计算机和仿真开发板组成，主控计算机内包括空间粒子蒙特卡罗拟合模块、节点电容估算模块和单粒子射程估算模块，仿真开发板包括串口数据转换电路、同步电路、FLASH读写控制模块、FLASH存储器、入射角度选择模块、空间粒子选择模块、电路节点选择模块和故障控制信号生成模块；

空间粒子蒙特卡罗拟合模块，根据空间粒子抽样数据采用蒙特卡罗方法得到空间粒子线形传输能量拟合数据；

节点电容估算模块，根据目标电路的门级HDL代码和目标电路工艺参数估算出目标电路故障注入节点的电容值、势垒宽度和单粒子垂直入射在有源区的深度；

单粒子射程估算模块，根据单粒子入射角度θ范围、θ的等分数θ_num、单粒子垂直入射在有源区的深度估算出目标电路工艺的MOS器件单粒子射程；

同步电路，控制故障控制信号生成模块实现故障控制信号和故障注入时间同步；

串口数据转换电路，连接主控计算机与仿真开发板实现主控计算机与仿真开发板之间的数据转换，并向故障控制信号生成模块转发由主控计算机发出的开始产生故障控制信号；

FLASH读写控制模块，控制空间粒子线形传输能量拟合数据、电路故障注入节点的电容值、MOS器件单粒子射程向FLASH存储器中进行存储；

FLASH存储器，存储空间粒子线形传输能量拟合数据、电路故障注入节点的电容值、MOS器件单粒子射程；

入射角度选择模块，随机生成一个入射角度并选择FLASH存储器中存储的一个MOS器件单粒子射程用于故障注入时估算收集电荷；

空间粒子选择模块，随机选择FLASH存储器中存储的一个空间粒子线形传输能量拟合数据用于故障注入时估算收集电荷；

电路节点选择模块，随机选择FLASH存储器中存储的一个电路故障注入节点的电容值用于故障注入时估算节点临界翻转电荷；

故障控制信号生成模块，接收由串口数据转换电路传送的开始产生故障控制信号，根据入射角度选择模块随机选择的空间粒子线形传输能量拟合数据、入射角度选择模块选择的MOS器件单粒子射程、电路节点选择模块选择的电路故障注入节点的电容值进行计算判断，并在同步电路的控制下生成故障节点控制信号。

所述的空间粒子蒙特卡罗拟合模块实现过程为：

(1)给定N个空间粒子的线形传输能量LET与通量率Li，分K段拟合Li的拟合表达式f_k(x)，对K段f_k(x)分段积分得到S_k(x)，其中N为整数；

(2)计算S_k(x)的分段概率密度函数p_k(x)和分段概率分布函数P_k(X)，抽样P_k(X)拟合的P_k(X)的反函数P_k ^-1(Y)；

(3)对P_k ^-1(Y)均匀抽样LET_N个点得到空间粒子线形传输能量拟合数据LET_Q[1:LET_N]，其中LET_N表示蒙特卡罗拟合数据LET_Q的数据量。

所述的节点电容估算模块实现过程为：

(1)给定目标电路的工艺库参数，根据工艺库参数估算MOS管的寄生电容、势垒宽度X_D和单粒子垂直入射在有源区的深度H；

(2)根据每个库单元的MOS管结构估算每个库单元结构的输入输出端寄生电容；

(3)载入目标电路门级HDL代码，对目标电路门级HDL代码中的每个故障注入节点进行编号；

(4)读入每一个故障注入节点的信号名，搜索并统计该故障注入节点连接的所有库单元，估算该故障注入节点的总寄生电容；

(5)判断所有故障注入节点是否估算完毕，若估算完毕则保存输出，否则，转步骤(4)。

所述的单粒子射程估算模块实现过程为：

(1)给定输入单粒子入射角θ范围[θmin，θmax]，等分为θ_num块，每块为Δd，其中θmin表示最小入射角，θmax表示最大入射角， $\mathrm{\Δd}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\max }-{\mathrm{\θ}}_{\min }}{\mathrm{\θ}\_\mathrm{num}};$

(2)将θ＝θ_min，θ_min+Δd，θ_min+2Δd，…，θ_max代入公式 $S=\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}},$ 得到不同角度入射的单粒子射程S[1:θ_num]。

所述的故障控制信号生成模块实现过程为：

(1)当接收到串口数据转换电路转发的开始产生故障控制信号，故障控制信号生成模块初始化复位并载入由串口数据转换电路转发的逻辑翻转电压ΔV和单粒子脉冲宽度μ参数；

(2)等待时钟下降沿，选择空间粒子线形传输能量拟合数据、电路故障注入节点的电容值和MOS器件单粒子射程，根据空间粒子线形传输能量拟合数据和电路故障注入节点的电容值估算收集电荷Q_收，根据MOS器件单粒子射程和逻辑翻转电压ΔV估算节点临界翻转电荷Q_临；

(3)判断Q_收是否大于Q_临，若是，则实施故障注入产生故障控制信号，否则，不实施故障注入产生全“O”的控制信号；

(4)等待时钟上升沿，输出故障控制信号，判断主控计算机是否发出停止信号，若发出则停止，否则跳转步骤(2)。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明从空间粒子LET分布和不同角度入射两方面模拟了真实空间中发生的单粒子效应，利用蒙特卡罗方法拟合产生空间粒子的LET分布数据，代替了以往的线形拟合方法产生的分布数据，同时模拟了空间粒子从不同角度入射时产生不同的单粒子射程的过程，而非以往的只考虑垂直入射一种入射情况，从而使得故障注入仿真结果贴近空间真实环境；

(2)本发明电路节点电容估算模块可以利用目标电路的工艺参数和门级HDL代码自动估算目标电路所有故障注入节点的寄生电容，从而引入了目标电路的电学特性，弥补了以往方法不考虑芯片工艺忽视了电学特性的不足，使得单粒子故障注入模拟得到的目标电路的敏感节点/路径更加贴近辐照实验结果；

(3)本发明发挥了蒙特卡罗方法的优点，即用于处理不易获得大量抽样数据且无法总结数学规律的空间数据方面的优势，避免了传统故障注入方法中采用线形拟合或均匀随机方式带来的概率密度不匹配等失真问题，从而提高单粒子故障注入模拟的准确性。

附图说明

图1是本发明蒙特卡罗随机信号产生装置的结构原理图；

图2是本发明蒙特卡罗随机信号产生方法的流程图；

图3是本发明空间粒子蒙特卡罗拟合模块的工作流程图；

图4是本发明节点电容估算模块的工作流程图；

图5是本发明节点X寄生电容的估算原理图；

图6是本发明单粒子射程估算的原理图；

图7是本发明故障控制信号生成模块的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明装置包括主控计算机和仿真开发板，主控计算机中含有主控界面、空间粒子蒙特卡罗拟合模块、节点电容估算模块、单粒子射程估算模块；仿真开发板含有同步电路、串口数据转换电路、FLASH存储器、FLASH读写控制模块、入射角度选择模块、空间粒子选择模块、电路节点选择模块、故障控制信号生成模块。主控计算机上的主控界面为一段VC程序，该程序包含了空间粒子蒙特卡罗拟合模块、节点电容估算模块和单粒子射程估算模块；主控计算机通过串口数据转换电路与仿真开发板相连；串口数据转换电路为RS232串口电路；同步电路为时钟晶振电路；FLASH读写控制模块、入射角度选择模块、空间粒子选择模块、电路节点选择模块和故障控制信号生成模块用可编程逻辑器件实现。

如图2所示，为本发明方法的流程可以分为初始化准备、空间粒子蒙特卡罗拟合、电路节点电容估算、单粒子射程估算和故障控制信号生成五个部分。具体实现过程如下：

(1)系统初始化复位，准备目标电路的门级HDL代码、轨道空间粒子的线形传输能量(LET)与通量率(FLUX)抽样数据，准备目标电路工艺参数：沟道宽度W、沟道长度L、结深XJ、横向扩散长度Xd、施主浓度ND、受主浓度NA，其他需要提供的参数：单粒子入射角度θ范围[θmin，θmax]、θ的等分数θ_num、逻辑翻转电压ΔV和单粒子脉冲宽度μ。

(2)空间粒子蒙特卡罗拟合模块根据步骤(1)中的轨道空间粒子的线形传输能量(LET)与通量率(FLUX)抽样数据进行蒙特卡罗拟合，得到蒙特卡罗LET拟合数据LET_Q；

(3)节点电容估算模块根据步骤(1)中的目标电路的门级HDL代码和目标电路工艺参数估算电路节点寄生电容C；

(4)单粒子射程估算模块根据步骤(1)中的单粒子入射角度θ范围、e的等分数θ_num和步骤(3)中得到的单粒子垂直入射的深度H，估算不同角度入射单粒子的射程S；

(5)将LET_Q、C和S通过串口数据转换电路和FLASH读写控制模块下载到FLASH存储器中，开始生成故障控制信号，可编程逻辑器件上的空间粒子选择模块随机选择FLASH存储器中的一个LET_Q，电路节点选择模块随机选择FLASH存储器中的一个C，入射角度选择模块随机生成一个入射角度并选择FLASH存储器中的一个S，故障控制信号生成模块根据LET_Q、C和S判断并生成故障节点控制信号。

下面具体介绍本发明装置及方法的实现过程。

主控计算机上的主控界面载入轨道空间粒子的线形传输能量(LET)与通量率(FLUX)抽样数据进行蒙特卡罗拟合，得到空间粒子的线形传输能量(LET)的蒙特卡罗LET拟合数据；主控界面载入目标电路的门级HDL代码和目标电路工艺参数估算电路节点电容；主控界面载入单粒子入射角度θ范围、θ的等分数、逻辑翻转电压和单粒子脉冲宽度估算不同角度入射单粒子的射程S将蒙特卡罗LET拟合数据和电路节点估算电容值通过串口数据转换电路和FLASH读写控制模块下载到FLASH存储器中；可编程逻辑器件上的空间粒子选择模块随机选择FLASH存储器中的一个蒙特卡罗LET拟合数据，电路节点选择模块随机选择FLASH存储器中的一个电路节点估算电容，入射角度选择模块随机生成一个入射角度并计算射程，故障控制信号生成模块根据线形传输能量(LET)、射程、节点估算电容信息进行计算判断，并在同步电路的控制下生成故障节点控制信号。

蒙特卡罗(Monte Carlo)方法属于试验数学分支，它利用随机数进行统计试验，以求得的统计特征值作为待解问题的数值解。其主要思想是在计算机上模拟实际概率过程，然后加以统计处理。和传统的数学方法相比，它能处理一些其他方法所不能处理的复杂问题，并且容易在计算机上实现，蒙特卡罗方法已经在物理、原子能、固体物理及电路设计等领域中得到了广泛应用。空间粒子蒙特卡罗拟合的过程如图3所示，采用美国Microsoft公司的产品Microsoft VisualStudio 2005软件和美国Mathworks公司的产品MATLAB 7.0软件编制的计算机程序来完成。在主控界面下输入N个空间粒子的LET值与通量率Li(LET，FLUX)，其中LET为空间粒子线形传输能量，FLUX为空间粒子通量率。分K段拟合Li得K个拟合表达式f_k(x)：

$f_k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}{f}_1\left(x\right),x\∈[x_1,x_2]\\ \·\\ \·\\ \·\\ f_K\left(x\right),x\∈[x_K,x_{K+1}]\end{array}\right.$

其中参数K在主控界面下输入给定，K决定了拟合表达式f_k(x)对真实空间粒子LET和通量率的拟合程度，K的给定与N和Li(LET，FLUX)有关。

对K段f_k(x)分段积分得分段积分值S_k(x)：

$S_k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}{S}_1={\∫}_{x_1}^{x_2}{f}_1\left(x\right)\mathrm{dx},x\∈[x_1,x_2]\\ \·\\ \·\\ \·\\ S_K={\∫}_{x_K}^{x_{K+1}}{f}_K\left(x\right)\mathrm{dx},x\∈[x_K,x_{K+1}]\end{array}\right.$

分段计算K段概率密度函数p_k(x)：

$p_k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}{p}_1=\frac{f_1\left(x\right)}{S_1+\·\·\·+S_k},x\∈[x_1,x_2]\\ \·\\ \·\\ \·\\ p_k=\frac{f_k\left(x\right)}{S_1+\·\·\·{+S}_k},x\∈[x_K,x_{K+1}]\end{array}\right.$

分段计算分段概率分布函数P_k(X)：

$P_k\left(X\right)=\left\{\begin{array}{c}\underset{x_1}{\overset{X}{\∫}}{p}_1\left(x\right)\mathrm{dx},x\∈[x_1,x_2]\\ \·\\ \·\\ \·\\ \underset{x_K}{\overset{X}{\∫}}{p}_K\left(x\right)\mathrm{dx},x\∈[x_K,x_{K+1}]\end{array}\right.$

抽样P_k(X)拟合的P_k(X)反函数P_k ^-1(Y)：

$X=P_k^{-1}\left(Y\right)=\left\{\begin{array}{c}{P}_1^{-1}\left(Y\right),y\∈[y_1,y_2]\\ \·\\ \·\\ \·\\ P_k^{-1}\left(Y\right),y\∈[y_K,y_{K+1}]\end{array}\right.$

对P_k ^-1(Y)均匀抽样LET_N个点得到蒙特卡罗LET拟合数据LET_Q[1:LET_N]，其中LET_N表示蒙特卡罗LET拟合数据LET_Q的数据量，在主控界面下输入给定，所得到的蒙特卡罗LET拟合数据LET_Q即为对原空间粒子采样数据的蒙特卡罗扩展，两者具有相同的概率分布函数。

电路节点电容估算的过程如图4所示，采用美国Microsoft公司的产品Microsoft Visual Studio 2005软件编制的计算机程序来完成。首先在主控界面中输入工艺库参数：沟道宽度W、沟道长度L、结深XJ、横向扩散长度Xd、施主浓度ND、受主浓度NA，根据这些参数估算NMOS管和PMOS管的栅源电容C_gs-p、C_gs-n、栅漏电容C_gd-p、C_gd-n，估算势垒宽度XD：

$C_{\mathrm{gs}-p}=\frac{1}{2}{W}_p{L}_p{C}_{\mathrm{ox}}\≈\frac{1}{2}{W}_p{L}_p\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ox}}}{L_{\min }/50}$

$C_{\mathrm{gs}-n}=\frac{1}{2}{W}_n{L}_n{C}_{\mathrm{ox}}\≈\frac{1}{2}{W}_n{L}_n\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ox}}}{L_{\min }/50}$

$C_{\mathrm{gd}-p}=W_p{X}_p{C}_{\mathrm{ox}}\≈W_p{X}_d\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ox}}}{L_{\min }/50}$

$C_{\mathrm{gd}-n}=W_n{X}_n{C}_{\mathrm{ox}}\≈W_n{X}_d\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ox}}}{L_{\min }/50}$

其中ε_ox为SiO₂介电常数，为内建电势：

其中V_T为热电压，常温下为常值，q为电子电量。

单粒子垂直入射在有源区的深度H可以近似为：H＝X_D+X_J。接下来估算每个库单元结构的输入输出端寄生电容，根据每个库单元的MOS管结构，以“二输入与非门”库单元为例，输入端连接着1个NMOS管栅级和1个PMOS管栅级，因此输入端寄生电容可以近似为C_gs-p+C_gs-n+C_gd-p+C_gd-n，输出端连接着1个NMOS管漏级和2个PMOS管漏级，因此输出端寄生电容可以近似为2C_gd-p+C_gd-n。以此类推根据每个库单元的MOS管结构分别计算出每个库单元的输入端和输出端近似电容。接下来由主控界面载入目标电路的门级HDL代码，对门级HDL代码中的每个故障注入节点进行编号Node[i]，读入每一个节点的信号名，并搜索HDL代码统计该节点连接在哪些库单元的输入输出端上，因为这些寄生电容是并联接地关系，故该节点所连接的库单元的输入输出端寄生电容相加得到总的寄生电容估计值。

图5以节点X总寄生电容Cx的计算过程为例说明节点寄生电容的计算过程。节点X连接了三输入与非门和二输入与非门两个库单元，因此节点X总寄生电容Cx等于三输入与非门输出端寄生电容加上二输入与非门输入端寄生电容：

C_x＝2(C_gd-p+C_gd-n)+(C_gs-p+C_gs-n+C_gd-p+C_gd-n)＝3C_gd-p+3C_gd-n+C_gs-p+C_gs-n

以此类推估算出每个故障注入电路节点的寄生电容C[1:Node_num]。

单粒子射程估算的原理如图6所示，图中三层分别为n⁺注入区、耗尽区和p衬底，定义单粒子入射偏移垂直方向的角度为θ，单粒子射程S可以近似估算为： $S=\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}},$ 其中H为电路节点电容估算模块得到的单粒子垂直入射在有源区(n⁺注入区+耗尽区)的深度，θ的范围由主控界面输入给定范围[θmin，θmax]，θ的等分数θ_num由主控界面输入给定，即θ_num表示将范围[θmin，θmax]等分为θ_num块，每块大小Δd为： $\mathrm{\Δd}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\max }-{\mathrm{\θ}}_{\min }}{\mathrm{\θ}\_\mathrm{num}},$ 为了估算在不同角度入射下单粒子的射程S，在主控界面程序中将θ＝θ_min，θ_min+Δd，θ_min+2Δd，…，θ_max代入 $S=\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}},$ 得到不同角度入射的单粒子射程S[1:θ_num]。

将主机上得到的蒙特卡罗LET拟合数据LET_Q[1:LET_N]、电路节点的寄生电容数据C[1:Node_num]、不同角度入射的单粒子射程数据S[1:θ_num]经过通过串口数据转换电路和FLASH读写控制模块下载到FLASH存储器中，仿真开发板上的故障控制信号生成模块开始工作。

故障控制信号生成模块生成故障控制信号的流程如图7所示。故障控制信号生成模块位于可编程逻辑器件上，用HDL语言程序实现，当主控界面通过串口数据转换电路发来命令开始产生故障控制信号时，同时传入的还有目标电路的逻辑翻转电压ΔV和单粒子脉冲宽度μ参数，故障控制信号生成模块初始化复位并载入这些参数，并等待同步时钟下降沿的到来，在同步时钟下降沿到来时，入射角度选择模块、空间粒子选择模块和电路节点选择模块同时触发对FLASH存储器中空间粒子蒙特卡罗LET拟合数据LET_Q[1:LET_N]、不同角度入射的单粒子射程数据S[1:θ_num]和电路节点的寄生电容数据C[1:Node_num]的随机均匀抽取选择，标记抽取到的数据分别为LET_Q[i]、S[i]和C[i]，其中LET_Q的单位为MeV.cm2/mg，根据97 MeV.cm2/mg等效电离产生的电量约为1pc/um可以变换量纲为pc/um，单粒子射程S的单位为um，电路节点电容C的单位为um，估算MOS器件由于单粒子效应收集到的电荷Q_收为:

估算电路节点临界翻转电荷Q_临为:Q_临＝C[i]×ΔV，判断Q_收是否大于Q_临，若Q_收大于Q_临表示收集的电荷大于电路临界翻转所需要的电荷，产生单粒子翻转，应当在该节点注入故障；此时故障控制信号生成模块产生一个16位故障注入控制信号，其中最高位为标志位1，表示有故障注入，第2到4位表示脉冲宽度，即该三位2进制数倍的系统时钟周期长度，由单粒子脉冲宽度参数μ决定，剩余低12位为故障注入节点编号，表示故障注入在电路节点选择模块所选中的电容为C[i]编号为i的节点上；若Q_收小于Q_临表示收集的电荷小于电路临界翻转所需要的电荷，不产生单粒子翻转，不应当在该节点注入故障，故障控制信号生成模块产生全“0”的16位故障注入控制信号，表示不注入故障。故障控制信号生成模块等待同步时钟上升沿，输出故障控制信号，同时判断主控界面是否发来停止信号，如果为是则停机，如果为否则跳转至等待同步时钟下降沿的环节重复运行。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1、单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，其特征在于：由主控计算机和仿真开发板组成，主控计算机内包括空间粒子蒙特卡罗拟合模块、节点电容估算模块和单粒子射程估算模块，仿真开发板包括串口数据转换电路、同步电路、FLASH读写控制模块、FLASH存储器、入射角度选择模块、空间粒子选择模块、电路节点选择模块和故障控制信号生成模块；

空间粒子蒙特卡罗拟合模块，根据空间粒子抽样数据采用蒙特卡罗方法得到空间粒子线形传输能量拟合数据；

节点电容估算模块，根据目标电路的门级HDL代码和目标电路工艺参数估算出目标电路故障注入节点的电容值、势垒宽度和单粒子垂直入射在有源区的深度；

单粒子射程估算模块，根据单粒子入射角度θ范围、θ的等分数θ_num、单粒子垂直入射在有源区的深度估算出目标电路工艺的MOS器件单粒子射程；

同步电路，控制故障控制信号生成模块实现故障控制信号和故障注入时间同步；

串口数据转换电路，连接主控计算机与仿真开发板实现主控计算机与仿真开发板之间的数据转换，并向故障控制信号生成模块转发由主控计算机发出的开始产生故障控制信号；

FLASH读写控制模块，控制空间粒子线形传输能量拟合数据、电路故障注入节点的电容值、MOS器件单粒子射程向FLASH存储器中进行存储；

FLASH存储器，存储空间粒子线形传输能量拟合数据、电路故障注入节点的电容值、MOS器件单粒子射程；

入射角度选择模块，随机生成一个入射角度并选择FLASH存储器中存储的一个MOS器件单粒子射程用于故障注入时估算收集电荷；

空间粒子选择模块，随机选择FLASH存储器中存储的一个空间粒子线形传输能量拟合数据用于故障注入时估算收集电荷；

电路节点选择模块，随机选择FLASH存储器中存储的一个电路故障注入节点的电容值用于故障注入时估算节点临界翻转电荷；

故障控制信号生成模块，接收由串口数据转换电路传送的开始产生故障控制信号，根据入射角度选择模块随机选择的空间粒子线形传输能量拟合数据、入射角度选择模块选择的MOS器件单粒子射程、电路节点选择模块选择的电路故障注入节点的电容值进行计算判断，并在同步电路的控制下生成故障节点控制信号。

2、根据权利要求1所述的单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，其特征在于：所述的空间粒子蒙特卡罗拟合模块实现过程为：

(1)给定N个空间粒子的线形传输能量LET与通量率Li，分K段拟合Li的拟合表达式f_k(x)，对K段f_k(x)分段积分得到S_k(x)，其中N为整数；

(2)计算S_k(x)的分段概率密度函数p_k(x)和分段概率分布函数P_k(X)，抽样P_k(X)拟合的P_k(X)的反函数P_k ^-1(Y)；

(3)对P_k ^-1(Y)均匀抽样LET_N个点得到空间粒子线形传输能量拟合数据LET_Q[1:LET_N]，其中LET_N表示蒙特卡罗拟合数据LET_Q的数据量。

3、根据权利要求1所述的单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，其特征在于：所述的节点电容估算模块实现过程为：

(1)给定目标电路的工艺库参数，根据工艺库参数估算MOS管的寄生电容、势垒宽度X_D和单粒子垂直入射在有源区的深度H；

(2)根据每个库单元的MOS管结构估算每个库单元结构的输入输出端寄生电容；

(3)载入目标电路门级HDL代码，对目标电路门级HDL代码中的每个故障注入节点进行编号；

(4)读入每一个故障注入节点的信号名，搜索并统计该故障注入节点连接的所有库单元，估算该故障注入节点的总寄生电容；

(5)判断所有故障注入节点是否估算完毕，若估算完毕则保存输出，否则，转步骤(4)。

4、根据权利要求1所述的单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，其特征在于：所述的单粒子射程估算模块实现过程为：

(1)给定输入单粒子入射角θ范围[θmin，θmax]，等分为θ_num块，每块为Δd，其中θmin表示最小入射角，θmax表示最大入射角， $\mathrm{\Δd}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\max }-{\mathrm{\θ}}_{\min }}{\mathrm{\θ}\_\mathrm{num}};$

(2)将θ＝θ_min，θ_min+Δd，θ_min+2Δd，…，θ_max代入公式 $S=\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}},$ 得到不同角度入射的单粒子射程S[1:θ_num]。

5、根据权利要求1所述的单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，其特征在于：所述的故障控制信号生成模块实现过程为：

(1)当接收到串口数据转换电路转发的开始产生故障控制信号，故障控制信号生成模块初始化复位并载入由串口数据转换电路转发的逻辑翻转电压ΔV和单粒子脉冲宽度μ参数；

(2)等待时钟下降沿，选择空间粒子线形传输能量拟合数据、电路故障注入节点的电容值和MOS器件单粒子射程，根据空间粒子线形传输能量拟合数据和电路故障注入节点的电容值估算收集电荷Q_收，根据MOS器件单粒子射程和逻辑翻转电压ΔV估算节点临界翻转电荷Q_临；

(3)判断Q_收是否大于Q_临，若是，则实施故障注入产生故障控制信号，否则，不实施故障注入产生全“0”的控制信号；

(4)等待时钟上升沿，输出故障控制信号，判断主控计算机是否发出停止信号，若发出则停止，否则跳转步骤(2)。

6、根据权利要求1所述的单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，其特征在于：所述的串口数据转换电路为RS232串口电路。

7、根据权利要求1所述的单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，其特征在于：所述的同步电路为时钟晶振电路。

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