CN103165192A - 一种sram器件单粒子闭锁效应测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试系统及方法，包括上位计算机、下位控制器、SEU测试电路、电流测试电路、闭锁保护电路及电源模块。本发明提供了一种可以单粒子翻转截面及闭锁截面同时获取，减少了实验周期，节约实验成本、测量更为准确、高效的SRAM器件单粒子闭锁效应测试系统及方法。

Description

一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种异步随机存储器（SRAM）器件测试系统及方法，尤其涉及一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试系统及方法。

背景技术

在空间卫星控制系统中，SRAM器件作为重要的数据存储介质得到了大量的使用，但空间中的质子及重粒子会导致SRAM器件产生单粒子翻转及单粒子闭锁效应，使得控制系统紊乱，成为影响航天器寿命及可靠性的主要因素。因此开展星用SRAM器件单粒子效应的地面模拟，获取SRAM器件的单粒子翻转截面及闭锁截面就成为评估SRAM器件抗单粒子能力的主要工作。

单粒子闭锁（Single Event Latch,SEL）是一种出现在PNPN半导体结构中的低阻抗大电流现象。由于CMOS器件固有的P⁺NPN⁺四层结构，构成了寄生的可控硅。如图1（a）所示P⁺型源区（或漏区）、N型阱和P型衬底形成纵向的PNP晶体管；N型阱，P型衬底和N⁺型源区（或漏区）形成横向的NPN晶体管。这两个寄生的晶体管交互连接每个晶体管的收集极电流反馈到另一个晶体管的基极，构成正反馈回路（图1(b)）。正常情况下，PNPN结构的中间结反偏，其余两个结正偏，寄生的可控硅结构处于高阻关断状态。但当高能粒子（重离子或质子）穿过pnpn结构，在其中沉积能量，产生电子空穴对，使得两个晶体管中的任何一个导通，都会在正反馈的作用下，使得回路中的电流急骤增大，导致局部温度过高，从而导致器件烧毁。一但器件进入闭锁状态，只有通过及时断开电源或把电源电压降低到维持闭锁的电压以下，才能恢复正常状态。

目前国内外主要利用及时断开电源的方法来防止单粒子闭锁所导致的器件烧毁，在单粒子闭锁截面的测试中也大多利用这种方法，在检测到器件电源电流发生突变并超过设计的电流阈值时，及时关断电源，并在指定的时间内对器件重新加电，在测试过程中统计电源断电次数，从而获取器件的单粒子闭锁截面。但对于SRAM器件来说，断电会使得其内部的填充数据丢失，使得无法在获取单粒子闭锁截面的同时，准确地获取单粒子翻转截面。要想两个参数都能准确获取，就必须经过多次的重复实验，使得实验周期长，很难适应当前国内单粒子效应实验设备及机时紧张的现状。因此建立新的SRAM器件单粒子闭锁效应测试方法就成为SRAM器件单粒子效应地面实验模拟需要解决的一个关键问题。

发明内容

为了解决背景技术所存在的技术问题，本发明提出了一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试系统及方法，可实现单粒子闭锁效应测试系统及翻转测试系统的相互协调、闭锁保护时间及稳压电容的选取、实现电源电流的高速精确采集、实现上位计算机对下位控制器的实时控制。

本发明采用的技术方案如下：

1.一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试系统，包括上位计算机、下位控制器、SEU测试电路、电流测试电路、闭锁保护电路及电源模块；

其特征在于：

所述下位控制器用于接收上位计算机的测试命令，返回当前时刻的电流值及闭锁保护次数；向电流阈值存储器中写入电流阈值；在器件产生单粒子闭锁效应时响应中断，进行闭锁次数的统计，并向SEU测试电路提供闭锁保护标志信号；读取电流测量的实际结果。

所述SEU测试电路向被测器件发送SRAM控制信号及地址，并接收被测器件中的存储单元数据；

所述电流测试电路包括电流保护开关、差分放大电路及模数转换电路ADC及测试电阻R；所述差分放大电路并联在测试电阻R的两端，其采集的电源电流数据经模数转换电路ADC后送入转换结果存储模块；

所述闭锁保护电路包括转换结果存储模块、电流阀值存储器、比较器；所述比较器对转换结果存储模块及电流阈值存储器的存储数据进行比较，所述比较器将比较结果分别送入下位控制器作为中断信号及送入电流保护开关作为电源电压切换信号；

所述电源模块依次通过电流保护开关和测试电阻R向被测器件供电，可提供器件正常工作电压及数据保持电压两类电压；

2.根据权利要求1所述的一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试系统，其特征在于：所述上位计算机与下位控制器通过RS422或RS232总线通讯。

3.一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】上位计算机通过串口向下位控制器发送测试设置命令；

2】上位计算机向下位控制器下达测试启动命令；

3】下位控制器循环读取数转换电路所采集的电源电流数据；

4】比较器检测所测电流值；当大于设定的电流阈值时，则使用闭锁保护电路把器件的电源电压切换到其数据保持电压；

5】下位控制器启动其内部的定时器，当定时时间达到所设定的闭锁保护时间时，使用闭锁保护电路把器件的电源电压切换到器件的正常工作电压；并返回到步骤3继续执行，直到下位控制器接收到上位计算机的结束测试命令。

本发明所具有的积极效果：

1.本发明提出的一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试方法，可以用于SRAM器件单粒子闭锁效应及单粒子翻转效应的同时测试。与传统的SRAM器件单粒子效应测试方法相比，本发明解决了单粒子翻转截面及闭锁截面难以同时获取的难题，减少了实验周期，节约了实验成本。

2.本发明提出的SRAM器件单粒子效应闭锁效应测试方法在准确测量器件单粒子闭锁截面的同时，提高具有闭锁效应的SRAM器件的单粒子翻转截面测量准确性及效率。传统单粒子翻转效应测试方法在对于具有闭锁效应的SRAM器件时，由于器件发生闭锁后需要切断电源，会造成数据丢失，使得翻转截面必须只能通过多次重复测试。而本发明所提出的方法避免了SRAM器件内存储单元数据的丢失，从而使翻转截面的测量更为准确、高效。

附图说明

图1为本发明单粒子闭锁的产生机理示意图；

图2为本发明的测试原理框图；

图3为本发明对单粒子效应测试后粒子翻转截面图；

图4是本发明对单粒子效应测试后粒子闭锁截面；

图5是本发明闭锁保护电路图。

具体实施方式

按照本发明的要求，可选用以下的电子元器件来搭建系统的测试电路板。

下位控制器可选用常用的8位单片机，如AT89S51、AT89S52等。在该部分的电路设计中，应尽可能的提高控制器的运行频率，以方便对电源电流数据的检测及处理。下位控制器与上位计算机的通讯可利用串行通讯协议RS232或RS422。

电流测试电路可选用16位的模数转换电路AD1168,该芯片的转换频率可以达到200kHz，具有内置基准、SPI接口、8个模拟输出通道及通道转换开关，可以简单并快捷的建立起一个精确而快速地模拟电压测试电路。但在电路设计应该注意的是，该模数转换电路是一个16位的高精度AD，在设计时应对该器件的模拟电路及数字电路进行良好的隔离。

电流测试电路中的差分放大电路可通过低阻值、高精度、低温漂的检流电阻及高端电流检测器MAX4372来实现。MAX4372的工作电压可以从2.7V到28V，共模抑制比可以达到85dB，满刻度准确性可以达到0.18%，可以满足大多数情况下的电流检测。

电流保护开关可选用二选一电磁式断电器或光电继电器，如AQV101。继电器的选用应保证其最大通过电流能满足被测SRAM单粒子效应的实验需求，开关速度<2ms满足闭锁保护的时间需要。电流保护开关的设计原理如图5所示。

Claims (3)

1.一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试系统，包括上位计算机、下位控制器、SEU测试电路、电流测试电路、闭锁保护电路及电源模块；其特征在于：

所述下位控制器用于接收上位计算机的测试命令，返回当前时刻的电流值及闭锁保护次数；向电流阈值存储器中写入电流阈值；在器件产生单粒子闭锁效应时响应中断，进行闭锁次数的统计，并向SEU测试电路提供闭锁保护标志信号；读取电流测量的实际结果。

所述SEU测试电路向被测器件发送SRAM控制信号及地址，并接收被测器件中的存储单元数据；

所述电流测试电路包括电流保护开关、差分放大电路及模数转换电路ADC及测试电阻R；所述差分放大电路并联在测试电阻R的两端，其采集的电源电流数据经模数转换电路ADC后送入转换结果存储模块；

所述闭锁保护电路包括转换结果存储模块、电流阀值存储器、比较器；所述比较器对转换结果存储模块及电流阈值存储器的存储数据进行比较，所述比较器将比较结果分别送入下位控制器作为中断信号及送入电流保护开关作为电源电压切换信号；

所述电源模块依次通过电流保护开关和测试电阻R向被测器件供电，可提供器件正常工作电压及数据保持电压两类电压。

2.根据权利要求1所述的一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试系统，其特征在于：所述上位计算机与下位控制器通过RS422或RS232总线通讯。

3.一种SRAM器件单粒子闭锁效应测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】上位计算机通过串口向下位控制器发送测试设置命令；

2】上位计算机向下位控制器下达测试启动命令；

3】下位控制器循环读取数转换电路所采集的电源电流数据；

4】比较器检测所测电流值；当大于设定的电流阈值时，则使用闭锁保护电路把器件的电源电压切换到其数据保持电压；

5】下位控制器启动其内部的定时器，当定时时间达到所设定的闭锁保护时间时，使用闭锁保护电路把器件的电源电压切换到器件的正常工作电压；并返回到步骤3继续执行，直到下位控制器接收到上位计算机的结束测试命令。

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