CN104009758B - 数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置及其检测方法，本发明明确了不同类别单粒子瞬态效应需要捕获的特征参数，及其统计分析方法，开发相应的检测试验装置，可以连续不间断检测和捕获发生的单粒子瞬态效应及其特征参数，实时发回记录结果，并自动实现按效应类别的统计分析；该检测装置实现了单粒子瞬态效应信号的连续自动检测、捕获和数据分析，解决了目前单粒子瞬态效应试验装置人工记录导致试验暂停造成的人为误差，以及后续统计分析效率低下的问题，大大提高了试验结果的准确性，提高了测试效率并节约了人工成本，可以有效地考核评估器件抗单粒子瞬态效应能力。

Description

数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置及其检测方法，属于微电子器件抗单粒子能力试验验证技术领域。

技术背景

随着半导体技术的迅猛发展，器件的特征尺寸和工作电压越来越小，相应地，临界电荷也越来越小，单粒子效应的作用也越来越明显。单粒子效应的类型、效果也随着微电子器件种类、功能的增加而呈现出复杂态势，由以往单一的单粒子闩锁效应，演变为复杂的多位单粒子翻转、单粒子功能中断和单粒子瞬态效应。

数字模拟转换电路广泛应用在空间计算机系统中，用于将多位数字信号转换为模拟电平信号，是计算机系统中重要的转换型元器件。在空间辐射环境中，数模混合电路中的基准参考源和数据同步存储电路，容易受到单粒子效应的影响，从而导致电路的输出电流源产生瞬态扰动，严重的可能导致功能失效，甚至出现电流突变增大发生闩锁，从而危及星载计算机的正常工作。因此，对于数字模拟转换电路的单粒子瞬态效应测试工作，有利于分析电路抗单粒子效应的性能，改进电路的抗单粒子加固能力。

地面模拟空间单粒子效应评估试验主要在重离子加速器上进行，需要通过搭建单粒子效应检测装置，对待测电路的单粒子效应进行测试，通过测试结果进行空间在轨错误率估算，可以模拟待测电路在太空中的应用状态。由于在重离子加速器上进行单粒子试验需要在真空、辐射等特殊环境下进行，因此需要搭建专门的单粒子效应检测系统装置来进行测试。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置，该检测装置实现了单粒子瞬态效应信号的连续自动检测、捕获和数据分析，解决了目前单粒子瞬态效应试验装置人工记录导致试验暂停造成的人为误差，以及后续统计分析效率低下的问题，大大提高了试验结果的准确性，提高了测试效率并节约了人工成本，可以有效地考核评估器件抗单粒子瞬态效应能力。

本发明的另外一个目的在于提供数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置的检测方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置，包括控制计算机、数据传输协议模块、程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器和示波器，其中：

控制计算机：通过数据传输协议模块向可编程逻辑门阵列、信号发生器和程控电源设置检测工作模式，同时设置需要捕获的单粒子瞬态效应参数，并通过数据传输协议模块发送给示波器，通过数据传输协议模块接收程控电源输出的工作电流；同时通过数据传输协议接收示波器发回的单粒子瞬态测试数据，进行数据处理分析，得到待测数模电路空间在轨单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave；

数据传输协议模块：建立控制计算机与程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器、示波器之间的数据传输通道，以数据包形式进行数据传输；

可编程逻辑门阵列：提供数据位信号DB给待测数模电路，所述数据位信号DB设置为典型输出电流、满量程最大输出电流、最小输出电流三种模式；

程控电源：给待测数模电路供电，同时给待测数模电路提供输入基准电压信号V_FS，并且将测量的待测数模电路工作电流进行实时采集，通过数据传输协议模块发回给控制计算机；

信号发生器：提供差分时钟信号CLK_+-给待测数模电路，所述差分时钟信号CLK_+-设置为典型工作频率、最高工作频率、最低工作频率三种模式；

示波器：采集待测数模电路输出的参考电压V_ref和输出电压信号V_out，通过数据传输协议模块发送给控制计算机。

在上述数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置中，控制计算机设置的需要捕获的单粒子瞬态效应参数包括：单粒子瞬态脉冲的触发电压上限V_trig+和触发电压下限V_trig-，用以触发示波器捕获发生的单粒子瞬态脉冲；单粒子瞬态脉冲的采样点数M，用以设置示波器采集单次单粒子瞬态脉冲的数据点数；单粒子瞬态脉冲的采样率σ，用以设置示波器采样数据点之间的间隔时间；单粒子瞬态脉冲的采样个数N，用以设置示波器采样缓存数量，即采集多少个脉冲后发回控制计算机。

在上述数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置中，程控电源给待测数模电路供电的电源电压设置为典型工作电压、最大工作电压、最小工作电压三种模式；程控电源提供给待测数模电路的输入基准电压信号V_FS设置为典型输出电压、最大输出电压、最小输出电压三种模式。

在上述数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置中，控制计算机对接收的单粒子瞬态数据进行处理和分析的具体过程如下：

(1)、单粒子瞬态数据以三维数组矩阵DATA[i][j][k]在控制计算机中保存，其中i表示不同种类的离子A、B、C…，j表示每种离子下获得的瞬态数据编号，k表示瞬态数据的每个采样值；同时设置瞬态效应类别判定电压值V_high和V_low、DATA抽样提取的有效点个数NF、触发电压上限V_trig+和触发电压下限V_trig-；

(2)、控制计算机载入DATA[i][j][k]中的一种离子下的瞬态数据DATA[i]页，每页的行数j为发生的瞬态次数，列数k为M个，即每行包括M个输出电压V_out的采样值，获得M个采样值中的最大值V_max和最小值V_min，判定每页代表的单粒子瞬态效应的种类为高脉冲、宽脉冲或负脉冲中的一种；具体判定标准为：若V_max大于等于V_high，判定为高脉冲；若V_max小于V_high，同时V_min大于等于V_low，判定为宽脉冲；若V_max小于V_high，同时V_min小于V_low，判定为宽脉冲；

(3)、抽样提取DATA[i]页的NF个有效数据点，方法为：针对高脉冲和宽脉冲类别，在M个V_out值中大于V_trig+的部分上，等间隔地抽取NF个有效数据；针对负脉冲类别，在M个V_out值中小于V_trig-的部分，等间隔地抽取NF个有效数据，同时保存NF个数据的时间长度T_N；

(4)、计算NF个有效数据特征值，即计算脉冲高度PH和脉冲宽度PW；

(5)、判断是否完成了DATA[i]页所有行数据的读取，如果否，读入下一行瞬态脉冲数据，返回步骤(2)；如果是，进行该种离子的单粒子瞬态数据统计分析，即分别针对高脉冲、宽脉冲、负脉冲三种类别，统计发生的瞬态次数、脉冲高度PH和脉冲宽度PW的平均值、最大值；

(6)、判断是否完成了所有离子瞬态脉冲数据的统计分析，如果否，读入下一种离子的瞬态脉冲数据DATA[i]页，返回步骤(2)；如果是，分别进行威布尔曲线拟合，得到电路空间在轨发生相应类别单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave。

在上述数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置中，步骤(4)中计算脉冲高度PH和脉冲宽度PW的具体方法如下：

利用数值拟合函数，以时间为X轴、以电压为Y轴，将NF个有效数据在x＝0-T_N的范围内拟合曲线，针对高脉冲和宽脉冲类，PH等于所述曲线最大值减去V_trig+，PW等于纵坐标值为V_trig++PH/2的曲线上两点间的时间长度；针对负脉冲类，PH值等于V_trig-减去曲线最小值，PW等于纵坐标值为V_trig-－PH/2的曲线上两点间的时间长度。

上述数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置的检测方法，包括如下步骤：

(1)、将待测数模电路与程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器和示波器进行连接，并使待测数模电路位于重离子加速器的辐照窗口下，对检测装置进行初始化，由控制计算机通过数据传输协议模块向可编程逻辑门阵列、信号发生器、程控电源设置检测工作模式，具体包括：程控电源给待测数模电路供电，同时给待测数模电路提供输入基准电压信号V_FS；信号发生器提供差分时钟信号CLK_+-给待测数模电路；可编程逻辑门阵列提供数据位信号DB给待测数模电路；

(2)、控制计算机设置需要捕获的单粒子瞬态效应参数，通过数据传输协议模块发送给示波器；具体包括：单粒子瞬态脉冲的触发电压上限V_trig+和触发电压下限V_trig-，用以触发示波器捕获发生的单粒子瞬态脉冲；单粒子瞬态脉冲的采样点数M，用以设置示波器采集单次单粒子瞬态脉冲的数据点数；单粒子瞬态脉冲的采样率σ，用以设置示波器采样数据点之间的间隔时间；单粒子瞬态脉冲的采样个数N_temp，用以设置示波器采样缓存数量，即采集多少个脉冲后发回控制计算机；标准电压值V_ref-0，用以判断待测数模电路的基准参考功能是否失效；捕获到的单粒子瞬态数量预定值N，用于判断单粒子瞬态辐照试验是否结束；

(3)、在重离子加速器上进行重离子束流设置，具体包括：进行重离子试验束流的元素离子种类及其相应的线性能量传输值LET；束流注量率大小、束斑面积大小、辐照总注量；

(4)、在重离子加速器上打开重离子束流，开始辐照待测数模电路，示波器实时检测数模电路的输出电压信号V_out信号是否发生单粒子瞬态效应，如果是，示波器捕获所述瞬态脉冲，每一次捕获的瞬态脉冲为：以采样率σ的速度，采集的M个输出电压信号V_out信号；如果否，不进行捕获操作；同时示波器实时监测输出参考电压V_ref，判断V_ref是否超出设定的标准电压V_ref-0，如果是，表明待测数模电路的基准参考功能失效，即待测数模电路发生了一次单粒子功能中断事件，此时需要检测装置重新启动初始化，返回步骤(2)；如果否，进入步骤(5)；

(5)、继续进行辐照试验，并判断是否辐照结束，判断是否辐照结束的条件为：捕获到的单粒子瞬态总数量是否达到预定值N，或者辐照总注量是否达到重离子束流设置中规定值，如果是，结束辐照试验，进入步骤(6)；如果否，在辐照试验结束前，每当示波器捕获到累计N_temp次的单粒子瞬态数据后，将所述N_temp次单粒子瞬态试验数据通过数据传输协议模块发回控制计算机，然后清空示波器缓存，重新计数单粒子瞬态的次数，并返回步骤(4)；

(6)、控制计算机对接收的单粒子瞬态数据进行处理和分析，得到待测数模电路空间在轨单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave，完成单粒子瞬态效应试验。

在上述数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置的检测方法中，步骤(6)中控制计算机对接收的单粒子瞬态数据进行处理和分析的具体过程如下：

(1)、单粒子瞬态数据以三维数组矩阵DATA[i][j][k]在控制计算机中保存，其中i表示不同种类的离子A、B、C…，j表示每种离子下获得的瞬态数据编号，k表示瞬态数据的每个采样值；同时设置瞬态效应类别判定电压值V_high和V_low、DATA抽样提取的有效点个数NF、触发电压上限V_trig+和触发电压下限V_trig-；

(2)、控制计算机载入DATA[i][j][k]中的一种离子下的瞬态数据DATA[i]页，每页的行数j为发生的瞬态次数，列数k为M个，即每行包括M个输出电压V_out的采样值，获得M个采样值中的最大值V_max和最小值V_min，判定每页代表的单粒子瞬态效应的种类为高脉冲、宽脉冲或负脉冲中的一种；具体判定标准为：若V_max大于等于V_high，判定为高脉冲；若V_max小于V_high，同时V_min大于等于V_low，判定为宽脉冲；若V_max小于V_high，同时V_min小于V_low，判定为宽脉冲；

(3)、抽样提取DATA[i]页的NF个有效数据点，方法为：针对高脉冲和宽脉冲类别，在M个V_out值中大于V_trig+的部分上，等间隔地抽取NF个有效数据；针对负脉冲类别，在M个V_out值中小于V_trig-的部分，等间隔地抽取NF个有效数据，同时保存NF个数据的时间长度T_N；

(4)、计算NF个有效数据特征值，即计算脉冲高度PH和脉冲宽度PW；

(5)、判断是否完成了DATA[i]页所有行数据的读取，如果否，读入下一行瞬态脉冲数据，返回步骤(2)；如果是，进行该种离子的单粒子瞬态数据统计分析，即分别针对高脉冲、宽脉冲、负脉冲三种类别，统计发生的瞬态次数、脉冲高度PH和脉冲宽度PW的平均值、最大值；

(6)、判断是否完成了所有离子瞬态脉冲数据的统计分析，如果否，读入下一种离子的瞬态脉冲数据DATA[i]页，返回步骤(2)；如果是，分别进行威布尔曲线拟合，得到电路空间在轨发生相应类别单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave。

在上述数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置的检测方法中，步骤(4)中计算脉冲高度PH和脉冲宽度PW的具体方法如下：

利用数值拟合函数，以时间为X轴、以电压为Y轴，将NF个有效数据在x＝0-T_N的范围内拟合曲线，针对高脉冲和宽脉冲类，PH等于该曲线最大值减去V_trig+，PW等于纵坐标值为V_trig++PH/2的曲线上两点间的时间长度；针对负脉冲类，PH值等于V_trig-减去曲线最小值，PW等于纵坐标值为V_trig-－PH/2的曲线上两点间的时间长度

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明提出一种全新的数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置，包括控制计算机、数据传输协议模块、程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器和示波器，控制计算机对各个模块进行统一的工作模式配置和参数设置，并对从示波器接收的单粒子瞬态数据进行自动的数据处理和统计分析，代替现有技术中对试验数据手工检测分析的缺陷，实现了单粒子瞬态效应信号的连续自动检测、捕获和数据分析，大大提高了测试效率和人工成本；

(2)、本发明基于数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置的检测方法，可以连续不间断记录发生的单粒子瞬态效应及其特征参数，实时发回记录结果，并自动实现按效应类别的统计分析，输出试验结果，实现了单粒子瞬态效应信号的检测、捕获和数据分析，解决了以往单粒子瞬态效应试验装置人工记录导致试验暂停造成的人为误差，以及后续统计分析效率低下的问题，大大提高了试验结果的准确性；可以有效地考核评估器件抗单粒子瞬态效应能力。

附图说明

图1为本发明的单粒子效应检测装置的硬件结构框图；

图2是本发明的单粒子效应检测方法的工作原理框图；

图3是本发明控制计算机进行单粒子瞬态数据处理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明的单粒子效应检测装置的硬件结构框图，由图可知数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置包括控制计算机、数据传输协议模块、程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器和示波器，其中待测数模电路与程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器和示波器进行连接，各模块的功能如下：

控制计算机通过数据传输协议模块向可编程逻辑门阵列、信号发生器、程控电源设置检测工作模式，同时设置需要捕获的单粒子瞬态效应参数，并通过数据传输协议模块输出给示波器，通过数据传输协议模块接收程控电源输出的工作电流；同时通过数据传输协议接收示波器发回的单粒子瞬态测试数据，进行数据处理分析，得到待测数模电路空间在轨单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave。

数据传输协议模块建立控制计算机与程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器、示波器之间的数据传输通道，以数据包形式进行数据传输。数据传输协议可以是由TCP/IP协议或者RS232协议组成的电路系统。

可编程逻辑门阵列：提供数据位信号DB给数模电路，数据位信号DB可以设置为典型输出电流、满量程最大输出电流、最小输出电流三种模式；

程控电源给数模电路供电，同时给数模电路提供输入基准电压信号V_FS，并且将试验测量的数模电路工作电流进行实时采集，通过数据传输协议模块发回给控制计算机。程控电源给待测数模电路供电的电源电压可以设置为：典型工作电压、最大工作电压、最小工作电压三种模式；程控电源提供给待测数模电路供输入基准电压信号V_FS，可以设置为：典型输出电压、最大输出电压、最小输出电压三种模式。

信号发生器用于提供差分时钟信号CLK_+-给数模电路，差分时钟信号CLK_+-可以设置为典型工作频率、最高工作频率、最低工作频率三种模式。

示波器采集待测数模电路输出的参考电压V_ref和输出电压信号V_out，通过数据传输协议模块发送给控制计算机。

待测数模电路由数据同步模块、数模转换内核模块、差分输入时钟模块和基准参考模块组成，其中数据同步模块用来缓存输入的数据位信号DB，输出给数模转换内核模块；基准参考模块根据输入基准电压信号V_FS产生最大输出电流值I_max和输出参考电压V_ref，其中最大输出电流值I_max供给数模转换内核模块，输出参考电压V_ref连接至示波器；数模转换内核模块根据同步时钟信号、最大输出电流值I_max和数据位信号DB，输出电流信号I_out串联一个电阻R接地，转换为输出电压信号V_out连接至示波器。

如图2所示为本发明的单粒子效应检测方法的工作原理框图，本发明数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、将待测数模电路与程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器和示波器进行连接，并使待测数模电路位于重离子加速器的辐照窗口下，对检测装置进行初始化，由控制计算机通过数据传输协议模块向可编程逻辑门阵列、信号发生器、程控电源设置检测工作模式，具体包括：程控电源给待测数模电路供电，同时给待测数模电路提供输入基准电压信号V_FS；信号发生器提供差分时钟信号CLK_+-给待测数模电路；可编程逻辑门阵列提供数据位信号DB给待测数模电路；

(2)、控制计算机设置需要捕获的单粒子瞬态效应参数，通过数据传输协议模块发送给示波器；具体包括：单粒子瞬态脉冲的触发电压上限V_trig+和触发电压下限V_trig-，用以触发示波器捕获发生的单粒子瞬态脉冲；单粒子瞬态脉冲的采样点数M，用以设置示波器采集单次单粒子瞬态脉冲的数据点数；单粒子瞬态脉冲的采样率σ，用以设置示波器采样数据点之间的间隔时间；单粒子瞬态脉冲的采样个数N_temp，用以设置示波器采样缓存数量，即采集多少个脉冲后发回控制计算机；标准电压值V_ref-0，用以判断待测数模电路的基准参考功能是否失效；捕获到的单粒子瞬态数量预定值N，用于判断单粒子瞬态辐照试验是否结束；

(3)、在重离子加速器上进行重离子束流设置，具体包括：进行重离子试验束流的元素离子种类及其相应的线性能量传输值LET；束流注量率大小、束斑面积大小、辐照总注量；

(4)、在重离子加速器上打开重离子束流，开始辐照待测数模电路，示波器实时检测数模电路的输出电压信号V_out信号是否发生单粒子瞬态效应，如果是，示波器捕获所述瞬态脉冲，每一次捕获的瞬态脉冲为：以采样率σ的速度，采集的M个输出电压信号V_out信号；如果否，不进行捕获操作；同时示波器实时监测输出参考电压V_ref，判断V_ref是否超出设定的标准电压V_ref-0，如果是，表明待测数模电路的基准参考功能失效，即待测数模电路发生了一次单粒子功能中断事件，此时需要检测装置重新启动初始化，返回步骤(2)；如果否，进入步骤(5)；

(5)、继续进行辐照试验，并判断是否辐照结束，判断是否辐照结束的条件为：捕获到的单粒子瞬态总数量是否达到预定值N，或者辐照总注量是否达到重离子束流设置中规定值，如果是，结束辐照试验，进入步骤(6)；如果否，在辐照试验结束前，每当示波器捕获到累计N_temp次的单粒子瞬态数据后，将所述N_temp次单粒子瞬态试验数据通过数据传输协议模块发回控制计算机，然后清空示波器缓存，重新计数单粒子瞬态的次数，并返回步骤(4)；

(6)、控制计算机对接收的单粒子瞬态数据进行处理和分析，得到待测数模电路空间在轨单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave，完成单粒子瞬态效应试验。

如图3所示是本发明控制计算机进行单粒子瞬态数据处理的流程图，上述步骤(6)中控制计算机对接收的单粒子瞬态数据进行处理和分析的具体过程如下：

(1)、单粒子瞬态数据以三维数组矩阵DATA[i][j][k]在控制计算机中保存，其中i表示不同种类的离子A、B、C。。。，j表示每种离子下获得的瞬态数据编号，k表示瞬态数据的每个采样值；同时设置瞬态效应类别判定电压值V_high和V_low、DATA抽样提取的有效点个数NF、触发电压上限V_trig+和触发电压下限V_trig-。

(2)、控制计算机载入DATA[i][j][k]中的一种离子下的瞬态数据DATA[i]页，其中DATA[i][j][k]中i表示页，j表示每页中的行，k表示每页中的列。每页的行数j为发生的瞬态次数，列数k为M个，即每行包括M个输出电压V_out的采样值，获得M个采样值中的最大值V_max和最小值V_min，判定该页代表的单粒子瞬态效应的种类为高脉冲、宽脉冲、负脉冲中的一种；具体判定标准为：若V_max大于等于V_high，判定为高脉冲；若V_max小于V_high，同时V_min大于等于V_low，判定为宽脉冲；若V_max小于V_high，同时V_min小于V_low，判定为宽脉冲。

(3)、抽样提取该DATA[i]页的NF个有效数据点，针对高脉冲和宽脉冲类别，在M个V_out值中大于V_trig+的部分上，等间隔地抽取NF个有效数据；针对负脉冲类别，在M个V_out值中小于V_trig-的部分，等间隔地抽取NF个有效数据，同时保存NF个数据的时间长度T_N。

(4)、计算NF个有效数据特征值：即计算脉冲高度PH和脉冲宽度PW；具体方法如下：

利用数值拟合函数，以时间为X轴、以电压为Y轴，将NF个有效数据在x＝0-T_N的范围内拟合曲线，针对高脉冲和宽脉冲类，PH等于该曲线最大值减去V_trig+，PW等于纵坐标值为V_trig++PH/2的曲线上两点间的时间长度；针对负脉冲类，PH值等于V_trig-减去曲线最小值，PW等于纵坐标值为V_trig-－PH/2的曲线上两点间的时间长度。

(5)、判断是否完成了该DATA[i]页所有行数据的读取，如果否，读入下一行瞬态脉冲数据，返回步骤(2)；如果是，进行该种离子的单粒子瞬态数据统计分析，即分别针对高脉冲、宽脉冲、负脉冲三种类别，统计发生的瞬态次数、脉冲高度PH和脉冲宽度PW的平均值、最大值。

(6)、判断是否完成了所有离子瞬态脉冲数据的统计分析，如果否，读入下一种离子的瞬态脉冲数据DATA[i]页，返回步骤(2)；如果是，分别进行威布尔曲线拟合，得到电路空间在轨发生相应类别单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置，其特征在于：包括控制计算机、数据传输协议模块、程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器和示波器，其中：

控制计算机：通过数据传输协议模块向可编程逻辑门阵列、信号发生器和程控电源设置检测工作模式，同时设置需要捕获的单粒子瞬态效应参数，并通过数据传输协议模块发送给示波器，通过数据传输协议模块接收程控电源输出的工作电流；同时通过数据传输协议接收示波器发回的单粒子瞬态测试数据，进行数据处理分析，得到待测数模电路空间在轨单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave；

数据传输协议模块：建立控制计算机与程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器、示波器之间的数据传输通道，以数据包形式进行数据传输；

可编程逻辑门阵列：提供数据位信号DB给待测数模电路，所述数据位信号DB设置为典型输出电流、满量程最大输出电流、最小输出电流三种模式；

程控电源：给待测数模电路供电，同时给待测数模电路提供输入基准电压信号V_FS，并且将待测数模电路工作电流进行实时采集，通过数据传输协议模块发回给控制计算机；

信号发生器：提供差分时钟信号CLK_+-给待测数模电路，所述差分时钟信号CLK_+-设置为典型工作频率、最高工作频率、最低工作频率三种模式；

示波器：采集待测数模电路输出的参考电压V_ref和输出电压信号V_out，通过数据传输协议模块发送给控制计算机。

2.根据权利要求1所述的数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置，其特征在于：所述控制计算机设置的需要捕获的单粒子瞬态效应参数包括：单粒子瞬态脉冲的触发电压上限V_trig+和触发电压下限V_trig-，用以触发示波器捕获发生的单粒子瞬态脉冲；单粒子瞬态脉冲的采样点数M，用以设置示波器采集单次单粒子瞬态脉冲的数据点数；单粒子瞬态脉冲的采样率σ，用以设置示波器采样数据点之间的间隔时间；单粒子瞬态脉冲的采样个数N，用以设置示波器采样缓存数量，即采集多少个脉冲后发回控制计算机。

3.根据权利要求1所述的数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置，其特征在于：所述程控电源给待测数模电路供电的电源电压设置为典型工作电压、最大工作电压、最小工作电压三种模式；程控电源提供给待测数模电路的输入基准电压信号V_FS设置为典型输出电压、最大输出电压、最小输出电压三种模式。

4.根据权利要求1所述的数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置，其特征在于：控制计算机对接收的单粒子瞬态数据进行处理和分析的具体过程如下：

(1)、单粒子瞬态数据以三维数组矩阵DATA[i][j][k]在控制计算机中保存，其中i表示不同种类的离子A、B、C…，j表示每种离子下获得的瞬态数据编号，k表示瞬态数据的每个采样值；同时设置瞬态效应类别判定电压值V_high和V_low、DATA抽样提取的有效点个数NF、触发电压上限V_trig+和触发电压下限V_trig-；

(2)、控制计算机载入DATA[i][j][k]中的一种离子下的瞬态数据DATA[i]页，每页的行数j为发生的瞬态次数，列数k为M个，即每行包括M个输出电压V_out的采样值，获得M个采样值中的最大值V_max和最小值V_min，判定每页代表的单粒子瞬态效应的种类为高脉冲、宽脉冲或负脉冲中的一种；具体判定标准为：若V_max大于等于V_high，判定为高脉冲；若V_max小于V_high，同时V_min大于等于V_low，判定为宽脉冲；若V_max小于V_high，同时V_min小于V_low，判定为负脉冲；

(3)、抽样提取DATA[i]页的NF个有效数据点，方法为：针对高脉冲和宽脉冲类别，在M个V_out值中大于V_trig+的部分上，等间隔地抽取NF个有效数据；针对负脉冲类别，在M个V_out值中小于V_trig-的部分，等间隔地抽取NF个有效数据，同时保存NF个数据的时间长度T_N；

(4)、计算NF个有效数据特征值，即计算脉冲高度PH和脉冲宽度PW；

(5)、判断是否完成了DATA[i]页所有行数据的读取，如果否，读入下一行瞬态脉冲数据，返回步骤(2)；如果是，进行该种离子的单粒子瞬态数据统计分析，即分别针对高脉冲、宽脉冲、负脉冲三种类别，统计发生的瞬态次数、脉冲高度PH和脉冲宽度PW的平均值、最大值；

(6)、判断是否完成了所有离子瞬态脉冲数据的统计分析，如果否，读入下一种离子的瞬态脉冲数据DATA[i]页，返回步骤(2)；如果是，分别进行威布尔曲线拟合，得到电路空间在轨发生相应类别单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave。

5.根据权利要求4所述的数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置，其特征在于：所述步骤(4)中计算脉冲高度PH和脉冲宽度PW的具体方法如下：

利用数值拟合函数，以时间为X轴、以电压为Y轴，将NF个有效数据在x＝0-T_N的范围内拟合曲线，针对高脉冲和宽脉冲类，PH等于所述曲线最大值减去V_trig+，PW等于纵坐标值为V_trig++PH/2的曲线上两点间的时间长度；针对负脉冲类，PH值等于V_trig-减去曲线最小值，PW等于纵坐标值为V_trig-－PH/2的曲线上两点间的时间长度。

6.根据权利要求1所述的数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、将待测数模电路与程控电源、可编程逻辑门阵列、信号发生器和示波器进行连接，并使待测数模电路位于重离子加速器的辐照窗口下，对检测装置进行初始化，由控制计算机通过数据传输协议模块向可编程逻辑门阵列、信号发生器、程控电源设置检测工作模式，具体包括：程控电源给待测数模电路供电，同时给待测数模电路提供输入基准电压信号V_FS；信号发生器提供差分时钟信号CLK_+-给待测数模电路；可编程逻辑门阵列提供数据位信号DB给待测数模电路；

(2)、控制计算机设置需要捕获的单粒子瞬态效应参数，通过数据传输协议模块发送给示波器；具体包括：单粒子瞬态脉冲的触发电压上限V_trig+和触发电压下限V_trig-，用以触发示波器捕获发生的单粒子瞬态脉冲；单粒子瞬态脉冲的采样点数M，用以设置示波器采集单次单粒子瞬态脉冲的数据点数；单粒子瞬态脉冲的采样率σ，用以设置示波器采样数据点之间的间隔时间；单粒子瞬态脉冲的采样个数N_temp，用以设置示波器采样缓存数量，即采集多少个脉冲后发回控制计算机；标准电压值V_ref-0，用以判断待测数模电路的基准参考功能是否失效；捕获到的单粒子瞬态数量预定值N，用于判断单粒子瞬态辐照试验是否结束；

(3)、在重离子加速器上进行重离子束流设置，具体包括：设置重离子试验束流的元素离子种类及其相应的线性能量传输值LET；束流注量率大小、束斑面积大小、辐照总注量；

(4)、在重离子加速器上打开重离子束流，开始辐照待测数模电路，示波器实时检测数模电路的输出电压信号V_out信号是否发生单粒子瞬态效应，如果是，示波器捕获所述瞬态脉冲，每一次捕获的瞬态脉冲为：以采样率σ的速度，采集的M个输出电压信号V_out信号；如果否，不进行捕获操作；同时示波器实时监测输出参考电压V_ref，判断V_ref是否超出设定的标准电压V_ref-0，如果是，表明待测数模电路的基准参考功能失效，即待测数模电路发生了一次单粒子功能中断事件，此时需要检测装置重新启动初始化，返回步骤(2)；如果否，进入步骤(5)；

(5)、继续进行辐照试验，并判断是否辐照结束，判断是否辐照结束的条件为：捕获到的单粒子瞬态总数量是否达到预定值N，或者辐照总注量是否达到重离子束流设置中规定值，如果是，结束辐照试验，进入步骤(6)；如果否，在辐照试验结束前，每当示波器捕获到累计N_temp次的单粒子瞬态数据后，将所述N_temp次单粒子瞬态试验数据通过数据传输协议模块发回控制计算机，然后清空示波器缓存，重新计数单粒子瞬态的次数，并返回步骤(4)；

(6)、控制计算机对接收的单粒子瞬态数据进行处理和分析，得到待测数模电路空间在轨单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave，完成单粒子瞬态效应试验。

7.根据权利要求6所述的数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置的检测方法，其特征在于：所述步骤(6)中控制计算机对接收的单粒子瞬态数据进行处理和分析的具体过程如下：

(1)、单粒子瞬态数据以三维数组矩阵DATA[i][j][k]在控制计算机中保存，其中i表示不同种类的离子A、B、C…，j表示每种离子下获得的瞬态数据编号，k表示瞬态数据的每个采样值；同时设置瞬态效应类别判定电压值V_high和V_low、DATA抽样提取的有效点个数NF、触发电压上限V_trig+和触发电压下限V_trig-；

(2)、控制计算机载入DATA[i][j][k]中的一种离子下的瞬态数据DATA[i]页，每页的行数j为发生的瞬态次数，列数k为M个，即每行包括M个输出电压V_out的采样值，获得M个采样值中的最大值V_max和最小值V_min，判定每页代表的单粒子瞬态效应的种类为高脉冲、宽脉冲或负脉冲中的一种；具体判定标准为：若V_max大于等于V_high，判定为高脉冲；若V_max小于V_high，同时V_min大于等于V_low，判定为宽脉冲；若V_max小于V_high，同时V_min小于V_low，判定为负脉冲；

(3)、抽样提取DATA[i]页的NF个有效数据点，方法为：针对高脉冲和宽脉冲类别，在M个V_out值中大于V_trig+的部分上，等间隔地抽取NF个有效数据；针对负脉冲类别，在M个V_out值中小于V_trig-的部分，等间隔地抽取NF个有效数据，同时保存NF个数据的时间长度T_N；

(4)、计算NF个有效数据特征值，即计算脉冲高度PH和脉冲宽度PW；

(5)、判断是否完成了DATA[i]页所有行数据的读取，如果否，读入下一行瞬态脉冲数据，返回步骤(2)；如果是，进行该种离子的单粒子瞬态数据统计分析，即分别针对高脉冲、宽脉冲、负脉冲三种类别，统计发生的瞬态次数、脉冲高度PH和脉冲宽度PW的平均值、最大值；

(6)、判断是否完成了所有离子瞬态脉冲数据的统计分析，如果否，读入下一种离子的瞬态脉冲数据DATA[i]页，返回步骤(2)；如果是，分别进行威布尔曲线拟合，得到电路空间在轨发生相应类别单粒子瞬态效应的错误率η、最大瞬态脉冲高度PH_max和宽度PW_max、平均瞬态脉冲高度PH_ave和宽度PW_ave。

8.根据权利要求7所述的数字模拟转换电路单粒子瞬态效应检测装置的检测方法，其特征在于：所述步骤(4)中计算脉冲高度PH和脉冲宽度PW的具体方法如下：

利用数值拟合函数，以时间为X轴、以电压为Y轴，将NF个有效数据在x＝0-T_N的范围内拟合曲线，针对高脉冲和宽脉冲类，PH等于该曲线最大值减去V_trig+，PW等于纵坐标值为V_trig++PH/2的曲线上两点间的时间长度；针对负脉冲类，PH值等于V_trig-减去曲线最小值，PW等于纵坐标值为V_trig-－PH/2的曲线上两点间的时间长度。