一种空间单粒子效应测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种空间单粒子效应测试方法，能够实现单粒子翻转、单粒子锁定、单粒子烧毁的实时测试和存储；能够全面表征单粒子效应，为航天器抗单粒子效应加固设计提供综合性的可靠依据；本发明中建立的集成化的空间单粒子效应测试系统，采用两个单粒子效应传感器即可测试三种单粒子效应，同时，两个传感器共用一套测试系统，实现了测试系统的集成化，同时也为实现测试系统的小型化奠定了基础。
【专利说明】一种空间单粒子效应测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于空间辐射效应及加固【技术领域】，具体设计一种空间单粒子效应测试方法。
【背景技术】
[0002]单个空间高能粒子撞击航天器电子系统，与电子器件相互作用会诱发单粒子效应。如单个高能粒子撞击存储器件的存储单元使得逻辑状态发生变化，引起单粒子翻转效应；单个高能粒子在CMOS器件中引发的单粒子锁定效应，能在极短的时间内对硬件造成永久性的破坏；单个高能粒子穿透功率MOSFET器件，在器件内部敏感节点产生大电流，从而诱发单粒子烧毁效应，如此等等，这些单粒子效应会影响航天器的在轨安全，严重的会引起航天器彻底损毁，因此，其备受航天器设计者的普遍关注。近年来随着半导体特征尺寸的不断减�。沟媒诘愕缛莶欢霞跣。⑶业缱悠骷墓ぷ鞯缪挂苍诓欢辖档停贾碌缱悠骷⑸チＷ有вΩ用舾�。
[0003]随着超大规模集成芯片以及超大规模专用电路在空间电子系统的广泛应用，单粒子效应引起的辐射�：σ殉晌跋旒傻缏贩浠肪诚驴煽啃缘闹匾蛩刂�。运行在空间环境中的航天器，会遭受多种单粒子效应的综合影响，严重危害航天器的在轨安全。现有的单粒子效应监测都是针对某一种效应进行单独监测，针对不同的单粒子效应都设计了不同的测试系统，如单粒子翻转测试系统或单粒子锁定测试系统等等，这种分立设计的测试系统可以实现不同类型单粒子效应的测试，但是重复性的设计，不仅增加了研制成本，而且通用性低。但是，随着航天技术的不断发展，设计研制小型化、集成化的新型有效载荷已成为主要的发展趋势。在航天器小型化载荷的发展趋势下，由于航天器自身重量、体积以及研制成本等因素的限制，这种分立的载荷设计已不能完全满足航天任务的工程需求。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供了一种空间单粒子效应测试方法，通过建立集成化的空间单粒子效应测试系统，可同时测试单粒子翻转、单粒子锁定和单粒子烧毁效应，为航天器的单粒子效应监测和辐射防护设计提供综合性的技术数据。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的:
[0006]一种空间单粒子效应测试方法，包括如下步骤:
[0007]步骤1、建立集成化的空间单粒子效应测试系统:
[0008]该系统包括单粒子软错误传感器、单粒子硬错误传感器、前端信号调理电路、逻辑状态监测电路、电流监测电路、锁定判定及防护电路、数据处理及控制�？橐约吧衔换凰龅チＷ尤泶砦蟠衅鞣直鹩肼呒刺嗖獾缏泛偷缌骷嗖獾缏废嗔凰龅チＷ佑泊砦蟠衅饔肭岸诵藕诺骼淼缏废嗔凰銮岸诵藕诺骼淼缏酚氲缌骷嗖獾缏泛褪荽砑翱刂颇？榉直鹣嗔凰龅缌骷嗖獾缏�、逻辑状态监测电路以及锁定判定及防护电路分别与数据处理及控制�？橄嗔凰鏊ㄅ卸胺阑さ缏酚胨龅缌骷嗖獾缏废嗔凰鍪荽砑翱刂颇？橛钟肷衔换嗔�
[0009]所述单粒子软错误传感器为存储型芯片，接收辐照源的辐照；
[0010]所述单粒子硬错误传感器为功率MOSSET型芯片，接收辐照源的辐照；
[0011]步骤2、选择所要进行的单粒子效应测试:
[0012]当需要对单粒子烧毁效应进行测试时:
[0013](I)、对所述空间单粒子效应测试系统上电，并初始化参数；
[0014](2)、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子硬错误传感器进行辐照；
[0015](3)、所述前端信号调理电路接收所述单粒子硬错误传感器的工作电流信号并进行前期处理，包括:将工作电流与烧毁阈值进行比较，当出现工作电流大于烧毁阈值的情况时，判断产生单粒子烧毁效应，累计单粒子效应硬错误传感器发生的烧毁次数并记录此时的工作电流，将所述烧毁次数发给所述数据处理及控制�？椋⒍怨ぷ鞯缌鹘衅交瞬ê徒笛勾恚俳笛购蠊ぷ鞯缌鞣⑺透龅缌骷嗖獾缏罚葱胁街�(4)；
[0016]若单粒子硬错误传感器工作电流没有超过烧毁阈值电流，执行步骤(5)；
[0017](4)、所述电流监测电路将单粒子硬错误传感器的工作电流送至数据处理及控制�？椋凰鍪荽砑翱刂颇？槎缘チＷ佑泊砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌鹘惺只恚缓蠼霉ぷ鞯缌饕约吧栈俅问洗辽衔换凰錾衔换运龅チＷ佑泊砦蟠衅鞴ぷ鞯缌饕约吧栈俅问写娲⒑拖允荆蝗缓蠖钥占涞チＷ有вΣ馐韵低扯系绮⒏坏チＷ有вτ泊砦蟠衅鳎祷刂葱胁街�(3)；
[0018](5)、判断获得的烧毁次数和记录的工作电流是否满足试验要求，若不满足，调整辐照源发射的粒子能量后，返回执行步骤(3);若满足，则结束试验；
[0019]当需要对单粒子锁定效应和单粒子翻转效应进行测试时:
[0020]①、对所述空间单粒子效应测试系统上电，并初始化参数:
[0021]②、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子软错误传感器进行辐照；
[0022]③、所述电流监测电路实时监测单粒子软错误传感器的工作电流，并将该工作电流送至数据处理及控制�？楹退ㄅ卸胺阑さ缏罚�
[0023]④、所述数据处理及控制�？榻邮盏チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌骱蠖云浣惺只恚⑸洗辽衔换�
[0024]所述锁定判定及防护电路对单粒子软错误传感器的工作电流进行实时判定:
[0025]当该工作电流超过锁定阈值时，则判断发生单粒子锁定效应，累计单粒子效应软错误传感器的锁定次数，并将锁定次数和锁定命令发给所述数据处理及控制模块；所述数据处理及控制模块接收到锁定命令后，数据处理及控制�？榭刂频缌骷嗖獾缏沸狗诺チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌鳎缘チＷ尤泶砦蟠衅鹘薪笛梗煌保鏊ù问洗衔换凰錾衔换缘チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌饕约八ù问写娲⒑拖允荆欢运隹占涞チＷ有вΣ馐韵低扯系绮⒅仄簦祷夭街琚郏绦惺匝椋�
[0026]若单粒子效应软错误传感器工作电流没有超过锁定阈值，则执行步骤⑤；
[0027]⑤、所述逻辑状态监测电路实时监测单粒子软错误传感器的逻辑状态，若发生单粒子翻转，记录逻辑状态发生翻转的存储单元地址，之后将逻辑状态变化值以及逻辑状态发生翻转的存储单元地址送至数据处理及控制�？椋皇荽砑翱刂颇？榻呒刺浠狄约奥呒刺⑸拇娲⒌ピ刂匪椭辽洗衔换蝗裘挥蟹チＷ臃蛑葱胁街琚蓿凰錾衔换越邮盏降牡チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌饕约奥呒刺浠岛吐呒刺⑸拇娲⒌ピ刂方写娲⒑拖允荆�
[0028]⑥判断获得的锁定次数和记录的工作电流是否满足试验要求:若不满足，调整辐照源发射的粒子能量，然后返回执行步骤③；若满足，则结束试验。
[0029]本发明具有如下有益效果:
[0030]本发明提出了一种空间单粒子效应测试方法，能够实现单粒子翻转、单粒子锁定、单粒子烧毁的实时测试和存储；能够全面表征单粒子效应，为航天器抗单粒子效应加固设计提供综合性的可靠依据。
[0031]本发明中建立的集成化的空间单粒子效应测试系统，采用两个单粒子效应传感器即可测试三种单粒子效应，同时，两个传感器共用一套测试系统，实现了测试系统的集成化，同时也为实现测试系统的小型化奠定了基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明的测试系统的原理图；
[0033]图2为本发明的单粒子烧毁效应测试流程图。
[0034]图3为本发明的单粒子翻转和单粒子锁定效应测试流程图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0036]本发明的一种空间单粒子效应测试方法，包括如下步骤:
[0037]步骤1、建立集成化的空间单粒子效应测试系统，如图1所示:
[0038]该系统包括单粒子软错误传感器、单粒子硬错误传感器、前端信号调理电路、逻辑状态监测电路、电流监测电路、锁定判定及防护电路、数据处理及控制�？橐约吧衔换凰龅チＷ尤泶砦蟠衅鞣直鹩肼呒刺嗖獾缏泛偷缌骷嗖獾缏废嗔凰龅チＷ佑泊砦蟠衅饔肭岸诵藕诺骼淼缏废嗔凰銮岸诵藕诺骼淼缏酚氲缌骷嗖獾缏泛褪荽砑翱刂颇？榉直鹣嗔凰龅缌骷嗖獾缏贰⒙呒刺嗖獾缏芬约八ㄅ卸胺阑さ缏贩直鹩胧荽砑翱刂颇？橄嗔凰鏊ㄅ卸胺阑さ缏酚胨龅缌骷嗖獾缏废嗔凰鍪荽砑翱刂颇？橛钟肷衔换嗔�
[0039]所述单粒子软错误传感器为存储型芯片，接收辐照源的辐照；
[0040]所述单粒子硬错误传感器为功率MOSSET型芯片，接收辐照源的辐照；
[0041]步骤2、选择所要进行的单粒子效应测试:
[0042]当需要对单粒子烧毁效应进行测试时，如图2所示:
[0043](I)、对所述空间单粒子效应测试系统上电，并初始化参数；
[0044](2)、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子硬错误传感器进行辐照；
[0045](3)、所述前端信号调理电路接收所述单粒子硬错误传感器的工作电流信号并进行前期处理，包括:将工作电流与烧毁阈值进行比较，当出现工作电流大于烧毁阈值的情况时，判断产生单粒子烧毁效应，累计单粒子效应硬错误传感器发生的烧毁次数并记录此时的工作电流，将所述烧毁次数发给所述数据处理及控制�？椋⒍怨ぷ鞯缌鹘衅交瞬ê徒笛勾恚俳笛购蠊ぷ鞯缌鞣⑺透龅缌骷嗖獾缏罚葱胁街�(4)；
[0046]若单粒子硬错误传感器工作电流没有超过烧毁阈值电流，执行步骤(5)；
[0047](4)、所述电流监测电路将单粒子硬错误传感器的工作电流送至数据处理及控制�？椋凰鍪荽砑翱刂颇？槎缘チＷ佑泊砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌鹘惺只恚缓蠼霉ぷ鞯缌饕约吧栈俅问洗辽衔换凰錾衔换运龅チＷ佑泊砦蟠衅鞴ぷ鞯缌饕约吧栈俅问写娲⒑拖允荆蝗缓蠖钥占涞チＷ有вΣ馐韵低扯系绮⒏坏チＷ有вτ泊砦蟠衅鳎祷刂葱胁街�(3)；
[0048](5)、判断获得的烧毁次数和记录的工作电流是否满足试验要求，若不满足，调整辐照源发射的粒子能量后，返回执行步骤(3);若满足，则结束试验；
[0049]当需要对单粒子锁定效应和单粒子翻转效应进行测试时，如图3所示:
[0050]①、对所述空间单粒子效应测试系统上电,并初始化参数:
[0051]②、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子软错误传感器进行辐照；
[0052]③、所述电流监测电路实时监测单粒子软错误传感器的工作电流，并将该工作电流送至数据处理及控制�？楹退ㄅ卸胺阑さ缏罚�
[0053]④、所述数据处理及控制�？榻邮盏チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌骱蠖云浣惺只恚⑸洗辽衔换�
[0054]所述锁定判定及防护电路对单粒子软错误传感器的工作电流进行实时判定:
[0055]当该工作电流超过锁定阈值时，则判断发生单粒子锁定效应，累计单粒子效应软错误传感器的锁定次数，并将锁定次数和锁定命令发给所述数据处理及控制�？椋凰鍪荽砑翱刂颇？榻邮盏剿詈螅荽砑翱刂颇？榭刂频缌骷嗖獾缏沸狗诺チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌鳎缘チＷ尤泶砦蟠衅鹘薪笛梗煌保鏊ù问洗衔换凰錾衔换缘チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌饕约八ù问写娲⒑拖允荆欢运隹占涞チＷ有вΣ馐韵低扯系绮⒅仄簦祷夭街琚郏绦惺匝椋�
[0056]若单粒子效应软错误传感器工作电流没有超过锁定阈值，则执行步骤⑤；
[0057]⑤、所述逻辑状态监测电路实时监测单粒子软错误传感器的逻辑状态，若发生单粒子翻转，记录逻辑状态发生翻转的存储单元地址，之后将逻辑状态变化值以及逻辑状态发生翻转的存储单元地址送至数据处理及控制�？椋皇荽砑翱刂颇？榻呒刺浠狄约奥呒刺⑸拇娲⒌ピ刂匪椭辽洗衔换蝗裘挥蟹チＷ臃蛑葱胁街琚蓿凰錾衔换越邮盏降牡チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌饕约奥呒刺浠岛吐呒刺⑸拇娲⒌ピ刂方写娲⒑拖允荆�
[0058]⑥判断获得的锁定次数和记录的工作电流是否满足试验要求:若不满足，调整辐照源发射的粒子能量，然后返回执行步骤③；若满足，则结束试验。
[0059]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种空间单粒子效应测试方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1、建立集成化的空间单粒子效应测试系统: 该系统包括单粒子软错误传感器、单粒子硬错误传感器、前端信号调理电路、逻辑状态监测电路、电流监测电路、锁定判定及防护电路、数据处理及控制模块以及上位机；所述单粒子软错误传感器分别与逻辑状态监测电路和电流监测电路相连；所述单粒子硬错误传感器与前端信号调理电路相连；所述前端信号调理电路与电流监测电路和数据处理及控制�？榉直鹣嗔凰龅缌骷嗖獾缏�、逻辑状态监测电路以及锁定判定及防护电路分别与数据处理及控制�？橄嗔凰鏊ㄅ卸胺阑さ缏酚胨龅缌骷嗖獾缏废嗔凰鍪荽砑翱刂颇？橛钟肷衔换嗔� 所述单粒子软错误传感器为存储型芯片，接收辐照源的辐照； 所述单粒子硬错误传感器为功率MOSSET型芯片，接收辐照源的辐照； 步骤2、选择所要进行的单粒子效应测试: 当需要对单粒子烧毁效应进行测试时: (1)、对所述空间单粒子效应测试系统上电，并初始化参数； (2)、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子硬错误传感器进行辐照； (3)、所述前端信号调理电路接收所述单粒子硬错误传感器的工作电流信号并进行前期处理，包括:将工作电流与烧毁阈值进行比较，当出现工作电流大于烧毁阈值的情况时，判断产生单粒子烧毁效应，累计单粒子效应硬错误传感器发生的烧毁次数并记录此时的工作电流，将所述烧毁次数发给所述数据处理及控制�？椋⒍怨ぷ鞯缌鹘衅交瞬ê徒笛勾恚俳笛购蠊ぷ鞯缌鞣⑺透龅缌骷嗖獾缏罚葱胁街�(4)； 若单粒子硬错误传感器工作电流没有超过烧毁阈值电流，执行步骤(5)； (4)、所述电流监测电路将单粒子硬错误传感器的工作电流送至数据处理及控制模块；所述数据处理及控制�？槎缘チＷ佑泊砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌鹘惺只恚缓蠼霉ぷ鞯缌饕约吧栈俅问洗辽衔换凰錾衔换运龅チＷ佑泊砦蟠衅鞴ぷ鞯缌饕约吧栈俅问写娲⒑拖允荆蝗缓蠖钥占涞チＷ有вΣ馐韵低扯系绮⒏坏チＷ有вτ泊砦蟠衅鳎祷刂葱胁街�(3)； (5)、判断获得的烧毁次数和记录的工作电流是否满足试验要求，若不满足，调整辐照源发射的粒子能量后，返回执行步骤(3);若满足，则结束试验； 当需要对单粒子锁定效应和单粒子翻转效应进行测试时: ①、对所述空间单粒子效应测试系统上电，并初始化参数: ②、根据空间的辐照环境，选择辐照源，并确定辐照源发射的粒子能量后对所述单粒子软错误传感器进行辐照； ③、所述电流监测电路实时监测单粒子软错误传感器的工作电流，并将该工作电流送至数据处理及控制�？楹退ㄅ卸胺阑さ缏罚� ④、所述数据处理及控制�？榻邮盏チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌骱蠖云浣惺只�,并上传至上位机； 所述锁定判定及防护电路对单粒子软错误传感器的工作电流进行实时判定: 当该工作电流超过锁定阈值时，则判断发生单粒子锁定效应，累计单粒子效应软错误传感器的锁定次数，并将锁定次数和锁定命令发给所述数据处理及控制�？椋凰鍪荽砑翱刂颇？榻邮盏剿詈螅荽砑翱刂颇？榭刂频缌骷嗖獾缏沸狗诺チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌鳎缘チＷ尤泶砦蟠衅鹘薪笛梗煌保鏊ù问洗衔换凰錾衔换缘チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌饕约八ù问写娲⒑拖允荆欢运隹占涞チＷ有вΣ馐韵低扯系绮⒅仄簦祷夭街琚郏绦惺匝椋� 若单粒子效应软错误传感器工作电流没有超过锁定阈值，则执行步骤⑤； ⑤、所述逻辑状态监测电路实时监测单粒子软错误传感器的逻辑状态，若发生单粒子翻转，记录逻辑状态发生翻转的存储单元地址，之后将逻辑状态变化值以及逻辑状态发生翻转的存储单元地址送至数据处理及控制模块；数据处理及控制�？榻呒刺浠狄约奥呒刺⑸拇娲⒌ピ刂匪椭辽洗衔换蝗裘挥蟹チＷ臃蛑葱胁街琚蓿凰錾衔换越邮盏降牡チＷ尤泶砦蟠衅鞯墓ぷ鞯缌饕约奥呒刺浠岛吐呒刺⑸拇娲⒌ピ刂方写娲⒑拖允荆� ⑥判断获得的锁定次数和记录的工作电流是否满足试验要求:若不满足，调整辐照源发射的粒子能量，然后返回执行步骤③；若满足，则结束试验。
【文档编号】G01R31/00GK104237685SQ201410451782
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】安恒, 杨生胜, 薛玉雄, 把得东, 马亚莉, 曹洲 申请人:兰州空间技术物理研究所
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