SRAM单粒子效应检测方法研究

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1、第27卷第5期航天器环境工程2010年lO月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING585SRAM单粒子效应检测方法研究罗磊，张大宇，于庆奎(中国空间技术研究院电子元器件可靠性中心，北京100029)摘要：采用中国科学院近代物理研究所的回旋加速器HIRFL产生不同LET值的重离子，以模拟空间辐射环境，检测了两种国产SRAM器件抗单粒子翻转和单粒子锁定的能力。试验中采用了两套单粒子效应检测系统，结合试验检测过程和最终结果，讨论了两套检测系统各自的优缺点，总结了试验中需要注意的其他问题。本研究为今后

2、构建其他器件的单粒子效应检测系统提供了参考。关键词：静态随机存储器；检测系统；辐射效应；单粒子效应；虚拟仪器中图分类号：V416．8；TN406文献标识码：A文章编号：1673—1379(2010)05—0585-05DOI：10．3969／j．issn．1673—1379．2010．05．008O引言运行于轨道空间上的卫星、飞船不可避免地会遭遇各种带电粒子的辐射，空间带电粒子通过与星上电子元器件相互作用产生辐射效应，对卫星造成不同程度的损伤，威胁卫星安全运行【1】。微电子器件受空间辐射引起的单粒子翻转(SEU)、单粒

3、子锁定(SEL)或单粒子烧毁(SEB)等统称为单粒子效应，它是威胁卫星及各种航天器在轨正常运行和寿命的重要因素之一。单粒子效应主要有以下两种类型【2】：1)单粒子软错误效应：单粒子翻转、单粒子多位翻转。单粒子翻转是指高能质子或重离子穿过电子器件时，沉淀在器件敏感区中的电荷部分被结电容或电极吸收，造成逻辑状态改变。单粒子多位翻转是指单粒子事件使得器件某一地址中的多个位发生逻辑状态改变。这些效应仅仅改变了内部存储单位的状态，或者短时间内对电路中的某些节点产生一个干扰信号。可以采用定时刷新机制或三倍冗余等算法，减小其对系统的

4、影响。2)具有危险性的效应：单粒子锁定【3】、单粒子烧毁【41。当重离子照射到体硅CMOS器件内部寄生的PNPN结上，有可能产生CMOS器件本身所特有的“锁定”现象，使得器件持续通过大电流。单粒子锁定一般通过断电、重新启动措施后可以恢复；但如果电路设计中无限流措施，器件中持续通过大电流，将会造成器件烧毁。元器件在用于卫星型号之前，必须在地面用高能质子或重离子加速器产生的高能质子或重离子模拟空间辐射环境，测量其抗单粒子翻转、单粒子锁定、单粒子烧毁的能力和出现这些效应的截面，以判断其是否达到了所需的抗辐射性能指标。器件单粒

5、子效应评估结果与单粒子效应测试方法有关。本文对两种SRAM(静态随机存储器)单粒子效应测试方法进行对比试验研究。1两种单粒子检测方案SRAM器件抗单粒子辐射能力摸底试验中，考虑到同旋加速器产生的重离子对人体有较大伤害，需要构建一套能远程控制的检测系统，使得试验操作人员能在控制室对辐照试验进行远程操作。1)检测系统一：SRAM单粒子效应检测系统一，由远程控制机(PC)、上位机(PC)、嵌入式检测系统、摄像头、电源、电流表和待测器件板组成，系统原理框图见图1。远程控制机放置在控制室，其他仪器设备都放置在实验室里间。如试验需

6、在真空下进行时，此时嵌入式检测系统和被测器件板被放置在真空罐内，通过航空密封插头实现真空罐内外电连接。远程控制机通过长网线与上位机连接，通过Windows收稿日期：2010．04．13；修回日期：2010-04．15作者简介：罗磊(1980一)，男，博士学位，工程师，主要研究方向为宇航元器件可靠性与质量保证。E—mail：luo—lui@163．COIn．586航天器环境工程第27卷操作系统自带的“远程桌面连接”获得上位机的控制权，远程控制上位机；嵌入式检测系统以8051单片机为核心，实现对被测器件的SEU检测；在电源

7、和待测器件板之间串接一个电流表；通过摄像头监控电流表的读数，并在远程控制机屏幕上实时显示；通过电流表读数变化判断是否发生SEL；通过长线插线板远程控制电源断电。图1检测系统一的原理图Fig．1SchemeofdetectionsystemI嵌入式检测系统以RS232串口方式和上位机进行通信，上位机软件为一串口通信程序。嵌入式检测系统软件流程如图2所示。先向所有地址中写入同一数据，再读取所有地址中的数据，并判断数据是否发生了变化；若数据发生了变化，则输出当前地址和数据。检测完所有地址后再从首地址开始下一轮循环检测，试验过

8、程中不断循环检测。图2检测系统一的测试软件流程图Fig．2Flowchartofthetestprogramfordetectionsystem12)检测系统二SRAM单粒子效应检测系统二，由远程控制机(PC)、上位机(PC)、路由器、嵌入式检测系统、编程器、程控电源(AgilentN6705A直流电源分析仪)和待测器件板组成，系