專利名稱：現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列單粒子效應(yīng)測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路測(cè)試技術(shù)。
背景技術(shù)：
航天器在空間中飛行， 一直處在帶電粒子構(gòu)成的輻射環(huán)境中?？?間輻射環(huán)境中的高能質(zhì)子、重離子等都能導(dǎo)致航天器電子系統(tǒng)中的半 導(dǎo)體器件發(fā)生單粒子效應(yīng)。與此同時(shí)，試驗(yàn)表明大氣環(huán)境中的中子也
可以導(dǎo)致航空電子器件發(fā)生單粒子效應(yīng)。尤其是帶有SRAM單元的 器件(如SRAM存儲(chǔ)器，F(xiàn)PGA等)，更是對(duì)單粒子效應(yīng)敏感的器件。 單粒子效應(yīng)是在航天航空運(yùn)行中發(fā)生的，但大量的研究試驗(yàn)工作卻是 在地面進(jìn)行的，尤其是評(píng)估航天器所需器件的抗單粒子效應(yīng)能力依據(jù) 的是地面模擬試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和可信度直接關(guān) 系著航天器的可靠性。除此之外，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程處于輻照環(huán)境，因此 也必須考慮實(shí)驗(yàn)操作人員的安全性。單粒子效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)是單粒 子效應(yīng)研究和器件加固設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
單粒子效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)比較復(fù)雜，而且需要在線監(jiān)測(cè)。如何快 捷、準(zhǔn)確、安全的得到測(cè)試結(jié)果成為了半導(dǎo)體器件抗輻加固領(lǐng)域的重 要研究?jī)?nèi)容?；赟RAM的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)作為一種帶有 SRAM的CMOS超大規(guī)模集成電路，其測(cè)試方法尚處在摸索階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量集成電路 抗單粒子輻射能力的方法。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列單粒 子效應(yīng)測(cè)試方法，其特征在于，包括下述步驟
1)去除FPGA封裝外殼，將其安裝在測(cè)試電路板上；2) 配置FPGA，然后回讀SRAM數(shù)據(jù)并記錄；
3) 將測(cè)試電路板置于測(cè)試室內(nèi)，粒子源發(fā)射單粒子轟擊FPGA; .4)回讀SRAM數(shù)據(jù)并記錄；
5) 比較步驟2)和步驟4)的數(shù)據(jù)，確定SRAM翻轉(zhuǎn)的位數(shù)；
6) 當(dāng)翻轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值或者無(wú)翻轉(zhuǎn)的時(shí)段達(dá)到預(yù)定時(shí)值后， 更換為更高LET值的粒子源，F(xiàn)PGA重新上電，確認(rèn)FPGA回到初 始狀態(tài)，然后重復(fù)步驟3) 5);
7) 數(shù)據(jù)處理由翻轉(zhuǎn)截面二翻轉(zhuǎn)位數(shù)/(粒子流面密度x注入時(shí)間) 計(jì)算出該LET值的翻轉(zhuǎn)截面，生成翻轉(zhuǎn)曲線；電流急劇增加視為閂 鎖，而上電無(wú)法恢復(fù)視為燒毀，計(jì)算相應(yīng)截面，得到相關(guān)的LET閾 值。
進(jìn)一步的，所述步驟4)為回讀SRAM數(shù)據(jù)并記錄，同時(shí)監(jiān)測(cè) 測(cè)試電路板上的顯示以及功耗電流值。所述步驟4)為定時(shí)回讀，即 兩次回讀之間的時(shí)間間隔是預(yù)定的。如果離子入射方向與器件表面有 一定的角度e，則有效LET值LETef產(chǎn)LET(e)/COSe，有效注量也隨入
射角角度變化，有效注量^注量xcose。
本發(fā)明的有益效果是，能夠準(zhǔn)確的測(cè)試單粒子效應(yīng)對(duì)FPGA造成 的影響，盡可能的排除了外來(lái)干擾，保證了測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明的測(cè)試環(huán)境示意圖。
其中，l計(jì)算機(jī)，2電源，3萬(wàn)用表，4屏蔽墻，5攝像頭，6輻 照板，7測(cè)試電路板，8真空腔，9粒子源。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1。本發(fā)明提供一種基于SRAM的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA)的單粒子效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)方法。包括實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建以及所 用的測(cè)試電路板和軟件方法。將被測(cè)器件所在的電路板上電工作，用重粒子加速器和質(zhì)子加速器里出來(lái)的質(zhì)子和重粒子轟擊，屏蔽室外用 電流表監(jiān)測(cè)電流變化，監(jiān)視器通過(guò)攝像頭觀察功能是否還在，用電腦
并口連接測(cè)試板JTAG接口，利用FPGA制造商提供的EDA工具回 讀FPGA內(nèi)部SRAM的數(shù)值保存為文件，再用ULTRAEDIT將各個(gè)
時(shí)刻存下來(lái)的數(shù)據(jù)與最開(kāi)始的數(shù)據(jù)對(duì)比，觀察在什么時(shí)刻，有無(wú) SRAM的翻轉(zhuǎn)。
實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖l所示，包括以下步驟
A. 選擇FPGA的封裝形式。因?yàn)閱瘟Ｗ拥牡孛婺M實(shí)驗(yàn)需要將 半導(dǎo)體器件的封裝打開(kāi)，直接讓高能粒子打到Si02鈍化層上，所以 需要選擇芯片的襯底在電路板一面的封裝形式。而且在封裝的時(shí)候， 最好選用陶瓷封裝，上面的金屬蓋不蓋嚴(yán)，用膠粘起來(lái)。做實(shí)驗(yàn)的時(shí) 候，將金屬蓋掀起來(lái)摘掉即可。這種封裝形式包括有CQFP。
B. 制作測(cè)試板和輻照板。輻照板上只焊被測(cè)器件，為被測(cè)器件 提供機(jī)械支持和電連接。測(cè)試板上有顯示功能的數(shù)碼管，電源穩(wěn)壓芯 片等必需器件。
C. 如圖l搭建好系統(tǒng)后，調(diào)試系統(tǒng)，確定系統(tǒng)在未開(kāi)始輻照前，
功能正常。
D. 用計(jì)算機(jī)上FPGA廠商提供的EDA開(kāi)發(fā)工具，對(duì)FPGA通過(guò) JTAG進(jìn)行配置，然后通過(guò)該EDA工具提供的回讀功能回讀SRAM 的數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)，保存起來(lái)，作為以后數(shù)據(jù)的對(duì)比對(duì)象。并設(shè)置每隔 多少時(shí)間回讀一次SRAM的數(shù)據(jù)，如1分鐘。
E. 粒子源開(kāi)始發(fā)射粒子轟擊芯片后，開(kāi)始計(jì)時(shí)，然后將每次回 讀回來(lái)的數(shù)據(jù)保存為包含當(dāng)前時(shí)間信息的文件。
F. 用ULTRAEDIT比較步驟D和步驟E中的兩個(gè)文件，以及步 驟E中前后相鄰兩次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定SRAM翻轉(zhuǎn)的位數(shù)。
G. 重覆步驟F， 一次實(shí)驗(yàn)最好能讓翻轉(zhuǎn)數(shù)大于1000。
H. 同時(shí)，通過(guò)攝像頭監(jiān)測(cè)測(cè)試電路板上的功能顯示以及萬(wàn)用表上的電流顯示，并記錄。本發(fā)明用用攝像頭直接觀測(cè)而非將顯示管外 接到測(cè)試室外，可以避免因?yàn)榫€路過(guò)長(zhǎng)造成數(shù)據(jù)失真。萬(wàn)用表顯示測(cè) 試電路板的功耗電流，測(cè)試電路板上的功能顯示是通過(guò)設(shè)置在測(cè)試電 路板上的顯示管實(shí)現(xiàn)。
I.達(dá)到一定的翻轉(zhuǎn)次數(shù)或者無(wú)翻轉(zhuǎn)至預(yù)訂的時(shí)間后，換更高
LET值的粒子源，然后重新給FPGA上電翻轉(zhuǎn)，確認(rèn)FPGA又回到 初始狀態(tài)。
J.重復(fù)步驟E 1。
K. LET值一般至少選取5個(gè)點(diǎn)，最好能從翻轉(zhuǎn)閾值到翻轉(zhuǎn)飽和。 L.數(shù)據(jù)處理己知粒子的LET值，由 翻轉(zhuǎn)截面=翻轉(zhuǎn)位數(shù)/(粒子有效注量面密度><注入時(shí)間)
計(jì)算出該LET值的翻轉(zhuǎn)截面，然后作出翻轉(zhuǎn)曲線。
對(duì)于重離子測(cè)試而言，如果離子入射方向與器件表面有一定的角 度，則有效LET值LETef產(chǎn)LET(e)/COSe。有效注量也隨入射角角度
變化有效注量—主量xcose。
M.電流急劇增加視為閂鎖，而上電無(wú)法恢復(fù)視為燒毀?？梢杂?jì) 算相應(yīng)截面，得到相關(guān)的LET閾值。
例設(shè)若粒子注量率的面密度為1(^個(gè)/(cm、)，入射角度為60。，
轟擊10s后測(cè)得翻轉(zhuǎn)數(shù)為100，那么以下式計(jì)算翻轉(zhuǎn)截面
100
翻轉(zhuǎn)截面=104X10XC0S60。=2x10— cm /device
本發(fā)明已經(jīng)公開(kāi)了足夠詳細(xì)的測(cè)試步驟，普通技術(shù)人員能夠依據(jù) 本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容無(wú)困難的再現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列單粒子效應(yīng)測(cè)試方法，其特征在于，包括下述步驟1)去除FPGA封裝外殼，將其安裝在測(cè)試電路板上；2)配置FPGA，然后回讀SRAM數(shù)據(jù)并記錄；3)將測(cè)試電路板置于測(cè)試室內(nèi)，粒子源發(fā)射單粒子轟擊FPGA；4)回讀SRAM數(shù)據(jù)并記錄；5)比較步驟2)和步驟4)的數(shù)據(jù)，確定SRAM翻轉(zhuǎn)的位數(shù)；6)當(dāng)翻轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值或者無(wú)翻轉(zhuǎn)的時(shí)段達(dá)到預(yù)定時(shí)值后，更換為更高LET值的粒子源，F(xiàn)PGA重新上電，確認(rèn)FPGA回到初始狀態(tài)，然后重復(fù)步驟3)～5)；7)數(shù)據(jù)處理由翻轉(zhuǎn)截面＝翻轉(zhuǎn)位數(shù)/(粒子流面密度×注入時(shí)間)計(jì)算出該LET值的翻轉(zhuǎn)截面，生成翻轉(zhuǎn)曲線；電流急劇增加視為閂鎖，而上電無(wú)法恢復(fù)視為燒毀，計(jì)算相應(yīng)截面，得到相關(guān)的LET閾值。
2、 如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列單粒子效應(yīng)測(cè)試方法， 其特征在于，所述步驟4)為回讀SRAM數(shù)據(jù)并記錄，同時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè) 試電路板上的顯示以及功耗電流值。
3、 如權(quán)利要求2所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列單粒子效應(yīng)測(cè)試方法， 其特征在于，所述步驟4)為定時(shí)回讀，即兩次回讀之間的時(shí)間間隔 是預(yù)定的。
4、 如權(quán)利要求2所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列單粒子效應(yīng)測(cè)試方法，其特征在于，如果離子入射方向與器件表面有一定的角度e，則有效LET值LETef產(chǎn)LET(e)/COSe，有效注量也隨入射角角度變化，有效注量二注量xcose。
5、 如權(quán)利要求2所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列單粒子效應(yīng)測(cè)試方法，其特征在于，通過(guò)測(cè)試室內(nèi)的攝像頭直接觀察測(cè)試電路板上的顯示。
全文摘要
現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列單粒子效應(yīng)測(cè)試方法，涉及集成電路技術(shù)。本發(fā)明包括下述步驟1)去除FPGA封裝外殼，將其安裝在測(cè)試電路板上；2)配置FPGA，然后回讀SRAM數(shù)據(jù)并記錄；3)將測(cè)試電路板置于測(cè)試室內(nèi)，粒子源發(fā)射單粒子轟擊FPGA；4)回讀SRAM數(shù)據(jù)并記錄；5)比較步驟2)和步驟4)的數(shù)據(jù)，確定SRAM翻轉(zhuǎn)的位數(shù)；6)當(dāng)翻轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值或者無(wú)翻轉(zhuǎn)的時(shí)段達(dá)到預(yù)定時(shí)值后，更換粒子源，F(xiàn)PGA重新上電，確認(rèn)FPGA回到初始狀態(tài)，然后重復(fù)步驟3)～5)；7)數(shù)據(jù)處理計(jì)算出該LET值的翻轉(zhuǎn)截面，生成翻轉(zhuǎn)曲線。本發(fā)明準(zhǔn)確測(cè)試單粒子效應(yīng)的影響，排除了外來(lái)干擾，保證了測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
文檔編號(hào)G01R31/303GK101458299SQ200810148139
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者孫振維, 威 李, 楊志明, 鄭博文, 黃國(guó)輝 申請(qǐng)人:成都華微電子系統(tǒng)有限公司