一种串并转换器件单粒子效应试验研究

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1、第30卷第5期航天器环境工程2013年10月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING509一种串并转换器件单粒子效应试验研究罗磊，张磊，祝名，于庆奎，唐民（中国空间技术研究院宇航物资保障事业部，北京100029）摘要：针对型号用新型器件抗辐射能力评估的需要，研制了串并转换器件单粒子效应检测系统，并对卫星型号中准备使用的一款26位串并转换器件进行了单粒子效应评估试验，得到了器件抗单粒子锁定的阈值，并发现该器件在单粒子辐照下会出现连续位输出错误。结合器件版图、结构分析了单粒子效应造成连续位错误的原因，为器件厂家后续设计改进和卫星型号进行系统级抗辐射

2、加固设计提供了依据。关键词：串并转换器件；辐射效应；单粒子效应；试验研究中图分类号：TN406;V416.5文献标志码：B文章编号：1673-1379(2013)05-0509-03DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2013.05.0100引言本文使用自主开发的单粒子效应检测系统，对卫星型号中准备使用的一款26位串并转换器件进卫星运行于轨道空间，不可避免地遭遇各种带行了单粒子效应评估试验，得到了器件的抗辐射数电粒子的辐射。空间带电粒子通过与星上电子元器据，为卫星型号选用和加固设计提供了依据。件相互作用产生辐射效应，对卫星造成不同程度的[1]损伤

3、，威胁卫星安全运行。1试验样品微电子器件受空间辐射引起的单粒子翻转、单此款26位串并转换器件内部共有52个寄存器，[2][3]粒子锁定或单粒子烧毁等统称为单粒子效应，其中26个寄存器（Rg）用于数据移位，26个寄存器它是威胁卫星及各种航天器在轨正常运行和寿命[4]（Rm）用于数据锁存，如图1所示。输入数据在时的重要因素之一。因此，将微电子器件用于卫星钟信号控制下，从移位寄存器Rg1串行移位到Rg26。型号之前，必须在地面用高能质子或重离子加速器数据锁存寄存器中的数据随移位寄存器中的数据而产生的高能质子或重离子模拟空间辐射环境，测量改变。当26位数据串行输入完毕时，数据

4、锁存器器件抗单粒子翻转、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Rm1～Rm26中即为所需数据，再从对应的ST0、需的抗辐射性能指标。ST1、B1～B12、A1～A12并行输出26位数据。图126位串并转换器件工作原理Fig.1Blockdiagramofa26bitserial-input/parallel-outputshiftdevice制机、上位机、测试板、程控电源（AgilentN6705A2单粒子效应检测系统直流电源分析仪）组成（见图2）。参考以往SRAM单粒子效应检测系统的设计经上位机、测试板和程控电源放置到辐照室内。[5]

5、验，结合26位串并转换器件的结构和功能特点，为保证试验人员的人身安全，将远程控制机放置到设计了有针对性的单粒子效应检测系统：由远程控30m外的监控室，与上位机之间采用长网线连接。————————————收稿日期：2013-07-22；修回日期：2013-09-02基金项目：国家自然科学基金项目（编号：11179003）作者简介：罗磊（1980—），男，博士学位，主要研究方向为宇航元器件抗辐射保证。E-mail:luoleicast@163.com。510航天器环境工程第30卷远程控制机通过Windows操作系统自带的“远程3单粒子效应评估试验桌面连接”获得上位机的控制

6、权，上位机负责控制3.1辐射源测试板和程控电源。辐射源采用中国科学院近代物理研究所HIRFL回旋加速器产生的Xe离子，离子能量为868.3MeV，2-1表面LET（线性能量转移）值65.2MeV·cm·mg，垂直入射，在芯片中的射程为64.7µm。加速器产生的辐照离子射程有限，需要在试验前预先将器件开帽，裸露出内部芯片。试验中重离子束流的有效出图2单粒子效应检测系统组成Fig.2Thesingle-eventeffectdetectionsystem射面积约为5.3cm2，将其直接照射在开帽后的器测试板采用子母板的结构，主控制器、通信、件芯片表面，其他器件、设备均不受

7、辐照束流影响。电源管理、转换芯片相关的外围电路均在母板上实3.2试验结果现，子板仅作为待测器件（DUT）的承载体。测试采用26位串并转换器件拟在卫星型号中使用母板是一个完整的串并转换芯片评估板，主要包括：的时钟频率，对器件进行串行写入、并行读出操作，1）供电及电源监控电路；检测器件是否发生单粒子效应。在Xe离子辐照试2）DUT外围电路；72验中，2只试验样品分别辐照到10ion/cm，均未3）主控制器（ST公司的STM32F103ZET6器发生单粒子锁定现象，因此判断器件抗单粒子锁定件）及其支持电路；2-1LET阈值高于65.2MeV·cm·mg。试