CN202929165U - 集成电路的抗辐照检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种集成电路的抗辐照检测系统，该检测系统包括上位机和下位机两大部分，它们之间由串口传输，PC机在外部进行远程监控。下位机即为辐照测试板，解析指令，完成被辐照芯片的测试，向上位机发送采集到的单粒子翻转数据。上位机对下位机发送开始测试、停止测试和工作模式选择等控制指令。同时，上位机通过内部总线与电源板卡通信，通过板卡实时采集被测芯片的电流数据、对被测芯片的电源关断及复位等操作。本实用新型的优点是：本实用新型采用上位机、下位机和远程监控计算机构成单粒子检测系统，软硬件合理分配，便捷地完成单粒子翻转（SEU）和单粒子闩锁（SEL）的测试。
Description
技术领域
本实用新型专利涉及集成电路的抗辐照检测系统，尤其应用在单粒子闩锁和单粒子翻转的检测上。
背景技术
当集成电路应用在空间环境中时，空间高能粒子会穿透半导体器件内部并在路径上产生电离，电路节点会吸收电离产生的电子和空穴从而导致电路的错误，这种效应称为单粒子效应。常见的单粒子效应分为：单粒子翻转（SEU）以及单粒子闩锁（SEL）。
单粒子效应监测系统需要具备试验数据的采集、传输、处理、保存以及对相关试验资源进行控制的功能。地面加速器模拟单粒子效应试验存在两个特殊的方面：一方面是为了减少高能粒子从加速器中射出到高能粒子达到被测芯片表面这段距离中的能量衰减，将被测芯片置于真空环境中，外界环境到真空室中的连线必须通过法兰，这就对从外界环境到被测芯片的连线数量和类型造成了限制；另一方面是为了避免加速器产生的辐射对试验人员造成伤害，试验操作人员所处的试验控制室离被测芯片的距离较远，通过远程计算机对监测系统进行操作。
针对不同类型的集成电路，其单粒子检测系统可能不太一样。目前大多数的抗辐照测试系统中，所采用的设备多而复杂，而且人员监控、手动参与较多。这样就造成了实验很复杂，而且所需的测试时间也很长。
发明内容
本实用新型的目的是降低集成电路单粒子测试的复杂度，提高测试效率，提供一种集成电路的抗辐照检测系统，用于单粒子闩锁和单粒子翻转的检测。
按照本实用新型提供的技术方案，所述集成电路的抗辐照检测系统，包括相互连接的上位机和辐照测试板，辐照测试板放置在真空室中，上位机在真空室外部进行监控；上位机对辐照测试板发送包括开始测试、停止测试和工作模式选择在内的控制指令，辐照测试板解析指令，完成被测芯片的测试，向上位机发送采集到的单粒子翻转数据；同时，上位机通过内部总线与电源板卡通信，通过电源板卡实时采集被测芯片的电流数据、对被测芯片进行电源关断及复位操作；所述辐照测试板包括FPGA、通信接口电路、电源转换模块，FPGA的I/O端口与所述通信接口电路以及被测芯片相连，电源转换模块的输入端与外部的电源板卡连接，被测芯片也同所述电源板卡连接，所述电源转换模块的输出端连接FPGA和通信接口电路，所述通信接口电路通过外部的通信板卡连接到上位机。
所述上位机进行的试验数据的处理包括：对比回读的配置数据、统计各被测功能模块的单粒子翻转次数和单粒子闩锁报警及计数等。
所述辐照测试板与被测芯片做在同一块PCB板上，试验时一起放置在真空室中。
进一步的，所述上位机采用NI PXI-1042工控机箱，所述通信板卡采用NI PXI-8106通信板卡，所述电源板卡采用NI PXI-4130电源板卡。
所述上位机通过多个NI PXI-4130电源板卡分别对多个被测芯片供电控制被测芯片的电源通断，并实时监测电流值，将采集到的电流值与设定的阈值做比较，若电流值大于阈值则对被测芯片进行关断重启进行复位，实施单粒子闩锁测试。
所述上位机还通过所述通信板卡连接远程的监控计算机。
本实用新型的优点是：本实用新型采用上位机、下位机和远程监控计算机构成单粒子检测系统，软硬件合理分配，便捷地完成单粒子翻转（简称SEU）和单粒子闩锁（简称SEL）的测试。
附图说明
图1是本实用新型的系统总体结构框图。
图2上位机软件操作流程图。
图3是下位机辐照测试板的硬件结构示意图。
图4是监测系统数据传输原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型专利作进一步说明。
所述集成电路的抗辐照检测系统包括上位机（NI PXI-1042智能设备）和下位机（辐照测试板）两大部分，它们之间由串口传输，远程监控计算机在实验室外部进行远程监控。如图1所示，辐照测试板放置在真空室中，上位机在真空室外部进行监控；上位机对辐照测试板发送开始测试、停止测试和工作模式选择等控制指令，辐照测试板解析指令，完成被测芯片的测试，向上位机发送采集到的单粒子翻转数据；同时，上位机通过内部总线与电源板卡通信，通过电源板卡实时采集被测芯片的电流数据、对被测芯片进行电源关断及复位等操作；所述辐照测试板包括FPGA、通信接口电路、电源转换模块，FPGA的I/O端口与所述通信接口电路以及被测芯片相连，电源转换模块的输入端与外部的电源板卡连接，被测芯片也同所述电源板卡连接，所述电源转换模块的输出端连接FPGA和通信接口电路，所述通信接口电路通过外部的通信板卡连接到上位机。另外，考虑到下位机与上位机之间有一段比较长的距离，在数据传输过程中将RS232信号转换成RS485信号，这样可以提高数据的准确率和传输的稳定性。
如图3所示，本实用新型采用NI公司的NI PXI-1042智能设备，NI PXI-1042智能设备上带有NI PXI-8106通信板卡和NI PXI-4130电源板卡。通过NI PXI-8106板卡提供的RS-232口与下进行串口通信。该通信线路主要负责上位机对下位机发送开始测试、停止测试和工作模式选择等控制指令，以及下位机向上位机发送采集到的单粒子翻转数据。同时，上位机通过内部总线与电源板卡NI PXI-4130通信，主要的作用是通过NI PXI-4130板卡实时采集被测片的电流数据、对被测芯片的电源关断及复位等操作，实施单粒子闩锁测试。
因此上位机由NI PXI-1042工控机箱、NI PXI-8106串口通信板卡及NI PXI-4130电源板卡组成。NI PXI-1042是支持上位机程序的硬件平台，NI PXI-8106串口通信板卡与下位机通过串口进行通信，而NI PXI-4130对下位机各个模块及被测电路提供电源并将电流值实时反馈给上位机。本实施例中采用两个NI PXI-4130电源板卡提供4组电源通道，其中两组通道分别对两个被测芯片供电，第三组对下位机的FPGA及其它模块供电，最后一组电源通道为备用电源，当其中一组电源发生故障时可以迅速切换至备用电源组不使实验进度受影响。上位机的电源信号及通信信号都通过线缆转接板转换成DB9接口与下位机进行连接，此为迎合实验现场的需要。
单粒子效应地面模拟试验监测实验中的上位机是监测系统中直接受远程监控计算机控制的部分，试验时将其放置在真空室外。上位机监控程序是XP平台下的应用程序，通过开发的监控界面发送指令给下位机和处理下位机传回的试验数据。试验数据的处理包括：对比回读的配置数据、统计各被测功能模块的单粒子翻转次数和单粒子闩锁报警及计数等。上位机通过两个NI PXI-4130电源板卡对两个被测芯片供电并控制其电源通断实时监测电流值，采集到的电流值与设定的阈值做比较，若电流值大于阈值则关断重启进行复位，实施单粒子闩锁测试。其工作流程如图2所示。首先，启动自测模式，检查通讯是否完好。其次，给被测芯片加电，启动工作模式，让下位机完成测试码的循环测试，传测试结果给上位机。同时，检测整个测试过程的每路电路，若电流超过阈值，断电，重启测试。
上位机除了要发送和接收数据外，另一个重要的功能就是对下位机传回的试验数据进行处理和保存，并将监测到的试验数据以方便阅读的方式实时呈现给试验操作人员，使试验操作人员能根据试验的实际情况进行试验控制和突发情况的处理。
下位机的主要作用是将监测系统的各部分子系统连接成为一个总体，是直接对被测芯片进行数据采集、对过流保护设备等进行控制的子系统。为了缩短下位机与被测芯片之间的通信距离，减小外界信号的干扰，是将监测系统的下位机与被测芯片所处的测试板做在同一块 PCB 板上，试验时一起放置在真空室中。下位机具备的功能主要包括以下几点：
1）接收上位机的指令并执行。包括开始测试、停止测试和测试模式选择。
2）采集试验数据并进行初步处理。对被测芯片施加激励，采集被测芯片的管脚信号，判断被测芯片的输出信号是否符合期望，构成单粒子翻转数据。
3）试验数据的上传。在试验过程中尽可能实时向上位机上传单粒子翻转等相关的单粒子效应试验数据。
测试板是单粒子效应地面模拟试验监测系统中直接对被测芯片提供支持的子系统，其应具备的基本功能是将被测芯片与监测系统进行电气连接。为了方便供电及进行电流监测等，本实验将测试主控电路、电压调节电路、串口通信电路等布置在被测芯片周围。
由于高能粒子的散射等因素的影响，集成电路等半导体元器件不能靠被测芯片太近。为了方便被测芯片将试验原始数据发送到下位机中，是将下位机和测试板做在同一块PCB板上的，这样可以缩短被测芯片与下位机的通信距离，减少干扰，提高系统的可靠性。
如图3所示，辐照测试板的硬件部分图中用虚线方框表示，包括：FPGA、1号被测芯片、2号被测芯片及通信接口电路（串口信号转换模块）。本抗辐照检测系统的工作原理和数据传输过程如下。
上位机和下位机之间传输的数据主要有两种，即上位机向下位机发出的控制指令和下位机采集的试验数据。由于控制指令的比较数据量非常小，而占试验数据总量很大一部分的被测芯片配置回读数据则是FPGA芯片读取的，因此负责传输其它数据的通信链路需要传输的数据量不是很大，采用RS232串口即可满足传输要求。考虑到测试板与上位机之间有一段比较长的距离，在数据传输过程中将RS232信号转换成RS485信号，这样可以提高数据的准确率和传输的稳定性。上位机与FPGA和电源监测系统之间是独立通信的，上位机与电源板卡之间采用内部总线进行通信，与FPGA之间采用串口通信。监测系统数据传输原理如图4所示。
FPGA端的RS232接口发送和接收数据分别由位于FPGA中的发送电路和接收电路来完成，发送电路在主控制单元的控制下将试验数据等加上起始位、奇校验位及停止位后按一定的顺序发送至上位机；接收电路则将上位机发送过来的数据去掉起始位、奇校验位及停止位，然后对有效数据进行奇校验。若校验结果和接收的奇校验位一致，则表示数据传输正确；若校验结果和接收的奇校验位不一致，则表示数据传输出错。有效数据和奇校验结果同时送至主控制单元，进行命令的执行或是请求重新发送。
Claims (4)
1.集成电路的抗辐照检测系统，其特征在于：包括相互连接的上位机和辐照测试板，辐照测试板放置在真空室中，上位机在真空室外部进行监控；上位机对辐照测试板发送包括开始测试、停止测试和工作模式选择在内的控制指令，辐照测试板解析指令，完成被测芯片的测试，向上位机发送采集到的单粒子翻转数据；同时，上位机通过内部总线与电源板卡通信，通过电源板卡实时采集被测芯片的电流数据、对被测芯片进行电源关断及复位操作；所述辐照测试板包括FPGA、通信接口电路、电源转换模块，FPGA的I/O端口与所述通信接口电路以及被测芯片相连，电源转换模块的输入端与外部的电源板卡连接，被测芯片也同所述电源板卡连接，所述电源转换模块的输出端连接FPGA和通信接口电路，所述通信接口电路通过外部的通信板卡连接到上位机。
2.如权利要求1所述的集成电路的抗辐照检测系统，其特征在于：所述辐照测试板与被测芯片做在同一块PCB板上，试验时一起放置在真空室中。
3.如权利要求1所述的集成电路的抗辐照检测系统，其特征在于：所述上位机采用NI PXI-1042工控机箱，所述通信板卡采用NI PXI-8106通信板卡，所述电源板卡采用NI PXI-4130电源板卡。
4.如权利要求3所述的集成电路的抗辐照检测系统，其特征在于：所述上位机还通过所述通信板卡连接远程的监控计算机。
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