CN105675985B - 一种脉冲波形测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种脉冲波形测试方法，包括：收集单粒子轰击信息，并产生单粒子瞬态脉冲；检测所述单粒子瞬态脉冲在不同电压值时的脉冲宽度，并产生相应宽度的脉冲信号；根据不同电压值时产生的相应宽度的脉冲信号标定当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度；将不同电压值时标定的脉冲宽度整合并还原所述单粒子瞬态脉冲的波形。本发明的脉冲波形测试方法测量出了单粒子效应的真实波形，可以以此建立更精准的单粒子效应瞬态电流脉冲模型，对抗辐射电路的加固设计具有重要参考意义。

Description

一种脉冲波形测试方法
技术领域
本发明涉及单粒子效应研究领域，特别是涉及一种脉冲波形测试方法。
背景技术
单粒子效应是指单个高能粒子穿过微电子器件的灵敏区时造成器件状态的非正常改变的一种辐射效应，包括单粒子翻转(Single event upset)、单粒子锁定(Singleevent latch up)、单粒子功能中断、单粒子瞬态脉冲(Signal event transient，SET)、单粒子多位翻转、单粒子烧毁(Single event burnout)、单粒子栅击穿(Single event gaterupture)、单粒子扰动及单粒子硬错误等。
单粒子效应是诱发电子设备异常的主要辐射效应之一，在集成电路中发生频率最高的是单粒子瞬时脉冲效应和单粒子翻转效应。瞬时脉冲在组合逻辑路径上产生并被传播，称为SET，SET导致逻辑状态翻转，使得电路的逻辑状态发生错误，严重影响集成电路的功能。因此需要对单粒子瞬态脉冲进行捕获，以此对集成电路中的单粒子效应进行评价和研究，以解决单粒子瞬态脉冲对集成电路的影响。
如图1所示为现有技术中的一种单粒子脉冲宽度测量方法1，通过脉冲产生模块在待测辐射环境中形成原始单粒子瞬态脉冲；通过脉冲展宽模块将原始单粒子瞬态脉冲的展宽延时量；再通过脉冲捕捉模块将展宽后的单粒子瞬态脉冲转化为二进制码；再通过单粒子瞬态脉冲展宽后的宽度以及延时量确定所述单粒子瞬态脉冲的宽度。可有效解决单粒子瞬态脉冲宽度太窄而难以测量的难题，减小测试结构对工艺、系统、测试设备的依赖性。但是上述方法只能测量单粒子瞬态脉冲的宽度，而无法有效还原单粒子瞬态脉冲的波形，在模型结构上还存在一些偏差，因此无法对单粒子瞬态脉冲进行精确建模。
因此如何对单粒子瞬态脉冲进行精确的建模，进而更有效地解决单粒子瞬态脉冲对集成电路的影响已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种脉冲波形测试方法，用于解决现有技术中对单粒子瞬态脉冲的建模不精确等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种脉冲波形测试方法，所述脉冲波形测试方法至少包括：
收集单粒子轰击信息，并产生单粒子瞬态脉冲；
检测所述单粒子瞬态脉冲在不同电压值时的脉冲宽度，并产生相应宽度的脉冲信号；
根据不同电压值时产生的相应宽度的脉冲信号标定当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度；
将不同电压值时标定的脉冲宽度整合并还原所述单粒子瞬态脉冲的波形。
优选地，产生所述单粒子瞬态脉冲的方法如下：在待测辐射环境中对待测器件采用粒子轰击。
更优选地，粒子轰击反相器的MOS管漏端。
优选地，采用不同阈值的缓冲器分别检测所述单粒子瞬态脉冲在不同电压值时的脉冲宽度。
更优选地，通过调节MOS管的阈值以及宽长比来设定缓冲器的阈值。
优选地，标定不同电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度的方法如下：在当前电压值时未检测到所述单粒子瞬态脉冲时，通过反相器链对输入信号进行逐级反相处理，在当前电压值时检测到所述单粒子瞬态脉冲时，所述反相器链受到所述单粒子瞬态脉冲的影响，部分反相器的输出状态发生翻转，通过输出状态发生翻转的反相器的数量来标定当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度。
更优选地，当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度满足如下关系式：
TW＝ΔT×N±ΔT/2，
其中，TW为当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度，ΔT为一级反相器的延时时间，N为输出状态发生翻转的反相器的数量，ΔT/2为前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度估算精度。
如上所述，本发明的脉冲波形测试方法，具有以下有益效果：
本发明的脉冲波形测试方法测量出了单粒子效应的真实波形，可以以此建立更精准的单粒子效应瞬态电流脉冲模型，对抗辐射电路的加固设计具有重要参考意义。
附图说明
图1显示为现有技术中的单粒子脉冲宽度测量方法的原理示意图。
图2显示为本发明的脉冲波形测试方法的流程示意图。
图3显示为本发明产生的单粒子瞬态脉冲的波形示意图。
图4显示为本发明产生单粒子瞬态脉冲的原理示意图。
图5显示为本发明检测不同电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度的原理示意图。
图6显示为本发明标定不同电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度的原理示意图。
元件标号说明
1 单粒子脉冲宽度测量方法
2 待测器件
31～34 第一～第四缓冲器
311 第一反相器
312 第二反相器
S1～S4 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图2～图6所示，本发明提供一种脉冲波形测试方法，所述脉冲波形测试方法至少包括：
步骤S1：收集单粒子轰击信息，并产生单粒子瞬态脉冲SET pulse。
具体地，在待测辐射环境中对待测器件采用粒子轰击以得到所述单粒子瞬态脉冲SETpulse，所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的波形如图3所示。在本实施例中，所述待测器件2为单个反相器，如图4所示，包括一NMOS及一PMOS，NMOS和PMOS的漏端相连作为输出端、栅端相连作为输入端，NMOS的源端接地GND，PMOS的源端连接电源电压VDD，其输出连接一固定电平。高电平状态时NMOS导通，PMOS截止，则此时若单粒子轰击PMOS的漏端，可产生单粒子瞬态脉冲SET pulse；低电平状态时PMOS导通，NMOS截止，则此时若单粒子轰击NMOS的漏端，可产生所述单粒子瞬态脉冲SET pulse。
步骤S2：检测所述单粒子瞬态脉冲SET pulse在不同电压值时的脉冲宽度，并产生相应宽度的脉冲信号。
具体地，如图5所示，在本实施例中，采用不同阈值的缓冲器分别检测所述单粒子瞬态脉冲SET pulse在不同电压值时的脉冲宽度。在本实施例中，设置4个不同阈值的缓冲器，分别为：阈值为0.4V的第一缓冲器31、阈值为0.5V的第二缓冲器32、阈值为0.7V的第三缓冲器33以及阈值为0.8V的第四缓冲器34，本实施例以电源电压1.2V、正常反相器的阈值0.6V为基础设定。缓冲器的数量及其阈值的设定可根据实际情况做具体选择，应覆盖整个所述单粒子瞬态脉冲的幅值范围，不以本实施例为限，缓冲器的数量越多，还原的所述单粒子瞬态脉冲SET pulse越准确。
更具体地，各缓冲器包括串联的第一反相器311和第二反相器312，所述第一反相器311的翻转电平为需要检测的脉冲宽度所处的电压值，所述第二反相器312的翻转电平为电源电压的一半。所述第一反相器311用于检测当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲SETpulse的脉冲宽度，所述第二反相器312用于调整极性。在本实施例中，所述第二反相器312的翻转电平为0.6V。所述第一反相器311包括PMOS和NMOS，PMOS与NMOS的漏端相连作为输出端，PMOS和NMOS的栅端相连作为输入端，PMOS的源端连接电源电压，NMOS的源端接地；通过调节PMOS、NMOS的阈值以及宽长比来设定所述第一反相器的翻转电平。在本实施例中，以高阈值的PMOS与低阈值的NMOS组合，选用低宽长比的PMOS与NMOS可获得0.4V处翻转的反相器，与0.6V正常反相器串联，输出脉冲宽度等于瞬态电压脉冲0.4V处宽度第一矩形脉冲Pulse 1；以正常阈值的PMOS与正常阈值的NMOS组合，选用正常宽长比的PMOS与NMOS可获得0.5V处翻转的反相器，与0.6V正常反相器串联，输出脉冲宽度等于瞬态电压脉冲0.5V处宽度的第二矩形脉冲Pulse 2；以正常阈值的PMOS与正常阈值的NMOS组合，选用正常宽长比的PMOS与NMOS可获得0.7V处翻转的反相器，与0.6V正常反相器串联，输出脉冲宽度等于瞬态电压脉冲0.7V处宽度的第三矩形脉冲Pulse 3；以低阈值的PMOS与高阈值的NMOS组合，选用高宽长比的PMOS与NMOS可获得0.8V处翻转的反相器，与0.6V正常反相器串联，输出脉冲宽度等于瞬态电压脉冲0.8V处宽度的第四矩形脉冲Pulse 4。各矩形个脉冲的宽度与当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的脉冲宽度相等。其中，高阈值、低阈值、正常阈值、高宽长比、低宽长比、正常宽长比的具体数值选择根据具体情况做设定，本领域的技术人员通过PMOS和NMOS的阈值和宽长比的选择均可获取不同阈值的缓冲器。
步骤S3：根据不同电压值时产生的相应宽度的脉冲信号标定当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的脉冲宽度。
具体地，在当前电压值时未检测到所述单粒子瞬态脉冲SET pulse时，通过反相器链对输入信号进行逐级反相处理，在当前电压值时检测到所述单粒子瞬态脉冲SET pulse时，所述反相器链受到所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的影响，部分反相器的输出状态发生翻转，通过输出状态发生翻转的反相器的数量来标定当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的脉冲宽度。当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的脉冲宽度满足如下关系式：
TW＝ΔT×N±ΔT/2，
其中，TW为当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的脉冲宽度，ΔT为一级反相器的延时时间，N为输出状态发生翻转的反相器的数量，ΔT/2为前电压值时所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的脉冲宽度估算精度。
更具体地，如图6所示，在本实施例中，以5级反相器为例，在未检测到所述单粒子瞬态脉冲SET pulse时各级反相器的输出状态依次为01010。在当前电压为V1时，检测到各级反相器的输出状态依次为00010，由此可知，第二级反相器的输出状态翻转，由1反转为0，因此在当前电压为V1时所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的宽度TW＝ΔT×1±ΔT/2；在当前电压为V2时，检测到各级反相器的输出状态依次为00101，由此可知，第二～第五级反相器的输出状态翻转，因此在当前电压为V2时所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的宽度TW＝ΔT×4±ΔT/2。
步骤S4：将不同电压值时标定的脉冲宽度整合并还原所述单粒子瞬态脉冲SETpulse的波形。
具体地，将各电压值时标定的脉冲宽度按照电压值进行整合，以对所述单粒子瞬态脉冲SET pulse的波形进行还原。
如上所述，本发明的脉冲波形测试方法，具有以下有益效果：
本发明的脉冲波形测试方法测量出了单粒子效应的真实波形，可以以此建立更精准的单粒子效应瞬态电流脉冲模型，对抗辐射电路的加固设计具有重要参考意义。
综上所述，本发明提供一种脉冲波形测试方法，至少包括：收集单粒子轰击信息，并产生单粒子瞬态脉冲；检测所述单粒子瞬态脉冲在不同电压值时的脉冲宽度，并产生相应宽度的脉冲信号；根据不同电压值时产生的相应宽度的脉冲信号标定当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度；将不同电压值时标定的脉冲宽度整合并还原所述单粒子瞬态脉冲的波形。本发明的脉冲波形测试方法测量出了单粒子效应的真实波形，可以以此建立更精准的单粒子效应瞬态电流脉冲模型，对抗辐射电路的加固设计具有重要参考意义。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种脉冲波形测试方法，其特征在于，所述脉冲波形测试方法至少包括：
收集单粒子轰击信息，并产生单粒子瞬态脉冲；
采用不同阈值的缓冲器分别检测所述单粒子瞬态脉冲在不同电压值时的脉冲宽度，并产生相应宽度的脉冲信号；
根据不同电压值时产生的相应宽度的脉冲信号标定当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度；
将不同电压值时标定的脉冲宽度整合并还原所述单粒子瞬态脉冲的波形。
2.根据权利要求1所述的脉冲波形测试方法，其特征在于：产生所述单粒子瞬态脉冲的方法如下：在待测辐射环境中对待测器件采用粒子轰击。
3.根据权利要求2所述的脉冲波形测试方法，其特征在于：粒子轰击反相器的MOS管漏端。
4.根据权利要求1所述的脉冲波形测试方法，其特征在于：通过调节MOS管的阈值以及宽长比来设定缓冲器的阈值。
5.根据权利要求1所述的脉冲波形测试方法，其特征在于：标定不同电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度的方法如下：在当前电压值时未检测到所述单粒子瞬态脉冲时，通过反相器链对输入信号进行逐级反相处理，在当前电压值时检测到所述单粒子瞬态脉冲时，所述反相器链受到所述单粒子瞬态脉冲的影响，部分反相器的输出状态发生翻转，通过输出状态发生翻转的反相器的数量来标定当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度。
6.根据权利要求5所述的脉冲波形测试方法，其特征在于：当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度满足如下关系式：
TW＝ΔT×N±ΔT/2，
其中，TW为当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度，ΔT为一级反相器的延时时间，N为输出状态发生翻转的反相器的数量，ΔT/2为当前电压值时所述单粒子瞬态脉冲的脉冲宽度估算精度。
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