CN108957283A - 辐照实验板、监控终端、asic芯片辐照实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种辐照实验板、监控终端、ASIC芯片辐照实验系统，其中，ASIC芯片辐照实验系统包括：监控终端、辐照实验板和智能电源，监控终端用于进行辐照实验的过程控制和数据显示；辐照实验板用于放置待测的ASIC芯片，根据监控终端发送的测试命令对ASIC芯片进行辐照实验测试，并将测试结果发送给监控终端；智能电源用于根据监控终端发送的电源控制命令对辐照实验板进行供电控制，并将根据监控终端发送的采集命令所采集到的ASIC芯片的各电压域的电压和电流数据发送给监控终端。本发明提供的技术方案，实现了对ASIC芯片的抗辐照实验及自动化控制。

Description

辐照实验板、监控终端、ASIC芯片辐照实验系统

技术领域

本发明涉及集成芯片抗辐照实验技术，尤其涉及一种辐照实验板、监控终端、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)芯片辐照实验系统，属于辐照实验技术领域。

背景技术

随着航天事业的不断发展，大规模集成电路在航天领域的应用需求逐渐增加，更大规模、更高集成度的集成电路越来越成为航天系统中不可或缺的重要部分。其中，现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)和专用ASIC芯片为航天控制系统中主要使用的两种大规模集成芯片。早期的航天应用中，FPGA芯片以其可重复编程的特点应用较为广泛，但在空间环境运行中，控制电路系统直接暴露于复杂的空间辐射环境中，FPGA芯片因其本身的结构特点，在高强度辐照环境下，其工作的可靠性无法保证，且提高FPGA芯片抗辐照可靠性较专用ASIC芯片难度较大。随着芯片工艺的不断改进和芯片设计技术的不断提高，专用ASIC芯片采用特定的技术能够明显提高其抗辐照性能，且其芯片规模生产成本显著下降，因此，越来越多的航天应用领域开始采用专用ASIC作为航天系统的主控芯片。

为保证专用ASIC芯片在复杂的空间辐射环境中抗辐照环境的可靠性，确保芯片在辐射环境下能够稳定准确的工作，需要在芯片应用于空间系统之前，通过地面搭建特定辐照环境，对专用ASIC芯片进行充分的抗辐照实验检测评估。通过对各种标准的系统评估，对芯片抗辐照性能进行综合判定，从而确保所采用的专用ASIC芯片能够满足空间环境工作应用需求。

目前，基于上述的抗辐照鉴定实验所开发的实验控制系统主要适用于FPGA芯片，其无法实现对专用ASIC芯片的抗辐照实验及自动化控制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种辐照实验板、监控终端、ASIC芯片辐照实验系统，用于实现对专用ASIC芯片的抗辐照实验及自动化控制。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种辐照实验板，应用于专用集成电路ASIC芯片辐照实验系统，辐照实验板分别与系统中的监控终端和智能电源连接，包括：辐照区域和控制区域；

辐照区域，用于放置ASIC芯片；

控制区域包括：微控制单元MCU、通信接口、测试存储器和配置存储器，MCU分别与通信接口、测试存储器和配置存储器连接；

MCU，用于通过通信接口接收监控终端发送的测试命令，根据测试命令对ASIC芯片进行辐照实验测试，并通过通信接口将测试结果发送给监控终端；

测试存储器，用于存储测试ASIC芯片的测试程序和MCU的启动配置信息；

配置存储器，用于存储配置MCU的配置程序。

作为一种可选的实施方式，测试命令包括：单粒子翻转实验命令、单粒子闩锁实验命令和总剂量鉴定实验命令。

作为一种可选的实施方式，测试命令还包括：功能单元选择命令，MCU具体用于：在辐照实验过程中，根据功能单元选择命令控制ASIC芯片各功能单元的电源或时钟，选择待测试的功能单元。

作为一种可选的实施方式，单粒子翻转实验命令包括：实验模式切换命令；MCU具体用于根据模式切换命令，在对ASIC芯片进行单粒子辐照前，切换ASIC芯片的实验模式，实验模式包括：测试模式和功能模式。

作为一种可选的实施方式，单粒子翻转实验命令还包括：测试序列命令；MCU具体用于：

根据实验模式切换命令，在对ASIC芯片进行辐照前，将ASIC芯片的实验模式切换为测试模式，测试模式对应的单粒子翻转实验包括内部触发器数据扫描测试和/或内部存储单元数据环回测试；

根据测试序列命令生成对应的测试序列数据，并将测试序列数据写入ASIC芯片；

辐照结束后，根据单粒子翻转实验命令回读ASIC芯片中与测试序列数据对应的数据，作为回读序列数据；

将回读序列数据与测试序列数据进行比较，统计翻转数，并将翻转数传输给监控终端。

作为一种可选的实施方式，MCU具体用于：

根据实验模式切换命令，在对ASIC芯片进行辐照前，将ASIC芯片的实验模式切换为功能模式；

提取ASIC芯片内部的功能单元中的数据，作为对照测试数据；

辐照结束后，回读ASIC芯片内部的功能单元中的数据，作为回读测试数据；

将回读测试数据与对照测试数据进行比较，统计翻转数，并将翻转数传输给监控终端。

作为一种可选的实施方式，MCU具体用于：

在对ASIC芯片进行辐照前，根据单粒子闩锁实验命令控制ASIC芯片内部的功能单元的初始工作状态；

在辐照过程中，读取ASIC芯片内部的功能单元的实时工作状态和电信号，并将实时工作状态和电信号传输给监控终端。

作为一种可选的实施方式，MCU具体用于：

在对ASIC芯片进行辐照前，根据总剂量鉴定实验命令控制ASIC芯片分别处于不同的电源偏置模式；

在每个电源偏置模式对应的总剂量辐照结束后，根据总剂量鉴定实验命令将ASIC芯片设置为正常工作模式，并读取ASIC芯片内部各功能单元的工作状态；

将ASIC芯片各电源偏置模式下的各功能单元的工作状态传输给监控终端。

作为一种可选的实施方式，MCU包括：中央处理器CPU和分别与CPU连接的随机存取存储器RAM、外存控制模块、通信接口控制模块、配置模块、ASIC芯片控制模块；

外存控制模块与测试存储器连接，用于读取测试存储器中的测试程序；

通信接口控制模块与通信接口连接，用于CPU与监控终端之间进行数据传输；

配置模块与测试存储器连接，用于根据MCU的启动配置信息配置MCU；

ASIC芯片控制模块与ASIC芯片连接，用于控制ASIC芯片的辐照实验测试操作。

作为一种可选的实施方式，MCU还包括：分别与CPU连接的内部闪存FLASH和内部FLASH控制模块；

内部FLASH，用于存储辐照实验中的测试数据；

内部FLASH控制模块，用于读取内部FLASH中存储的测试数据。

作为一种可选的实施方式，MCU还包括：扩展功能端口。

第二方面，本发明提供一种监控终端，应用于专用集成电路ASIC芯片辐照实验系统，监控终端分别与系统中的辐照实验板和智能电源连接，包括：实验操作控制单元、实验数据显示单元和智能电源控制单元；

实验操作控制单元，用于设置辐照实验的测试参数，并向辐照实验板发送测试命令；

实验数据显示单元，用于动态显示辐照实验中的测试数据，测试数据包括：测试参数、测试命令和从辐照实验板接收的测试结果；

智能电源控制单元，用于根据实验流程和实验结果向智能电源发送电源控制命令和采集命令，实验结果包括测试结果和ASIC芯片的各电压域的电压和电流数据。

作为一种可选的实施方式，监控终端还包括：电气特性显示单元和系统状态显示单元；

电气特性显示单元，用于动态显示ASIC芯片的各电压域的电压和电流的变化趋势；

系统状态显示单元，用于实时显示系统的状态信息。

作为一种可选的实施方式，测试命令包括：单粒子翻转实验命令、单粒子闩锁实验命令和总剂量鉴定实验命令。

作为一种可选的实施方式，测试命令还包括：功能单元选择命令，功能单元选择命令用于指示MCU在辐照实验过程中，根据功能单元选择命令控制ASIC芯片各功能单元的电源或时钟，选择待测试的功能单元。

作为一种可选的实施方式，单粒子翻转实验命令包括：实验模式切换命令；实验模式切换命令用于指示MCU根据模式切换命令，在对ASIC芯片进行单粒子辐照前，切换ASIC芯片的实验模式，实验模式包括：测试模式和功能模式。

作为一种可选的实施方式，单粒子翻转实验命令还包括：测试序列命令；单粒子翻转实验命令用于指示MCU：

根据实验模式切换命令，在对ASIC芯片进行辐照前，将ASIC芯片的实验模式切换为扫描测试模式；

根据测试序列命令生成对应的测试序列数据，并将测试序列数据写入ASIC芯片；

辐照结束后，回读ASIC芯片中与测试序列数据对应的数据，作为回读序列数据；

将回读序列数据与测试序列数据进行比较，统计翻转数，并将翻转数传输给监控终端。

作为一种可选的实施方式，单粒子翻转实验命令还用于指示MCU在测试模式下控制ASIC芯片进行内部触发器数据扫描测试和/或内部存储单元数据环回测试。

作为一种可选的实施方式，单粒子翻转实验命令还用于指示MCU：

根据实验模式切换命令，在对ASIC芯片进行辐照前，将ASIC芯片的实验模式切换为功能模式；

提取ASIC芯片内部的功能单元中的数据，作为对照测试数据；

辐照结束后，回读ASIC芯片内部的功能单元中的数据，作为回读测试数据；

将回读测试数据与对照测试数据进行比较，统计翻转数，并将翻转数传输给监控终端。

作为一种可选的实施方式，单粒子闩锁实验命令用于指示MCU：

在对ASIC芯片进行辐照前，控制ASIC芯片内部的功能单元的初始工作状态；

在辐照过程中，读取ASIC芯片内部的功能单元的实时工作状态和电信号，并将实时工作状态和电信号传输给监控终端。

作为一种可选的实施方式，总剂量鉴定实验命令用于指示MCU：

在对ASIC芯片进行辐照前，控制ASIC芯片分别处于不同的电源偏置模式；

在每个电源偏置模式对应的总剂量辐照结束后，将ASIC芯片设置为正常工作模式，并读取ASIC芯片内部各功能单元的工作状态；

将ASIC芯片各电源偏置模式下的各功能单元的工作状态传输给监控终端。

第三方面，本发明提供一种专用集成电路ASIC芯片辐照实验系统，包括：上述任一实施方式所述的监控终端、上述任一实施方式所述的辐照实验板和智能电源，监控终端、辐照实验板和智能电源之间互相连接；

智能电源，用于根据监控终端发送的电源控制命令对辐照实验板进行供电控制，并将根据监控终端发送的采集命令所采集到的ASIC芯片的各电压域的电压和电流数据发送给监控终端。

作为一种可选的实施方式，智能电源包括：智能电源转换单元、电源数据采集端口和多通道供电单元；

智能电源转换单元通过电源数据采集端口接收监控终端发送的电源控制命令和采集命令，并根据采集命令采集ASIC芯片的各电压域的电压和电流数据后，将采集到的ASIC芯片的各电压域的电压和电流数据发送给监控终端；

智能电源转换单元根据电源控制命令通过多通道供电单元向辐照实验板供电。

本发明实施例提供的辐照实验板、监控终端、ASIC芯片辐照实验系统，通过监控终端控制辐照实验板对专用ASIC芯片进行抗辐照实验，并根据实验需求控制智能电源对辐照实验板进行供电，实现了对ASIC芯片的抗辐照实验及自动化控制。

附图说明

图1为本发明提供的ASIC芯片辐照实验系统的结构示意图；

图2为本发明提供的监控终端的结构示意图；

图3为本发明提供的辐照实验板的结构示意图；

图4为本发明提供的MCU的结构示意图；

图5为本发明提供的智能电源的结构示意图。

附图标记说明：

10-监控终端； 20-辐照实验板；

30-智能电源； 40-ASIC芯片；

11-实验操作控制单元； 12-实验数据显示单元；

13-电气特性显示单元； 14-智能电源控制单元；

15-系统状态显示单元；

21-MCU； 22-通信接口；

23-测试存储器； 24-配置存储器；

211-CPU； 212-RAM；

213-外存控制模块； 214-通信接口控制模块；

215-配置模块； 216-ASIC芯片控制模块；

217-内部FLASH； 218-内部FLASH控制模块；

219-扩展功能端口；

31-智能电源转换单元； 32-电源数据采集端口；

33-多通道供电单元。

具体实施方式

为了实现ASIC芯片抗辐照实验的自动控制，本发明提供一种辐照实验板、监控终端、ASIC芯片辐照实验系统，通过监控终端控制辐照实验板对专用ASIC芯片进行抗辐照实验，并根据实验需求控制智能电源对辐照实验板进行供电，实现对ASIC芯片的抗辐照实验及自动化控制。

下面结合附图，对本发明的实施例进行描述。

图1为本发明提供的ASIC芯片辐照实验系统的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的系统包括：监控终端10、辐照实验板20和智能电源30，监控终端10、辐照实验板20和智能电源30之间互相连接；其中，监控终端10，用于数据显示，并向辐照实验板20发送测试命令，向智能电源30发送电源控制命令和采集命令；辐照实验板20，用于放置待测的ASIC芯片40，根据监控终端10发送的测试命令对ASIC芯片40进行辐照实验测试，并将测试结果发送给监控终端10；智能电源30，用于根据监控终端10发送的电源控制命令对辐照实验板20进行供电控制，并将根据监控终端10发送的采集命令所采集到的ASIC芯片40的各电压域的电压和电流数据发送给监控终端10。

具体的，监控终端10主要用于实验控制室中，负责整个抗辐照鉴定实验的过程控制操作和数据显示。与现有的采用多个实验控制系统分别实现单粒子翻转、单粒子闩锁和总剂量测试等鉴定实验不同，本实施例中，监控终端10中集成单粒子翻转、单粒子闩锁和总剂量测试等鉴定实验所需的具体实验操作，可以简化辐照实验的相关控制流程；并且采用按钮及下拉菜单配置等操作方式，能够产生较好的人机交互操作效果。另外，监控终端10可以动态显示辐照实验中的测试数据(包括芯片单粒子翻转统计数据、单粒子闩锁过程数据、总剂量累计数据等)以及ASIC芯片40的电气特性曲线(即ASIC芯片40的各电压域的电压和电流的变化趋势)，并能够实时后台存储以上数据，满足实时监控并进行及时操作的实验需求。同时，监控终端10可以根据实验需求向智能电源30发送电源控制命令，实现对智能电源30的开启、关断、重启等操作，满足辐照实验过程中对辐照实验板20的实时供电控制。

辐照实验板20和智能电源30主要用于辐照测试间中。辐照实验板20主要包括两部分：辐照区域和控制区域。其中，辐照区域主要放置供辐照实验的专用ASIC芯片40，并根据ASIC芯片40功能特征进行系统连接，设置各个功能管脚状态。控制区域主要实现由可编程FPGA芯片实现的，专门用于控制抗辐照专用ASIC芯片40及相关外设的控制单元。该控制单元高度集成实验所需相关外设控制模块，并可以根据不同专用ASIC芯片40定制不同控制模块，同时根据不同需求集成所需外部设备，满足不同专用ASIC芯片40抗辐照实验的相关控制操作，且具有可靠稳定且灵活的配置、读写及控制等操作特性；具体的，其可以根据监控终端10发送的测试命令对ASIC芯片40进行辐照实验测试，并将测试结果发送给监控终端10。

智能电源30主要负责辐照实验板20辐照区域和控制区域不同电压域的供电功能，并可以与实验控制室中的监控终端10进行数据通信，根据监控终端10发送的电源控制命令对辐照实验板20进行供电控制以及监控终端10发送的采集命令采集ASIC芯片40的电气特性数据(即ASIC芯片40的各电压域的电压和电流数据)，并将采集到的ASIC芯片40的电气特性数据动态传输给监控终端10。其中，ASIC芯片40的各电压域的电压和电流包括：ASIC芯片40的内核电压域的电压和电流、ASIC芯片40的外围输入/输出端口(Input/Output，I/O)电压域的电压和电流。

监控终端10、辐照实验板20和智能电源30之间可根据需要选择以太网、串口或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)进行通信。

本实施例中提供的ASIC芯片辐照实验系统的工作原理具体为：

监控终端10首先确认与辐照实验板20和智能电源30的连接状态，当确认连接成功后，配置辐照实验板20所需的电源参数，当配置完成后向智能电源30发送上电命令(电源控制命令)，智能电源30开始为辐照实验板20进行供电。

辐照实验板20上电结束后，辐照实验板20上的控制单元完成自身及ASIC芯片40的配置工作，并自动将启动信息传输给监控终端10，操作人员判断启动信息无误后，确认辐照实验板20工作正常。

然后开启辐照粒子源，操作人员根据单粒子翻转实验、单粒子闩锁实验和总剂量实验需求，在监控终端10上选择实验所需操作命令，输入相关测试参数，并将相关测试命令发送给辐照实验板20，由辐照实验板20进行解析后对ASIC芯片40进行辐照实验测试，并将测试结果发送给监控终端10，例如：对ASIC芯片40的工作模式配置，测试参数的写入、读取，ASIC芯片40的工作状态读取等。同时，监控终端10向智能电源30发送采样命令，智能电源30采集ASIC芯片40的电气特性数据，然后发送给监控终端10。

实验过程中，监控终端10实时显示测试结果并动态绘制ASIC芯片40的电气特性曲线。操作人员根据实验过程中曲线变化趋势进行过程记录，在电源异常情况下对智能电源30进行关断/重启操作；并通过ASIC芯片40的测试结果，判断辐照条件下芯片的抗辐照特性。

当监控终端10确认系统操作结束时，对实验数据(包括测试参数、电气特性数据、测试结果等)进行保存；操作结束后控制智能电源30断电，关闭系统连接项，退出监控终端10。

本实施例提供的ASIC芯片辐照实验系统，通过监控终端控制辐照实验板对专用ASIC芯片进行抗辐照实验，并根据实验需求控制智能电源对辐照实验板进行供电，可以实现对ASIC芯片的抗辐照实验及自动化控制。

下面详细说明ASIC芯片辐照实验系统中监控终端、辐照实验板和智能电源的功能和结构。

图2为本发明提供的监控终端的结构示意图，本实施例是对上述图1所述实施例中的监控终端10进行详细说明。在上述图1所述实施例的基础上，如图2所示，本实施例中，监控终端10包括：实验操作控制单元11、实验数据显示单元12、电气特性显示单元13、智能电源控制单元14和系统状态显示单元15；其中，实验操作控制单元11，用于设置测试参数，并向辐照实验板20发送测试命令；实验数据显示单元12，用于动态显示辐照实验中的测试数据，测试数据包括：测试参数、测试命令和测试结果；电气特性显示单元13，用于动态显示ASIC芯片40的各电压域的电压和电流的变化趋势；智能电源控制单元14，用于根据实验流程和实验结果向智能电源30发送电源控制命令，实验结果包括测试结果和ASIC芯片40的各电压域的电压和电流数据；系统状态显示单元15，用于实时显示系统的状态信息。

具体的，实验操作控制单元11，用于进行辐照实验的过程控制，该控制单元根据ASIC芯片40单粒子翻转、单粒子闩锁和总剂量等鉴定实验需求，分成三个实验控制模块。其中，单粒子翻转实验主要实现特定测试数据(包括各种循环序列、随机序列、带有校验位和帧头帧尾的测试参数等)的写入、读出、数据比对；测试模式的选择，包括静态测试、动态测试等模式；不同读写测试数据的选择等。单粒子闩锁实验主要实现ASIC芯片40工作模式选择，工作开始结束控制，锁定情况下软复位等操作控制；其中的工作模式包括通电情况下不同功耗的工作模式，如：最小功耗模式、最大功耗模式，具体表现为不同测试软件压力测试，即：选择不同复杂度软件进行实验，并观察闩锁效应。总剂量鉴定实验主要实现ASIC芯片40工作模式选择，测试开始结束控制，异常状态调试等功能；其中的工作模式包括静态工作模式(包括不通电工作模式、通电不工作的工作模式)和动态工作模式(通电情况下不同功耗的工作模式)，其中动态工作模式下一般选择较小功耗测试。上述实验操作控制单元11能够兼容抗辐照ASIC芯片40包括单粒子翻转、单粒子闩锁和总剂量等鉴定实验所需的控制操作流程，大大简化了辐照鉴定实验中相关控制流程；且大部分功能操作选择主要采用按钮及下拉菜单配置等方式，能够产生较好的人机交互操作效果。

实验数据显示单元12主要将辐照实验中的测试数据进行实时动态显示，具体包括ASIC芯片40单粒子翻转实验中静态模式下写入数据(如测试参数)、读出数据(如测试结果)、翻转数据个数统计，动态模式下翻转数据动态刷新及统计等实验操作的状态显示和数据显示；单粒子闩锁实验中芯片工作状态及工作信息实时显示、异常状态显示等；总剂量鉴定实验中芯片工作状态显示、异常状态输出等。并且，实验数据显示单元12能够实现以上所有数据的后台存储及备份，满足实时监控并进行在线分析的实验需求。

鉴定实验过程中，需要实时观测电源供电情况，且需要实时记录实验测试板电流电压变化趋势，根据该变化趋势判定芯片单粒子是否闩锁、总剂量芯片电气特性等实验结果。本实施例中，电气特性显示单元13能够动态显示ASIC芯片40不同电压域的电压和电流的变化趋势，主要包括：ASIC芯片40内核电压域的电压和电流的变化趋势，ASIC芯片40外围I/O电压域的电压和电流的变化趋势。具体实施时，电气特性显示单元13可以以波形方式动态绘制输出以上电气特性数据，以供操作人员直观便捷的提取辐照实验板20的电路电气特性变化，并判定测试芯片的工作状态。

智能电源控制单元14集成辐照测试间中智能电源30的控制操作功能，实现对智能电源30的开启、关断、重启等操作，其可以根据实验流程和实验过程中实时电气特性曲线等实验结果向智能电源30发送电源控制命令，对ASIC芯片40进行及时的供电控制操作(包括开启、关断、重启操作、改变电源参数等)，满足辐照实验过程中对ASIC芯片40不同模式下的及时便捷控制。例如：单粒子闩锁实验中对ASIC芯片40的电源进行多次重启，观察芯片是否会重新工作；总剂量实验中动态测试下，在总剂量结束后重启电源观察芯片工作状态等。

系统状态显示单元15实现将实验过程中整个系统连接状态、实验时长、系统工作情况(包括系统各单元的工作是否正常、串口通信状态等)等状态信息进行实时显示，以供操作人员及时读取系统相关信息并进行相关操作。

本实施例提供的监控终端可以实时动态显示实验数据，从而可以直观快捷的观察实验测试过程，方便了实验过程中的问题排查和调试。

图3为本发明提供的辐照实验板的结构示意图，本实施例是对上述图1所述实施例中的辐照实验板20进行详细说明。在上述图1和图2所述实施例的基础上，如图3所示，本实施例中，辐照实验板20包括：辐照区域和控制区域；辐照区域，用于放置ASIC芯片40；控制区域包括：微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)21、通信接口22、测试存储器23和配置存储器24，MCU21分别与通信接口22、测试存储器23和配置存储器24连接；MCU21，用于通过通信接口22接收监控终端10发送的测试命令，根据测试命令对ASIC芯片40进行辐照实验测试，并通过通信接口22将测试结果发送给监控终端10；测试存储器23，用于存储测试ASIC芯片40的测试程序和MCU21的启动配置信息；配置存储器24，用于存储配置MCU21的配置程序。

具体的，辐照区域主要放置供辐照实验的专用抗辐照ASIC芯片40，并根据ASIC芯片40功能特征设置相关连接电路(如：与电源、MCU21的连接电路等)和功能管脚状态配置电路。辐照实验过程中，该区域的ASIC芯片40采用不同粒子不同剂量进行辐照实现单粒子翻转和单粒子闩锁实验，采用大剂量辐射源进行辐照实现总剂量实验。其中，单粒子翻转和单粒子闩锁实验，均对ASIC芯片40进行正常供电；总剂量实验根据实验需求配置芯片供电状态和芯片功能引脚状态。

控制区域主要包括两部分，一部分基于可编程FPGA芯片实现的，专门用于控制抗辐照专用ASIC芯片40工作模式等操作及部分所需外设控制模块的MCU21；另一部分根据辐照实验和系统需求，实现的通信接口22及存储设备，具体包括：供MCU21与监控终端10通信的通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)通信接口22、存储辐照实验中单粒子翻转、单粒子闩锁和总剂量等鉴定实验所需的测试程序、MCU21所需的操作程序和启动配置信息的测试存储器23(如串行外设接口型闪存(SerialPeripheral Interface FLASH，SPI-FLASH)芯片)、存储配置MCU21的配置程序的配置存储器24(如FLASH)及相关电源转换电路等。

图4为本发明提供的MCU21的结构示意图，如图4所示，MCU21包括：中央处理器(Central Processing Unit，CPU)211和分别与CPU211连接的随机存取存储器(randomaccess memory，RAM)212、外存控制模块213、通信接口控制模块214、配置模块215、ASIC芯片控制模块216；其中，外存控制模块213与测试存储器23连接，用于读取测试存储器23中的测试程序；通信接口控制模块214与通信接口22连接，用于CPU211与监控终端10之间进行数据传输；配置模块215与测试存储器23连接，用于根据MCU21的启动配置信息配置MCU21；ASIC芯片控制模块216与ASIC芯片40连接，用于控制ASIC芯片40的辐照实验测试操作。

具体的，CPU211负责MCU21的所有控制功能部分，包括数据读写操作、模式配置(即ASIC芯片40的工作模式，包括静态扫描、动态扫描、静态偏置、动态偏置等)、命令读取解析等。RAM212负责实时存取从外部测试存储器23读取的测试程序、操作程序等。外存控制模块213用于控制外部测试存储器23，负责从外部测试存储器23读取指定程序及相关数据。通信接口控制模块214用于控制外部通信接口22，通过外部通信接口22与监控终端10等进行命令或数据通信。配置模块215主要负责配置MCU21内部的控制模式，包括读取外部测试存储器23中的启动配置信息完成上电相关启动配置，以及操作人员通过该模块进行的特定功能配置。ASIC芯片控制模块216实现对ASIC芯片40的不同控制操作，例如：通过ASIC芯片40上几个测试引脚(EJTAG端口)，配置ASIC芯片40进入静态扫描工作模式，动态扫描模式；或通过控制ASIC芯片40几个功能引脚，使ASIC芯片40进入正常功能模式，并能够运行一些简单的测试程序等；该模块可以根据不同ASIC芯片40进行功能定制，具有较好的灵活性和稳定性。

另外，MCU21还可以包括：分别与CPU211连接的内部FLASH217和内部FLASH控制模块218；其中，内部FLASH217，用于存储辐照实验中的测试数据；内部FLASH控制模块218，用于读取内部FLASH217中存储的测试数据。通过内部FLASH217可将测试程序、测试数据等进行保存，在实验结束后重新上电再进行读取，简化实验测试流程。

此外，该MCU21预留扩展功能端口219，以方便操作人员根据不同ASIC芯片40的实验需求进行特定功能定制。

下面详细说明三个实验的具体实验过程：

具体的，MCU从监控终端接收的测试命令包括：单粒子翻转实验命令、单粒子闩锁实验命令和总剂量鉴定实验命令。

单粒子翻转试验，主要考核ASIC芯片内部具有存储功能的结构在单粒子辐照环境下数据是否会发生翻转。

具体的，单粒子翻转实验命令可以包括：实验模式切换命令，MCU实验模式切换命令接收到该实验模式切换命令后，在对ASIC芯片进行单粒子辐照前，切换ASIC芯片的实验模式，其中的实验模式包括：测试模式和功能模式。

对于测试模式下的单粒子翻转实验，单粒子翻转实验命令还包括：测试序列命令；具体实验过程为：

MCU接收到实验模式切换命令后，根据实验模式切换命令，在对ASIC芯片进行辐照前，将ASIC芯片的实验模式切换为测试模式。

然后，MCU接收到测试序列命令后，根据测试序列命令生成对应的测试序列数据，并通过指定引脚将测试序列数据写入ASIC芯片。

接着就可以开启辐照粒子源，进行单粒子辐照。在辐照结束后，MCU根据单粒子翻转实验命令再通过上述指定引脚回读ASIC芯片中与测试序列数据对应的数据，作为回读序列数据。

然后将回读序列数据与测试序列数据进行比较，统计翻转数，并将翻转数传输给监控终端。

实验人员可以根据监控终端中的翻转数以及电气特性数据来评估单粒子翻转效应。

在进行上述测试模式下的单粒子翻转实验时，MCU还可以根据单粒子翻转实验命令在测试模式下控制ASIC芯片进行内部触发器数据扫描测试和/或内部存储单元数据环回测试，具体可根据实际情况选择上述两种测试中的一种或两种。

对于功能模式下的单粒子翻转实验，具体的实验过程为：

MCU接收到实验模式切换命令后，根据实验模式切换命令，在对ASIC芯片进行辐照前，将ASIC芯片的实验模式切换为功能模式；

然后，MCU根据单粒子翻转实验命令提取ASIC芯片内部的功能单元中的数据，作为对照测试数据；

接着就可以开启辐照粒子源，进行单粒子辐照。在辐照结束后，MCU再根据单粒子翻转实验命令回读ASIC芯片内部的功能单元中的数据，作为回读测试数据；

然后将回读测试数据与对照测试数据进行比较，统计翻转数，并将翻转数传输给监控终端。

实验人员可以根据监控终端中的翻转数以及电气特性数据来评估单粒子翻转效应。

单粒子闩锁试验，主要考核ASIC芯片在单粒子辐照试验下是否存在功能异常、工作电流异常或复位无法恢复等。具体的实验过程为：

MCU在对ASIC芯片进行辐照前，根据单粒子闩锁实验命令通过ASIC芯片指定引脚，控制ASIC芯片内部的功能单元的初始工作状态。

在辐照过程中，读取ASIC芯片内部的功能单元的实时工作状态和电信号，并将ASIC芯片内部的功能单元的工作状态和电信号传输给监控终端。

实验人员可以根据监控终端中ASIC芯片内部的功能单元的初始工作状态、实时工作状态以及电气特性数据来评估单粒子闩锁效应。

总剂量试验，主要考核ASIC芯片内部各功能单元抗总剂量效应能力。具体的实验过程为：

MCU在对ASIC芯片进行辐照前，根据总剂量鉴定实验命令控制ASIC芯片分别处于不同的电源偏置模式。

在不同的电源偏置模式下，分别进行不同剂量率的总剂量辐照。

在每个电源偏置模式对应的总剂量辐照结束后，MCU根据总剂量鉴定实验命令将ASIC芯片设置为正常工作模式，并读取ASIC芯片内部各功能单元的工作状态。

然后将ASIC芯片各电源偏置模式下的各功能单元的工作状态传输给监控终端。

实验人员可以根据监控终端中ASIC芯片各电源偏置模式下的各功能单元的工作状态由以及通过专业测试台测试的芯片所有电参数的异常情况，来评估总剂量效应。

另外，对于上述的单粒子翻转实验和单粒子闩锁实验，MCU接收的测试命令还可以包括：功能单元选择命令，MCU在辐照实验过程中，可以根据功能单元选择命令，控制ASIC芯片各功能单元的电源或时钟，选择待测试的功能单元。具体的，MCU可以通过控制ASIC芯片各个功能单元接口引脚，实现对ASIC芯片某一或某些单元(例如：IO单元、时钟单元、内部特定功能单元等)的电源或时钟的开启关断控制，进而实现一个或多个功能单元的选择。

本实施例提供的辐照实验板，MCU高度集成实验所需控制模块，通过更改配置存储器，可以实现根据不同专用ASIC芯片定制不同的MCU，实现可靠稳定的控制操作模块。测试存储器集成辐照实验中单粒子翻转、单粒子闩锁和总剂量等鉴定实验所需测试程序，并通过通信接口实现与外部监控终端的命令传输及相关数据读写操作，实现对专用ASIC芯片的相关实验操作，因此，该辐照实验板具有可靠稳定且灵活的数据读写、命令控制及模式配置等操作特性。

图5为本发明提供的智能电源的结构示意图，本实施例是对上述图1所述实施例中的智能电源30进行详细说明。在上述所有实施例的基础上，如图5所示，本实施例中，智能电源30包括：智能电源转换单元31、电源数据采集端口32和多通道供电单元33；其中，智能电源转换单元31通过电源数据采集端口32接收监控终端10发送的电源控制命令和采集命令，并根据采集命令采集ASIC芯片40的各电压域的电压和电流数据后，将采集到的ASIC芯片40的各电压域的电压和电流数据发送给监控终端10；智能电源转换单元31根据电源控制命令通过多通道供电单元33向辐照实验板20供电。

具体的，智能电源转换单元31负责智能电源30的控制操作，其可以解析监控终端10发送的命令，执行相应的电源控制操作。例如：智能电源转换单元31解析电源控制命令，根据解析后的电源控制命令通过多通道供电单元33向辐照实验板20供电；智能电源转换单元31解析采集命令，根据解析后的采集命令采集智能电源转换单元31内部的ASIC芯片40的电气特性数据，并将这些数据通过电源数据采集端口32发送给监控终端10。

电源数据采集端口32可根据距离长短以以太网、串口或USB方式与监控终端10的智能电源控制单元14连接。

多通道供电单元33与辐照实验板20的辐照区域和控制区域中的电源转换电路连接，为辐照实验板20供电。

本实施例提供的ASIC芯片辐照实验系统的工作原理具体为：

监控终端10首先通过系统状态显示单元15确认与辐照实验板20和智能电源30的连接状态，当确认连接成功后，通过智能电源控制单元14配置辐照实验板20所需的电源参数，当配置完成后向智能电源30发送上电命令(电源控制命令)，智能电源30开始通过多通道供电单元33为辐照实验板20进行供电。

辐照实验板20上电结束后，配置存储器24自动将配置信息写入MCU21，配置存储器24写入成功后，MCU21通过配置模块215读取测试存储器23中的启动配置信息，并完成上电相关的启动配置。此时，MCU21的通信接口控制模块214开始工作，并自动将启动信息传输给监控终端10，由监控终端10的实验数据显示单元12显示，操作人员判断启动信息无误后，确认辐照实验板20工作正常。

然后开启辐照粒子源，操作人员根据单粒子翻转实验、单粒子闩锁实验和总剂量实验需求，通过监控终端10的实验操作控制单元11选择实验所需操作命令，输入相关测试参数，并将相关测试命令发送给辐照实验板20，由辐照实验板20的MCU21进行解析后通过ASIC芯片控制模块216对ASIC芯片40进行辐照实验测试，并通过通信接口22将测试结果发送给监控终端10，例如：对ASIC芯片40的工作模式配置，测试参数的写入、读取，ASIC芯片40的工作状态读取等。同时，监控终端10通过智能电源控制单元14向智能电源30发送采样命令，智能电源30采集ASIC芯片40的电气特性数据，然后通过电源数据采集端口32发送给监控终端10。

实验过程中，监控终端10通过实验数据显示单元12实时显示测试结果并通过电气特性显示单元13动态绘制ASIC芯片40的电气特性曲线，同时自动存储上述数据。操作人员根据实验过程中曲线变化趋势进行过程记录，在电源异常情况下对智能电源30进行关断/重启操作；并通过ASIC芯片40的测试结果，判断辐照条件下芯片的抗辐照特性。

当监控终端10确认系统操作结束时，对实验数据(包括测试参数、电气特性数据、测试结果等)进行保存；操作结束后通过智能电源控制单元14控制智能电源30断电，关闭系统连接项，退出监控终端10。

本实施例提供的智能电源，可根据监控终端的电源控制命令，针对ASIC芯片辐照实验的不同需求进行供电控制，并可以采集相关电气特性数据发送给监控终端，满足了辐照实验过程中的数据提取和相关特定操作。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序命令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种辐照实验板，应用于专用集成电路ASIC芯片辐照实验系统，所述辐照实验板分别与所述系统中的监控终端和智能电源连接，其特征在于，包括：辐照区域和控制区域；

所述辐照区域，用于放置所述ASIC芯片；

所述控制区域包括：微控制单元MCU、通信接口、测试存储器和配置存储器，所述MCU分别与所述通信接口、所述测试存储器和所述配置存储器连接；

所述MCU，用于通过所述通信接口接收所述监控终端发送的测试命令，根据所述测试命令对所述ASIC芯片进行辐照实验测试，并通过所述通信接口将测试结果发送给所述监控终端；

所述测试存储器，用于存储测试所述ASIC芯片的测试程序和所述MCU的启动配置信息；

所述配置存储器，用于存储配置所述MCU的配置程序。

2.根据权利要求1所述的辐照实验板，其特征在于，所述测试命令包括：单粒子翻转实验命令、单粒子闩锁实验命令和总剂量鉴定实验命令。

3.根据权利要求2所述的辐照实验板，其特征在于，所述测试命令还包括：功能单元选择命令，所述MCU具体用于：在辐照实验过程中，根据所述功能单元选择命令控制所述ASIC芯片各功能单元的电源或时钟，选择待测试的功能单元。

4.根据权利要求2或3所述的辐照实验板，其特征在于，所述单粒子翻转实验命令包括：实验模式切换命令；所述MCU具体用于根据所述模式切换命令，在对ASIC芯片进行单粒子辐照前，切换所述ASIC芯片的实验模式，所述实验模式包括：测试模式和功能模式。

5.根据权利要求4所述的辐照实验板，其特征在于，所述单粒子翻转实验命令还包括：测试序列命令；所述MCU具体用于：

根据所述实验模式切换命令，在对ASIC芯片进行辐照前，将所述ASIC芯片的实验模式切换为测试模式，所述测试模式对应的单粒子翻转实验包括内部触发器数据扫描测试和/或内部存储单元数据环回测试；

根据所述测试序列命令生成对应的测试序列数据，并将所述测试序列数据写入所述ASIC芯片；

辐照结束后，根据所述单粒子翻转实验命令回读所述ASIC芯片中与所述测试序列数据对应的数据，作为回读序列数据；

将所述回读序列数据与所述测试序列数据进行比较，统计翻转数，并将所述翻转数传输给所述监控终端。

6.根据权利要求4所述的辐照实验板，其特征在于，所述MCU具体用于：

根据所述实验模式切换命令，在对ASIC芯片进行辐照前，将所述ASIC芯片的实验模式切换为功能模式；

提取所述ASIC芯片内部的功能单元中的数据，作为对照测试数据；

辐照结束后，回读所述ASIC芯片内部的功能单元中的数据，作为回读测试数据；

将所述回读测试数据与所述对照测试数据进行比较，统计翻转数，并将所述翻转数传输给所述监控终端。

7.根据权利要求2或3所述的辐照实验板，其特征在于，所述MCU具体用于：

在对ASIC芯片进行辐照前，根据所述单粒子闩锁实验命令控制所述ASIC芯片内部的功能单元的初始工作状态；

在辐照过程中，读取所述ASIC芯片内部的功能单元的实时工作状态和电信号，并将所述实时工作状态和电信号传输给所述监控终端。

8.根据权利要求2所述的辐照实验板，其特征在于，所述MCU具体用于：

在对ASIC芯片进行辐照前，根据所述总剂量鉴定实验命令控制所述ASIC芯片分别处于不同的电源偏置模式；

在每个电源偏置模式对应的总剂量辐照结束后，根据所述总剂量鉴定实验命令将所述ASIC芯片设置为正常工作模式，并读取所述ASIC芯片内部各功能单元的工作状态；

将所述ASIC芯片各电源偏置模式下的所述各功能单元的工作状态传输给所述监控终端。

9.根据权利要求1-8任一项所述的辐照实验板，其特征在于，所述MCU包括：中央处理器CPU和分别与所述CPU连接的随机存取存储器RAM、外存控制模块、通信接口控制模块、配置模块、ASIC芯片控制模块；

所述外存控制模块与所述测试存储器连接，用于读取所述测试存储器中的测试程序；

所述通信接口控制模块与所述通信接口连接，用于所述CPU与所述监控终端之间进行数据传输；

所述配置模块与所述测试存储器连接，用于根据所述MCU的启动配置信息配置所述MCU；

所述ASIC芯片控制模块与所述ASIC芯片连接，用于控制所述ASIC芯片的辐照实验测试操作。

10.根据权利要求9所述的辐照实验板，其特征在于，所述MCU还包括：分别与所述CPU连接的内部闪存FLASH、内部FLASH控制模块和扩展功能端口；

所述内部FLASH，用于存储所述辐照实验中的测试数据；

所述内部FLASH控制模块，用于读取所述内部FLASH中存储的测试数据。

11.一种监控终端，应用于专用集成电路ASIC芯片辐照实验系统，所述监控终端分别与所述系统中的辐照实验板和智能电源连接，其特征在于，包括：实验操作控制单元、实验数据显示单元和智能电源控制单元；

所述实验操作控制单元，用于设置辐照实验的测试参数，并向所述辐照实验板发送测试命令；

所述实验数据显示单元，用于动态显示所述辐照实验中的测试数据，所述测试数据包括：所述测试参数、所述测试命令和从所述辐照实验板接收的测试结果；

所述智能电源控制单元，用于根据实验流程和实验结果向所述智能电源发送所述电源控制命令和所述采集命令，所述实验结果包括所述测试结果和所述ASIC芯片的各电压域的电压和电流数据。

12.根据权利要求11所述的监控终端，其特征在于，所述监控终端还包括：电气特性显示单元和系统状态显示单元；

所述电气特性显示单元，用于动态显示所述ASIC芯片的各电压域的电压和电流的变化趋势；

所述系统状态显示单元，用于实时显示系统的状态信息。

13.根据权利要求11或12所述的监控终端，其特征在于，所述测试命令包括：单粒子翻转实验命令、单粒子闩锁实验命令和总剂量鉴定实验命令。

14.一种专用集成电路ASIC芯片辐照实验系统，其特征在于，包括：权利要求11-13任一项所述的监控终端、权利要求1-10任一项所述的辐照实验板和智能电源，所述监控终端、所述辐照实验板和所述智能电源之间互相连接；

所述智能电源，用于根据所述监控终端发送的电源控制命令对所述辐照实验板进行供电控制，并将根据所述监控终端发送的采集命令所采集到的所述ASIC芯片的各电压域的电压和电流数据发送给所述监控终端。

15.根据权利要求14所述的ASIC芯片辐照实验系统，其特征在于，所述智能电源包括：智能电源转换单元、电源数据采集端口和多通道供电单元；

所述智能电源转换单元通过所述电源数据采集端口接收所述监控终端发送的电源控制命令和采集命令，并根据所述采集命令采集所述ASIC芯片的各电压域的电压和电流数据后，将采集到的所述ASIC芯片的各电压域的电压和电流数据发送给所述监控终端；

所述智能电源转换单元根据所述电源控制命令通过所述多通道供电单元向所述辐照实验板供电。