CN105759197A - Dds器件单粒子效应异常波形捕获系统及其捕获方法 - Google Patents

Dds器件单粒子效应异常波形捕获系统及其捕获方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统及其捕获方法，其中，系统包括：DDS驱动板，功分器，频率计数器和示波器；DDS驱动板连接到功分器的输入端，功分器的一个输出端连接到频率计数器的输入端，功分器的另一个输出端连接到示波器的第一通道，频率计数器的输出端连接到示波器的第二通道；DDS驱动板输出模拟信号至所述功分器；功分器将待测信号分为第一模拟信号和第二模拟信号，第一模拟信号输出到示波器的第一通道，第二模拟信号输出到频率计数器；频率计数器根据第二模拟信号检测出单粒子效应异常，并向示波器的第二通道输出捕获波形的触发信号；示波器在接收到触发信号时捕获对应的第一模拟信号的波形。

Description

DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统及其捕获方法
技术领域
本发明涉及集成电路辐射效应测试技术领域，特别是涉及一种DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统及其捕获方法。
背景技术
卫星、飞船等航天器所处的位置是一种有高能电子、质子、重离子等辐射源恶劣空间环境。空间单个高能粒子轰击航天器系统中半导体元器件，可能导致器件出现软错误和硬损伤等现象即为单粒子效应。单粒子效应可导致器件出现存储信息更改、工作状态异常等，严重时可导致器件烧毁造成灾难性后果。卫星用器件均需要进行抗辐射性能的地面评价试验，单粒子效应通常采用高能加速器进行试验评价。单粒子效应试验中，重离子辐照的同时需要对器件进行高速在线测试，不同器件的测试方式有很大差别，正确的测试方法对器件的单粒子效应评估来说是最重要的内容。
直接数字频率合成器(DDS)是从相位概念出发直接合成所需波形的一类器件，其在通讯卫星系统中广泛应用。DDS器件正常工作时将输出固定频率的正弦波信号，其单粒子效应的故障模式主要表现为器件输出信号频率抖动，单粒子效应试验中可以采用频率计数器监测器件输出信号的频率，以频率的抖动作为指标来评价器件的抗单粒子能力。但是此种方法只能获得器件的频率变化信息，无法直观了解单粒子效应对器件输出信号时域波形的影响。由于DDS单粒子效应的影响最终均能表现为对器件输出时域波形的影响，因此获得DDS器件单粒子效应导致的异常波形对器件效应产生的机理分析和加固设计而言都异常关键。
现有技术在进行DDS器件单粒子效应异常波形捕获时，一般通过功分器将DDS器件的输出正弦波信号分成两路，一路采用通常的频率计数器监测器件的输出信号频率，另外一路直接采用数字示波器进行观测，两路信号测量并行同时进行，频率计数器和示波器之前没有任何关联。这种采用数字示波器直接观测DDS芯片的模拟输出，可以观察器件的实际输出波形，但存在许多缺点，第一，DDS芯片输出信号为正弦波，单粒子效应表现形式多样，很难找到某种通用的触发模式及时捕获单粒子效应产生瞬间的波形，肉眼观察波形不能分辨瞬时异常波形，且不能及时捕获；第二，模拟输出波形数据量巨大，无法实现全部存储后分析；第三，无法获得在器件输出频率抖动时的模拟信号波形。综上所述，现有技术进行DDS器件单粒子效应异常波形捕获的效果较差。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术效果差的问题，提供一种DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统及其捕获方法。
一种DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统，包括：
DDS驱动板，功分器，频率计数器和示波器；
所述DDS驱动板连接到功分器的输入端，所述功分器的一个输出端连接到频率计数器的输入端，所述功分器的另一个输出端连接到示波器的第一通道，所述频率计数器的输出端连接到示波器的第二通道；
所述DDS驱动板输出模拟信号至所述功分器；
所述功分器将待测信号分为第一模拟信号和第二模拟信号，所述第一模拟信号输出到示波器的第一通道，所述第二模拟信号输出到频率计数器；
所述频率计数器根据第二模拟信号检测出单粒子效应异常，并向示波器的第二通道输出捕获波形的触发信号；
所述示波器在接收到触发信号时捕获对应的第一模拟信号的波形。
一种DDS器件单粒子效应异常波形捕获方法，包括以下步骤：
将DDS器件输出的模拟信号分为第一模拟信号和第二模拟信号；
将所述第一模拟信号输出到示波器的第一通道，所述第二模拟信号输出到频率计数器；
将所述第二模拟信号的频率与预设的频率阈值进行比较，当所述第二模拟信号的频率超出所述频率阈值时，通过所述频率计数器向示波器的第二通道输出捕获波形的触发信号；
响应所述触发信号在示波器上捕获对应的第一模拟信号的波形。
上述DDS器件单粒子效应异常捕获系统及其波形捕获方法，通过功分器将DDS驱动板输出的模拟信号分为两路，一路输出到频率计数器，另一路输出到示波器的第一通道，频率计数器在检测到单粒子效应异常波形时向示波器的第二通道输出触发信号，示波器响应所述触发信号捕获对应的信号波形，可以直观获得DDS器件发生单粒子效应时的时域波形，且做到准确捕获，无遗漏。
附图说明
图1为本发明的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统的结构示意图；
图2为DDS器件单粒子效应导致的频率跳变的示意图；
图3为DDS单粒子效应导致的器件输出幅度跳变的示意图；
图4为本发明的DDS器件单粒子效应异常波形捕获方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行描述。
图1为本发明的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统的结构示意图。如图1所示，所述系统可包括：
DDS驱动板10，功分器20，频率计数器30和示波器40；
所述DDS驱动板10连接到功分器20的输入端，所述功分器20的一个输出端连接到频率计数器30的输入端，所述功分器20的另一个输出端连接到示波器40的第一通道，所述频率计数器30的输出端连接到示波器40的第二通道；
所述DDS驱动板10输出模拟信号至所述功分器20；
所述功分器20将待测信号分为第一模拟信号和第二模拟信号，所述第一模拟信号输出到示波器40的第一通道，所述第二模拟信号输出到频率计数器30；
所述频率计数器30根据第二模拟信号检测出单粒子效应异常，并向示波器40的第二通道输出捕获波形的触发信号；
所述示波器40在接收到触发信号时捕获对应的第一模拟信号的波形。
本申请能够在DDS器件发生单粒子效应时刻(通过频率计数器监测到器件输出信号频率抖动)及时捕获其输出的正弦波信号异常波形，为器件单粒子效应的产生机理分析以及加固设计提供支持。
各部分的作用和原理如下：
DDS驱动板：
DDS驱动板可用于激励被测器件达到设定的工作状态，通常可以单片机或FPGA控制实现。施加正确的激励之后，器件输出端可将输出固定频率的模拟信号，例如，正弦波信号。
功分器：
功分器可将DDS输出信号分成两路，用于下一级测试。
频率计数器：
可采用各种型号的频率计数器，例如，可采用Agilent53132A频率计数器，在其中有两个作用，一是用来对DDS输出信号进行频率监测，二是在检测到频率超出设定的上下限之后输出触发信号用于示波器外触发。
所述频率计数器可在未监测到单粒子效应异常波形时，向示波器输出高电平信号，在监测到单粒子效应异常波形时，向示波器输出低电平信号。在一个实施例中，频率计数器可具有“LIMT”测试功能，该测试方案中可设置频率测量的上下限，假设采用Agilent53132A频率计数器，当测量频率超限时，其可在器件RS232通讯接口Pin4管脚存在一个高电平到低电平的电压跳变(+9V到-9V)。可将该信号引出接入示波器的通道1，作为触发信号。
示波器：
所述示波器可用于在接收到所述低电平信号时，捕获对应的第一模拟信号的波形。当频率计数器采用Agilent53132A频率计数器时，可利用频率计数器RS232接口Pin4输出电压跳变，作为示波器的触发信号(通道1)，通道2可连接DDS输出信号。所述示波器可用于捕获设定时间段的第一模拟信号的波形；其中，所述设定时间段是从接收到所述触发信号开始的一段时间。可设置不同的触发时间，可捕获频率超差时的时域异常波形。当器件输出信号频率超差时，对时域波形进行准确捕获。
频率计数器的“GATE”时间、示波器的采样率、示波器的存储深度之间可满足一定的关系。可设置合适的示波器采样率和存储深度，以保证其存储深度内存储数据的时间长度要不小于计数器的“GATE”；
示波器可设定一定的预触发时间，保证触发后示波器能够捕获计数器“GATE”时间长度范围内的波形。
所述示波器还可用于实时显示第一模拟信号的波形，以便用户查看单粒子效应异常时的波形。所述频率计数器还可用于实时显示所述第二模拟信号的频率，以便用户查看单粒子效应异常时的频率。
本发明技术方案有以下有益效果：
利用该方法可以直观获得DDS器件发生单粒子效应时的时域波形，且做到准确捕获，无遗漏。
利用该方法捕获了DDS单粒子效应异常波形，包括频率的跳变，幅度变化等，具体见下面描述。
(1)频率跳变
单粒子轰击可能导致DDS器件内部寄存器发生翻转，如果控制器件频率的控制字位发生翻转，则可能导致器件输出频率从一个频点跳至另一个频点。捕获到了AD9910器件单粒子效应导致的频率跳变，见图2所示。
(2)幅度变化
如果控制器件输出正弦波信号幅度的控制字位发生翻转，则可能导致器件输出发生幅度跳变，且不可恢复。图3为AD9910器件发生幅度控制字位发生翻转导致的幅度跳变示意图。
所述频率计数器可以进行DDS器件信号的硬件运算处理，出现频率异常时输出触发信号，触发示波器进行波形捕获。
图4为本发明的DDS器件单粒子效应异常波形捕获方法流程图。如图4所示，所述方法可包括以下步骤：
S1，将DDS器件输出的模拟信号分为第一模拟信号和第二模拟信号；
S2，将所述第一模拟信号输出到示波器的第一通道，所述第二模拟信号输出到频率计数器；
S3，将所述第二模拟信号的频率与预设的频率阈值进行比较，当所述第二模拟信号的频率超出所述频率阈值时，通过所述频率计数器向示波器的第二通道输出捕获波形的触发信号；
S4，响应所述触发信号在示波器上捕获对应的第一模拟信号的波形。
本申请能够在DDS器件发生单粒子效应时刻(通过频率计数器监测到器件输出信号频率抖动)及时捕获其输出的正弦波信号异常波形，为器件单粒子效应的产生机理分析以及加固设计提供支持。
各部分的作用和原理如下：
DDS驱动板：
DDS驱动板可用于激励被测器件达到设定的工作状态，通常可以单片机或FPGA控制实现。施加正确的激励之后，器件输出端可将输出固定频率的模拟信号，例如，正弦波信号。
功分器：
功分器可将DDS输出信号分成两路，用于下一级测试。
频率计数器：
可采用各种型号的频率计数器，例如，可采用Agilent53132A频率计数器，在其中有两个作用，一是用来对DDS输出信号进行频率监测，二是在检测到频率超出设定的上下限之后输出触发信号用于示波器外触发。
所述频率计数器可在未监测到单粒子效应异常波形时，向示波器输出高电平信号，在监测到单粒子效应异常波形时，向示波器输出低电平信号。在一个实施例中，频率计数器可具有“LIMT”测试功能，该测试方案中可设置频率测量的上下限，假设采用Agilent53132A频率计数器，当测量频率超限时，其可在器件RS232通讯接口Pin4管脚存在一个高电平到低电平的电压跳变(+9V到-9V)。可将该信号引出接入示波器的通道1，作为触发信号。
示波器：
所述示波器可用于在接收到所述低电平信号时，捕获对应的第一模拟信号的波形。当频率计数器采用Agilent53132A频率计数器时，可利用频率计数器RS232接口Pin4输出电压跳变，作为示波器的触发信号(通道1)，通道2可连接DDS输出信号。所述示波器可用于捕获设定时间段的第一模拟信号的波形；其中，所述设定时间段是从接收到所述触发信号开始的一段时间。可设置不同的触发时间，可捕获频率超差时的时域异常波形。当器件输出信号频率超差时，对时域波形进行准确捕获。
频率计数器的“GATE”时间、示波器的采样率、示波器的存储深度之间可满足一定的关系。可设置合适的示波器采样率和存储深度，以保证其存储深度内存储数据的时间长度要不小于计数器的“GATE”；
示波器可设定一定的预触发时间，保证触发后示波器能够捕获计数器“GATE”时间长度范围内的波形。
所述示波器还可用于实时显示第一模拟信号的波形，以便用户查看单粒子效应异常时的波形。所述频率计数器还可用于实时显示所述第二模拟信号的频率，以便用户查看单粒子效应异常时的频率。
本发明技术方案有以下有益效果：
利用该方法可以直观获得DDS器件发生单粒子效应时的时域波形，且做到准确捕获，无遗漏。
利用该方法捕获了DDS单粒子效应异常波形，包括频率的跳变，幅度变化等，具体见下面描述。
(1)频率跳变
单粒子轰击可能导致DDS器件内部寄存器发生翻转，如果控制器件频率的控制字位发生翻转，则可能导致器件输出频率从一个频点跳至另一个频点。捕捉到了AD9910器件单粒子效应导致的频率跳变，见图2所示。
(2)幅度变化
如果控制器件输出正弦波信号幅度的控制字位发生翻转，则可能导致器件输出发生幅度跳变，且不可恢复。图3为AD9910器件发生幅度控制字位发生翻转导致的幅度跳变示意图。
可以基于FPGA进行DDS器件信号的硬件运算处理，出现频率异常时输出触发信号，触发示波器进行波形捕捉。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (10)

1.一种DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统，其特征在于，包括：
DDS驱动板，功分器，频率计数器和示波器；
所述DDS驱动板连接到功分器的输入端，所述功分器的一个输出端连接到频率计数器的输入端，所述功分器的另一个输出端连接到示波器的第一通道，所述频率计数器的输出端连接到示波器的第二通道；
所述DDS驱动板输出模拟信号至所述功分器；
所述功分器将待测信号分为第一模拟信号和第二模拟信号，所述第一模拟信号输出到示波器的第一通道，所述第二模拟信号输出到频率计数器；
所述频率计数器根据第二模拟信号检测出单粒子效应异常，并向示波器的第二通道输出捕获波形的触发信号；
所述示波器在接收到触发信号时捕获对应的第一模拟信号的波形。
2.根据权利要求1所述的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统，其特征在于，所述DDS驱动板还用于将DDS器件激励到预设的工作状态，并将DDS器件在所述工作状态下输出的模拟信号输出到所述功分器。
3.根据权利要求1所述的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统，其特征在于，所述频率计数器还用于在未监测到单粒子效应异常波形时，向示波器输出高电平信号，在监测到单粒子效应异常波形时，向示波器输出低电平信号。
4.根据权利要求3所述的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统，其特征在于，所述示波器进一步用于在接收到所述低电平信号时，捕获对应的第一模拟信号的波形。
5.根据权利要求1所述的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统，其特征在于，所述示波器进一步用于捕获设定时间段的第一模拟信号的波形；其中，所述设定时间段为[t-t1,t+t2]，其中，t为接收到所述触发信号的时刻，t1和t2为预设的时间间隔。
6.根据权利要求5所述的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统，其特征在于，所述示波器进一步用于接收触发时间的设置指令，并对所述触发时间内的第一模拟信号的时域波形进行捕获。
7.根据权利要求1所述的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统，其特征在于，所述示波器的存储深度内存储数据的时间长度大于或等于所述频率计数器的GATE时间。
8.根据权利要求1所述的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统，其特征在于，所述示波器还用于实时显示第一模拟信号的波形。
9.根据权利要求1所述的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统，其特征在于，所述频率计数器还用于实时显示所述第二模拟信号的频率。
10.一种基于权利要求1至9任意一项所述的DDS器件单粒子效应异常波形捕获系统的DDS器件单粒子效应异常波形捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
将DDS器件输出的模拟信号分为第一模拟信号和第二模拟信号；
将所述第一模拟信号输出到示波器的第一通道，所述第二模拟信号输出到频率计数器；
将所述第二模拟信号的频率与预设的频率阈值进行比较，当所述第二模拟信号的频率超出所述频率阈值时，通过所述频率计数器向示波器的第二通道输出捕获波形的触发信号；
响应所述触发信号在示波器上捕获对应的第一模拟信号的波形。
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