esdemp对单片机的辐照效应实验及加固方法

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1、ESDEMP对单片机的辐照效应实验及加固方法

2、第1内容加载中...如果选用现成的单片机系统作为实验对象，由于其没有故障自动诊断功能，只能观察到很少的几个故障现象，无法对ESDEMP的效应机理进行深入研究。因此，本人设计了专门用于电磁脉冲效应实验的单片机系统。该系统具有强大的故障自动诊断功能，几乎能够自动显示单片机系统在电磁脉冲作用下可能出现的所有故障现象。1.2实验方法ESDEMP对单片机系统的效应实验，采用辐照法。将被试单片机系统放置在水平耦合板上，用静电放民模拟器对垂直耦合板进行放电。静电放电产生的辐射场直接作用于被试单片机系统，单片机将自动显示其受ESDEMP干扰的情况。2ESDEMP对

3、单片机系统辐照效应实验2.1实验结果利用上述实验装置，进行了ESDEMP对单片机系统的辐照效应实验。ESD模拟器工作于人体模型放电模式，放电方式为接触放电（对垂直耦合板）。被试单片机与放电点的距离为10cm。实验环境为：温度24.0℃，湿度45.2%。用于电磁脉冲效应实验的单片机系统的开发成功，顺利地观察到了单片机系统在ESDEMP作用下出现的十大故障现象。它们分别是：①重启动；②死机；③控制状态改变；④A/D误差增大；⑤串行通讯出错；⑥定时器CTC工作失误；⑦外部中断误触发；⑧外RAM存储器内容被改定，读外RAM出错，写外RAM出错；⑨工作寄存器R0～R7，特殊功能寄存器SFR和片内RAM的

4、20～7F单元内容出错；⑩程序存储器E2PROM内容被改写。表1给出了上述故障出现时ESD模拟器的最小放电电压。表1单片机出现故障时ESD模拟器的最小放电电压故障现象最小放电电压（kV）故障现象最小放电压（kV）故障现象最小放电电压（kV）重启动±3CTC工作失误±3R0～R7出错±3.5死机±2.8外部中断误触发±2.9SFT出错±3.6控制状态改变±1.2外RAM改变±2.620～7FH单元出错±5A/D误差增大±2.9写外RAM出错±3.3E2PROM被改写±2.5串行通讯出错±3.2读外RAM出错±3.2E2PROM内容被改写的情况出现的概率很小，到目前为止共观察到7次，其中放电电压最

5、小的一次2.5kV。实验环境为：温度31℃，湿度62%。由于出现的次数较少，严格地讲，2.5kV还不能作为E2PROM内容被改写的最小放电电压。2.2典型故障分析2.2.1单片机重启动原因分析重启动是指单片机在正常运行过程中被复位而使程序重新运行的一种现象。单片机重启动的原因之一是RST脚上的干扰信号被误认为是复位信号。图2是单片机重启动时在RST脚上采集到的干扰信号波形。要使单片机可靠复位，需RST脚出现不小于2个机器周期的电平[2]。当晶振频率fc=12MHz时，该高电平应最少保持2μs。图2中，500)this.style.ouseg(this)">干扰信号的正负脉冲宽度都远小于2μs，

6、似乎不满足复位条件。但该条件是可靠复位的条件，CPU内的复位电路在每个机器周期S5P2采样一次RST的状态，如果连续两次采集到的RST都处于高电平，则CPU同样进入复位状态。由于RST脚上的干扰信号的持续时间接近2μs，在RST脚上连续两次采集到高电平的可能性是存在的。另一个原因是CPU内部的复位信号线（RST不是直接复位信号）上有干扰信号，直接使单片机复位。后面的加固实验将进一步证明两种原因的同时存在。2.2.2E2PROM内容被改写原因分析E2PROM是电擦除程序存贮器，本系统采用28C64，工作电压只有5V。28C64的正常写操作要求其控制信号OE为高电平，CE和的内容。其中一块的显示信

7、息为：DifferentBytes=000057；FirstBufferDifference:000180H；FirstDeviceDifference:000180H。E2PROM内容被改写的情况有一定的规律性，即从某一单元开始，成片的内容被改写，有的达数百个字节。28C64正常工作时，其标准的字节写入时间是10ms[3]，而干扰持续时间只有微秒量级，显然发生了异常操作。根据28C64的内部组成框图，很可能是干扰使内部锁存器将带有干扰的控制信号锁存了一段时间。在这段时间内，由于PC内容连续改写，从而使28C64内容成片地被改写。3ESDEMP的防护加固方法研究静电放电电磁脉冲与电子系统的耦合

8、途径主要有：前门（天线）耦合和后门（孔、缝）耦合。电磁脉冲通过前门或后门耦合进入电路，从而形成逻辑干扰或硬损伤。防护瞬变电磁场电子系统的损伤主要是控制电磁能量进入电子系统，概括起来为空域防护控制（屏蔽）、频域防护控制、时域防护控制和能域防护控制。本文对最常用的屏蔽法和旁路保持法进行了实验研究。3.1屏蔽屏蔽是用导电或导磁体将被保护体包围起来，从而进行电磁性隔离的一种措施。对于辐射电磁脉冲场来说，屏