CN103809109A - 集成电路单粒子效应检测装置和系统 - Google Patents

Abstract

一种集成电路单粒子效应检测装置和系统，其中装置包括：检测控制器、真空密封腔的转接头、连接线缆、接口板；所述检测控制器的信号通道通过连接线缆与所述真空密封腔的转接头外侧连接，所述真空密封腔的转接头内侧通过连接线缆与所述接口板连接，所述接口板设于真空密封腔内；所述接口板用于连接待测集成电路；所述真空密封腔的转接头，用于隔离外界大气压，并传输检测控制器和待测集成电路之间的信号；所述检测控制器，用于检测待测集成电路是否发生单粒子效应。本发明方案提高了检测效率，降低了成本。

Description

集成电路单粒子效应检测装置和系统

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种集成电路单粒子效应检测装置和系统。

背景技术

空间辐射环境中存在多种高能射线粒子，如质子、电子、α粒子和重离子等。这些粒子束源一般来自地球辐射带（地磁捕获粒子）、太阳和银河宇宙线（瞬态粒子）及次级簇射粒子（宇宙线与地球大气层作用产生），它们都会对在空间运行的卫星、航天器造成威胁，其中高能质子和重离子对集成电路的辐射损伤最大，易发生单粒子效应（SEE），导致器件工作异常或失效。据统计卫星在轨故障中71%是由空间辐射效应引起的，其中单粒子效应引起的占55%。因此，在航天器中使用抗单粒子效应的集成电路，是提高航天器运行可靠性，确保航天器遂行既定任务的关键。当前，以地面模拟为基础，研究各种类型集成电路单粒子效应的检测方法，是研制抗单粒子效应的集成电路的必要过程。随着集成电路特别是大规模集成电路在航天器电子信息系统的广泛应用，集成电路的单粒子效应问题日益得到重视。研究集成电路单粒子效应的检测方法，实现集成电路单粒子效应评估，是开展集成电路研制的必要过程，也是集成电路应用于航天系统的前提。

传统的集成电路单粒子效应检测装置，如图1所示，包括计算机110、外部电源120、接口板130、闩锁测试电路140、测试电路150。闩锁测试电路140、测试电路150、待测集成电路设置在接口板130上，接口板130设于真空密封腔160中。一般根据待测集成电路类型，选用相应的测试电路，并根据测试电路和待测集成电路特点，设计开发相应的测试板，由计算机通过控制线进行控制测试电路，由测试电路对待测集成电路进行单粒子效应测试，对测试结果做出判断、分类统计，测试结果返回计算机。同时由外部电源供电，经闩锁测试电路送入待测集成电路，并由测试电路控制闩锁测试电路，进行电流监测。

采用传统方法通用性不强，一般只适用于存储器、MCU、ASIC等功能相对简单的电路。测试频率不可调，待测集成电路的工作频率由测试板上的硬件如晶振决定，不可以任意改变。软件开发难度大，需要根据待测集成电路所选用的测试电路，编写代码开发测试程序，灵活性不大。硬件开发成本高，需要针对每一类被测集成电路设计开发相应的测试板，使用测试电路以及闩锁测试电路，设计较复杂，成本高。开发周期长，需要针对每一类被测集成电路设计开发相应的测试板，且软件无图形化的开发及运行界面，调试困难，相应的开发周期长。由于通用性不强、开发周期长等问题导致单粒子效应检测效率低、成本高。

发明内容

基于此，有必要针对集成电路单粒子效应检测效率低、成本高的问题，提供一种集成电路单粒子效应检测装置和系统。

一种集成电路单粒子效应检测装置，包括：检测控制器、真空密封腔的转接头、连接线缆、接口板；

所述检测控制器的信号通道通过连接线缆与所述真空密封腔的转接头外侧连接，所述真空密封腔的转接头内侧通过连接线缆与所述接口板连接，所述接口板设于真空密封腔内；

所述接口板用于连接待测集成电路；

所述真空密封腔的转接头，用于隔离外界大气压，并传输检测控制器和待测集成电路之间的信号；

所述检测控制器，用于根据待测集成电路的功能采用电子设计自动化技术建立仿真模型；根据仿真模型的功能获取仿真向量，并将各仿真向量按照预设规则进行切割获得对应的测试激励和响应期望值；实时获取待测集成电路的电流并与阈值比较，判断是否发生闩锁，当没有发生闩锁时向待测集成电路发送测试激励；获取待测集成电路的响应数据，将待测集成电路的响应数据与对应响应期望值对比，确定待测集成电路是否发生单粒子效应。

一种集成电路单粒子效应检测系统，包括：计算机、虚拟ATE测试系统、真空密封腔的转接头、连接线缆、接口板；

所述计算机与所述虚拟ATE测试系统连接，所述虚拟ATE测试系统的信号通道通过连接线缆与所述真空密封腔的转接头外侧连接，所述真空密封腔的转接头内侧通过连接线缆与所述接口板连接，所述接口板设于真空密封腔内；

所述接口板用于连接待测集成电路；

所述真空密封腔的转接头，用于隔离外界大气压，并传输虚拟ATE测试系统和待测集成电路之间的信号；

所述计算机用于控制所述虚拟ATE测试系统根据待测集成电路的功能采用电子设计自动化技术建立仿真模型；根据仿真模型的功能获取仿真向量，并将各仿真向量按照预设规则进行切割获得对应的测试激励和响应期望值；实时获取待测集成电路的电流并与阈值比较，判断是否发生闩锁，当没有发生闩锁时向待测集成电路发送测试激励；获取待测集成电路的响应数据，将待测集成电路的响应数据与对应响应期望值对比，确定待测集成电路是否发生单粒子效应。

上述集成电路单粒子效应检测装置和系统，检测控制器的信号通道与真空密封腔的转接头外侧连接，真空密封腔的转接头内侧与接口板连接，接口板设于真空密封腔内，检测控制器根据待测集成电路的功能采用电子设计自动化技术建立仿真模型；根据仿真模型的功能获取仿真向量，并将各仿真向量按照预设规则进行切割获得对应的测试激励和响应期望值；实时获取待测集成电路的电流并与阈值比较，判断是否发生闩锁，当没有发生闩锁时向待测集成电路发送测试激励；获取待测集成电路的响应数据，将待测集成电路的响应数据与对应响应期望值对比，确定待测集成电路是否发生单粒子效应。本发明通过将检测控制器与接口板分离设置，将接口板设置在真空密封腔内，将检测控制器设置在真空腔外。并且检测控制器根据待测集成电路建立仿真模型，采用激励-响应技术，从而判断出是否发生闩锁或其他单粒子效应。由于对于不同功能会产生对应测试激励和响应期望值，从而可以实现对同一待测集成电路的不同功能进行单粒子检测。同时可以有效检测不同类型的单粒子效应，包括单粒子闩锁（SEL）、单粒子翻转（SEU）、单粒子瞬态（SET）、单粒子功能中断（SEFI）等。提高了检测效率。同时还具有以下优点：

通用性强，适用于所有类型的半导体集成电路，包括存储器、MCU(MicroControl Unit中文名称为微控制器，又称单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)或者单片机)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）、CPU（CentralProcessing Unit，中央处理器）、DSP（Digital Signal Processor，即数字信号处理器）、FPGA（Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列）等。

硬件开发成本低：不需要针对每一类待测器件设计开发相应的测试板，使用测试电路以及闩锁测试电路，只需根据器件封装形式适当改变被测器件接口板，设计简便，节省了硬件开发成本。

开发周期短：由于硬件开发只需根据器件封装形式适当改变被测器件接口板，设计简便，且软件开发灵活性大，具有图形化开发及运行界面，开发难度较低，调试也方便，因此，整个开发的周期较短。

附图说明

图1为传统技术中单粒子效应检测装置结构示意图；

图2为本发明集成电路单粒子效应检测装置实施例的结构示意图；

图3为本发明集成电路单粒子效应检测系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下针对本发明集成电路单粒子效应检测装置和系统的各实施例进行详细的描述。

如图2所示，为本发明集成电路单粒子效应检测装置实施例的结构示意图，包括：检测控制器210、真空密封腔的转接头220、连接线缆230、接口板240；

检测控制器210的信号通道通过连接线缆230与真空密封腔的转接头220外侧连接，真空密封腔的转接头220内侧通过连接线缆与接口板240连接，接口板240设于真空密封腔250内；

接口板240用于连接待测集成电路；这里是指可以将待测集成电路安装在接口板上，以便检测控制器进行检测。

真空密封腔的转接头220，用于隔离外界大气压，并传输检测控制器和待测集成电路之间的信号；真空密封腔的转接头作用是隔离外界大气压和进行信号传输，作为一种优选方式，真空密封腔的转接头为真空密封腔的SMA（Sub-Miniature-A，微波高频连接器）转接头。采用这种转接头可以满足传输信号的频率，避免信号衰减导致无法进行单粒子效应检测。

检测控制器210，用于根据待测集成电路的功能采用电子设计自动化（EDA，Electronic Design Automation）技术建立仿真模型；根据仿真模型的功能获取仿真向量，并将各仿真向量按照预设规则进行切割获得对应的测试激励和响应期望值；实时获取待测集成电路的电流并与阈值比较，判断是否发生闩锁，当没有发生闩锁时向待测集成电路发送测试激励；获取待测集成电路的响应数据，将待测集成电路的响应数据与对应响应期望值对比，确定待测集成电路是否发生单粒子效应。这里的预设规则可以是指将仿真向量转换为检测控制器可以识别的测试激励和响应期望值。本方案通过先进行闩锁检测，再进行其他单粒子效应检测，避免了由于闩锁效应导致无法检测其他效应的情况。

该方案首先根据待测集成电路封装形式设计接口板，并将待测集成电路安装于接口板上。检测控制器实时测量器件工作电流，将电流测量结果与闩锁电流预设值进行比较，判断器件是否发生闩锁。在没有发生闩锁的情况下，通过将EDA生成的仿真向量转换为检测控制器可以识别的测试向量，设计相应的测试项目，通过设计测试流程，循环执行测试向量，输出测试结果并做出单粒子效应的分析、统计。检测过程中主要采用激励-响应技术、仿真模型技术相结合来检测待测集成电路单粒子辐射效应及对应的单粒子辐射特性。向待测集成电路发送测试激励，获取待测集成电路产生的对应测试响应数据，从而可以通过对测试响应数据与响应期望值比较，得到待测集成电路的单粒子辐射效应类型以及对应的单粒子辐射特性。因此，在本发明实施例，可以采用激励-响应技术、仿真模型技术相结合来检测测试样品出现的单粒子辐射效应，以及对应的单粒子辐射特性。其中，测试激励可以根据测试样品的实际功能或工作模式来确定。本方案通用性强、开发成本低，并且开发周期短。

检测控制器可以单独存在，也可以依附在其他系统中，即以其他系统为载体。在其中一个实施例中，检测控制器基于虚拟ATE（Automatic Test Equipment，自动测试设备）测试系统运行，即检测控制器与虚拟ATE测试系统共用同一资源，将检测控制器的程序写入虚拟ATE测试系统中。节约成本的同时，由于测试系统集成了所有的硬件资源，且附带专业的测试开发软件，可以很便捷地使用集成电路设计过程中EDA仿真向量执行测试，检测待测集成电路的单粒子效应。具有图像化开发及运行界面，开发难度较低，调试也方便，软件界面友好。

检测控制器还可以向待测集成电路发送频率调节指令，待测集成电路根据接收的频率调节指令调节频率。可以测试不同工作频率下的单粒子反应情况。由于检测控制器可以直接改变待测集成电路的主时钟信号，因此，待测器件的工作频率连续可调，也可以根据需要随时改变，不需要改动任何硬件。

在其中一个实施例中，检测控制器通过电源线与待测集成电路连接，检测控制器还用于当待测集成电路发生闩锁时，断开与待测集成电路的连接。通过检查控制器给待测集成电路供电，无需再增加新的外部电源，节约了成本。

在其中一个实施例中，接口板包括I/O接口和模拟信号接口，检测控制器分别通过接口板的I/O接口和模拟信号接口与待测集成电路的I/O接口和模拟信号接口连接。即检测控制器通过接口板的I/O接口与待测集成电路的I/O接口连接，检测控制器通过接口板的模拟信号接口与待测集成电路的模拟信号接口连接。本实施例不仅可以检测存储器、MCU、CPLD、ASIC、CPU、DSP、FPGA等，由于有模拟信号接口，还可以测试A/D、D/A，甚至是SoC（System on Chip，称为系统级芯片，也称片上系统）。

在其中一个实施例中，测试激励的个数与待测集成电路的待测项目个数相同。待测项目与功能有关。一个功能对应有一个测试激励和一个响应期望值，多个功能有多个测试激励和多个响应期望值，则测试激励的个数与待测集成电路的功能个数相同时可实现对待测集成电路的所有功能进行单粒子效应检测，使检测更全面。当然，也可以设置测试激励的个数与待测集成电路的功能个数不相同，而是根据需要，对相应功能进行检测。

上述各实施例可以自由组合，在此不再一一列举。举其中一个具体应用实例说明，在虚拟ATE测试系统上，将EDA生成的仿真向量转换为测试系统可以识别的测试向量，设计相应的测试项目，通过设计测试流程，循环执行测试向量，输出测试结果并做出单粒子效应的分析、统计，实现单粒子效应的检测。利用该方案对测试波形进行验证，虚拟ATE测试系统的100MHz输出方波，经3米长的SMA连接线缆、真空密封腔转接头，以及测试接口板，到达待测器件端口时，波形完整且上升、下降沿陡峭，与响应期望值匹配，可以满足器件测试要求。测试结果表明，该方法可以用于检测大规模集成电路的单粒子效应。

本发明方案还提供一种集成电路单粒子效应检测系统，如图3，包括：计算机310、虚拟ATE测试系统320、真空密封腔的转接头330、连接线缆340、接口板350；

计算机与虚拟ATE测试系统连接，虚拟ATE测试系统的信号通道通过连接线缆与真空密封腔的转接头外侧连接，真空密封腔的转接头内侧通过连接线缆与接口板连接，接口板设于真空密封腔360内；

接口板用于连接待测集成电路；

真空密封腔的转接头，用于隔离外界大气压，并传输虚拟ATE测试系统和待测集成电路之间的信号；

计算机用于控制虚拟ATE测试系统根据待测集成电路的功能采用电子设计自动化技术建立仿真模型；根据仿真模型的功能获取仿真向量，并将各仿真向量按照预设规则进行切割获得对应的测试激励和响应期望值；实时获取待测集成电路的电流并与阈值比较，判断是否发生闩锁，当没有发生闩锁时向待测集成电路发送测试激励；获取待测集成电路的响应数据，将待测集成电路的响应数据与对应响应期望值对比，确定待测集成电路是否发生单粒子效应。

本方案是基于上述集成电路单粒子效应检测装置的集成电路单粒子效应检测系统。通过计算机控制虚拟ATE测试系统，测试系统再对待测集成电路进行检测。从而实现了对待测集成电路的检测，检测效率高、开发成本低。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种集成电路单粒子效应检测装置，其特征在于，包括：检测控制器、真空密封腔的转接头、连接线缆、接口板；

所述检测控制器的信号通道通过连接线缆与所述真空密封腔的转接头外侧连接，所述真空密封腔的转接头内侧通过连接线缆与所述接口板连接，所述接口板设于真空密封腔内；

所述接口板用于连接待测集成电路；

所述真空密封腔的转接头，用于隔离外界大气压，并传输检测控制器和待测集成电路之间的信号；

所述检测控制器，用于根据待测集成电路的功能采用电子设计自动化技术建立仿真模型；根据仿真模型的功能获取仿真向量，并将各仿真向量按照预设规则进行切割获得对应的测试激励和响应期望值；实时获取待测集成电路的电流并与阈值比较，判断是否发生闩锁，当没有发生闩锁时向待测集成电路发送测试激励；获取待测集成电路的响应数据，将待测集成电路的响应数据与对应响应期望值对比，确定待测集成电路是否发生单粒子效应。

2.根据权利要求1所述的集成电路单粒子效应检测装置，其特征在于，所述检测控制器通过电源线与所述待测集成电路连接，所述检测控制器还用于当待测集成电路发生闩锁时，断开与待测集成电路的连接。

3.根据权利要求1所述的集成电路单粒子效应检测装置，其特征在于，所述接口板包括I/O接口和模拟信号接口，所述检测控制器通过所述接口板的I/O接口与待测集成电路的I/O接口连接，所述检测控制器通过所述接口板的模拟信号接口与待测集成电路的模拟信号接口连接。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的集成电路单粒子效应检测装置，其特征在于，所述测试激励的个数与待测集成电路的待测项目个数相同。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的集成电路单粒子效应检测装置，其特征在于，所述检测控制器基于虚拟ATE测试系统运行。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的集成电路单粒子效应检测装置，其特征在于，所述真空密封腔的转接头为真空密封腔的SMA转接头。

7.一种集成电路单粒子效应检测系统，其特征在于，包括：计算机、虚拟ATE测试系统、真空密封腔的转接头、连接线缆、接口板；

所述计算机与所述虚拟ATE测试系统连接，所述虚拟ATE测试系统的信号通道通过连接线缆与所述真空密封腔的转接头外侧连接，所述真空密封腔的转接头内侧通过连接线缆与所述接口板连接，所述接口板设于真空密封腔内；

所述接口板用于连接待测集成电路；

所述真空密封腔的转接头，用于隔离外界大气压，并传输虚拟ATE测试系统和待测集成电路之间的信号；

所述计算机用于控制所述虚拟ATE测试系统根据待测集成电路的功能采用电子设计自动化技术建立仿真模型；根据仿真模型的功能获取仿真向量，并将各仿真向量按照预设规则进行切割获得对应的测试激励和响应期望值；实时获取待测集成电路的电流并与阈值比较，判断是否发生闩锁，当没有发生闩锁时向待测集成电路发送测试激励；获取待测集成电路的响应数据，将待测集成电路的响应数据与对应响应期望值对比，确定待测集成电路是否发生单粒子效应。

Images