本發(fā)明涉及集成電路抗輻照試驗測試領(lǐng)域，具體涉及一種適用于處理器類器件的單粒子試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

單粒子試驗是在國內(nèi)能提供粒子源的試驗場所對具有抗單粒子效應(yīng)指標(biāo)的集成電路進行模擬空間輻射環(huán)境的試驗，以完成對集成電路抗輻照指標(biāo)的考核或抗輻照能力的評估。在空間應(yīng)用的集成電路研發(fā)中扮演著考核電路抗輻照指標(biāo)或?qū)呻娐返目馆椪漳芰M行摸底的角色。但現(xiàn)有單粒子試驗系統(tǒng)一般通過多根長線直接實現(xiàn)試驗室與監(jiān)控室之間的互聯(lián)，以完成對參試電路的上電、復(fù)位和測試過程的控制等工作。如圖1所示，首先，針對每一款參試電路至少生產(chǎn)一塊試驗板，試驗板上根據(jù)參試電路的特點選擇不同的輔助測試電路，并為參試電路和其余部分單獨供電，在進行多種器件、多只器件的單粒子試驗時各自為政，且結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，無法進行規(guī)劃統(tǒng)籌，降低了試驗效率；其次，供電接口都通過長距離線纜與監(jiān)控室的電源相連，實現(xiàn)對試驗過程中的通斷電控制和實時監(jiān)控，這種多根線纜長距離傳輸?shù)倪B接方式嚴(yán)重影響了供電的性能，因長距離傳輸而產(chǎn)生的壓降明顯，降低了單粒子試驗系統(tǒng)的可靠性；再次，試驗板的通信接口通過長線纜與監(jiān)控室的控制計算機相連，需在計算機旁放置大量的通信線纜，更換不同參試試驗時都需要人工在控制室進行切換，既不安全也容易混淆，降低了試驗的可操作性；最后，現(xiàn)有的單粒子試驗系統(tǒng)根據(jù)每一種參試器件開發(fā)了與之對應(yīng)的測試程序和監(jiān)控程序，其他器件無法復(fù)用，造成了重復(fù)開發(fā)的浪費，且因沒有通用性而導(dǎo)致軟件的成熟度較低，影響了軟件的可靠性和完善性。受限于線纜的長度和數(shù)量，現(xiàn)有單粒子試驗系統(tǒng)中的線纜重量龐大，試驗布局布線時難度大，體積可觀，除攜帶不方便外，在多線纜經(jīng)過屏蔽門時導(dǎo)致屏蔽門無法完全關(guān)閉，增加了試驗中粒子輻射的危險性，且線纜經(jīng)長時間搬運、折疊后容易斷路，為試驗問題的排查增加了難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上單粒子試驗系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提供了一種適用于處理器類器件的單粒子試驗系統(tǒng)，可以適用于處理器類器件的單粒子試驗，這種單粒子試驗系統(tǒng)不僅可以保證試驗系統(tǒng)的重復(fù)使用及維護，極大程度的降低了試驗系統(tǒng)開發(fā)成本及周期，還能實現(xiàn)信號的長距離傳輸控制，保證測試系統(tǒng)穩(wěn)定性，可最大程度利用單粒子試驗的寶貴機時。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的制備技術(shù)方案為：

一種適用于處理器類器件的單粒子試驗系統(tǒng)，包括多塊單粒子試驗板、moxa串口控制器、電源控制板、程控電源、試驗室控制計算機和監(jiān)控室控制計算機；所述的多塊單粒子試驗板通過多路通訊接口與moxa串口控制器連接，moxa串口控制器通過多路通訊控制電路與試驗室控制計算機連接；所述的試驗室控制計算機通過多路供電控制電路控制電源控制板，并通過程控電源控制電源控制板對多種參試電路單獨供電、供電切換和瞬態(tài)電流監(jiān)控；所述的電源控制板通過多路供電接口給多塊單粒子試驗板供電；所述的監(jiān)控室控制計算機通過網(wǎng)線與試驗室控制計算機相連，用于對單粒子試驗板上電、復(fù)位、通信等的切換和控制，并將試驗過程和結(jié)果信息上傳至監(jiān)控室控制計算機，完成器件的單粒子試驗。

所述的單粒子試驗板由參試電路和輔助電路組成，在參試電路與輔助電路之間建立通信鏈接，并在輔助電路與試驗室控制計算機之間建立連接，用于對參試電路試驗結(jié)果和狀態(tài)的上傳。

所述的輔助電路與試驗室控制計算機的接口統(tǒng)一采用422串口，將試驗板上的422串口連接至多口的moxa串口控制器上，再經(jīng)usb口與試驗室控制計算機相連。

所述的單粒子試驗板由試驗室控制計算機控制程控電源為電源控制板上電，經(jīng)電源控制板供電用于實現(xiàn)參試電路與系統(tǒng)其他部分分開供電及多只電路、多種電路同時參加試驗，單獨監(jiān)測參試電路的實時功耗，并存儲相應(yīng)結(jié)果，實現(xiàn)對參試電路通斷電的切換。

所述的監(jiān)控室計算機，用于針對參試電路的測試軟件，根據(jù)參試電路的設(shè)計功能，在試驗過程種進行功能測試，并將試驗結(jié)果傳給輔助電路；還用于通過控制輔助電路控制試驗過程，實時接收、顯示試驗測試結(jié)果，并將測試結(jié)果保存和分析。

所述的多塊單粒子試驗板采用局部堆疊的方式固定在真空罐內(nèi)的靶標(biāo)支架上。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下效益：

本發(fā)明提供的處理器類器件的單粒子試驗板、供電板、網(wǎng)線互聯(lián)和遠程桌面控制及統(tǒng)一的通信控制軟件，替代原單粒子試驗系統(tǒng)中的針對單個元器件的試驗環(huán)境集成，相較于常規(guī)設(shè)計的單粒子試驗系統(tǒng)，該種單粒子試驗系統(tǒng)不僅可以保證試驗系統(tǒng)的重復(fù)使用及維護，極大程度的降低試驗系統(tǒng)開發(fā)成本及周期，還能實現(xiàn)多種器件的供電、通信切換，保證試驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完備性，提高了便攜性和安全性，最大程度利用單粒子試驗機時，提高試驗效率。多路切換的電源控制板和通信裝置通過遠程控制實現(xiàn)上電、復(fù)位和試驗過程監(jiān)控等工作，利用兩臺計算機通過網(wǎng)線的互聯(lián)，替代了多線纜的長距離傳輸設(shè)計，并利用統(tǒng)一的監(jiān)控軟件，避免了針對每一種器件的重復(fù)開發(fā)。采用輔助控制電路的方式集成單粒子試驗板，設(shè)計電源控制板，結(jié)合程控電源完成多種參試電路的單獨供電、供電切換和瞬態(tài)電流監(jiān)控功能，通過網(wǎng)線連接監(jiān)控室計算機與試驗室控制計算機，由試驗室的控制計算機完成對單粒子電路板的上電、通信切換、參試電路的選通控制、電路試驗過程中的復(fù)位控制及試驗結(jié)果的下傳等工作，設(shè)計統(tǒng)一的通信接口，制定統(tǒng)一通信協(xié)議，在監(jiān)控室計算機上設(shè)計通用監(jiān)控軟件控制整個試驗流程，完成器件的單粒子試驗。這種單粒子試驗系統(tǒng)設(shè)計不僅可以保證試驗系統(tǒng)的重復(fù)使用及維護，極大程度的降低了試驗系統(tǒng)開發(fā)成本及周期，還能實現(xiàn)信號的長距離傳輸控制，保證測試系統(tǒng)穩(wěn)定性，可最大程度利用單粒子試驗的寶貴機時。

進一步，單粒子試驗板由參試電路和輔助電路組成，不僅形成參試電路的最小系統(tǒng)，還要形成輔助電路的最小系統(tǒng)，在參試電路與輔助電路之間建立通信鏈接，實現(xiàn)對參試電路上電、復(fù)位等控制，在輔助電路與控制計算機之間建立連接，實現(xiàn)對參試電路試驗結(jié)果和狀態(tài)的上傳。

進一步，上電、復(fù)位等控制功能模塊，由試驗室控制計算機控制程控電源為電源控制板上電，經(jīng)電源控制板實現(xiàn)16路4-14v輸入5v輸出，實現(xiàn)了參試電路與系統(tǒng)其他部分分開供電及多只電路、多種電路同時參加試驗的能力，可單獨監(jiān)測參試電路的實時功耗，并存儲相應(yīng)結(jié)果。在真空罐不開蓋的條件下可實現(xiàn)對參試電路通斷電的切換。

進一步，利用網(wǎng)線連接試驗室與監(jiān)控室的兩臺控制計算機，通過遠程桌面的方式控制試驗室的計算機，實現(xiàn)對試驗中通斷電的控制和通信電路的切換。

進一步，通過參試電路測試軟件與試驗控制軟件的配合，循環(huán)測試參試電路的功能，監(jiān)控參試電路的狀態(tài)，實現(xiàn)了試驗過程的自動化控制和遠程控制，提高了試驗效率，降低了試驗操作人員的危險性，為試驗有效、順利的進行提供技術(shù)保證。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有單粒子試驗環(huán)境下試驗系統(tǒng)的組成示意圖；

圖2為本發(fā)明的單粒子試驗系統(tǒng)組成示意圖；

圖3為本發(fā)明的單粒子試驗板集成示意圖；

圖4為本發(fā)明的單粒子試驗板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為多板疊裝效果示意圖，其中(a)為多板疊裝的俯視圖，(b)為多板疊裝的側(cè)視圖；

圖6為本發(fā)明的單粒子電源控制板框圖；

圖7為本發(fā)明的電源控制示意圖；

圖8為本發(fā)明的參試器件的單粒子試驗測試程序流程；

圖9為本發(fā)明的輔助控制電路的程序流程圖；

圖10為本發(fā)明的監(jiān)控室計算機控制軟件示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明：

本發(fā)明的一種適用于處理器類器件的單粒子試驗系統(tǒng)，既能保證參試器件抗輻照能力的有效評估，又能方便多器件供電、復(fù)位和通信等的切換，還可以輕便的實現(xiàn)長距離傳輸，且能自動實時的完成試驗過程的監(jiān)控和試驗結(jié)果的處理。

針對處理器類器件的單粒子試驗板采用外加輔助電路的方式進行設(shè)計，具體方法是，在單粒子板上根據(jù)參試處理器類器件的通信接口，選擇可與之通信并可對其操作的輔助控制處理器，且輔助控制處理器可方便進行與試驗室計算機通信接口的開發(fā)。在單粒子板上集成多個參試電路的最小系統(tǒng)，保證可以完成試驗過程中對設(shè)計功能的測試，全面地評估器件的抗單粒子事件的能力，且盡可能的滿足鑒定試驗或摸底試驗對參試器件樣本的需求；針對每一個參試器件的最小系統(tǒng)都進行隔離設(shè)計，保證試驗中不因其中一個模塊的失效而影響其他模塊的正常試驗；針對參試器件單獨供電，以便監(jiān)控不同電源域在試驗中的電流變化。以輔助電路為核心形成輔助電路的最小系統(tǒng)，在實現(xiàn)對參試電路上電、復(fù)位、試驗過程監(jiān)控和試驗結(jié)果接收的前提下集成與控制計算機的通信接口。為簡化系統(tǒng)供電的設(shè)計，試驗板上統(tǒng)一采用+5v輸入，經(jīng)dc/dc后為器件提供不同種類的電源。為了簡化系統(tǒng)的設(shè)計，提高系統(tǒng)的通用性，且與試驗場所的通信接口匹配，在本系統(tǒng)中輔助處理器與控制計算機的接口統(tǒng)一采用422串口，將試驗板上的422串口連接至16口的moxa控制器上，再經(jīng)usb口與試驗室控制計算機相連，實現(xiàn)通信的切換控制。

為保證多只參試電路一次性放入真空罐內(nèi)，且試驗過程中只對參試電路進行供電和監(jiān)控，在程控電源供電的基礎(chǔ)上設(shè)計了電源控制板，利用微處理器作為主控器件，分別控制16個dc/dc模塊，實現(xiàn)16路獨立的4-14v輸入+5v輸出，可為16個模塊提供每路10a的供電能力，通過微處理器與控制計算機的通信接口，在控制計算機上完成對每路供電的通斷控制。通過電源控制板的近距離供電，消除了長距離傳輸帶來的壓降問題，且通過軟件控制通斷，避免了試驗過程中的人工切換，提高了試驗系統(tǒng)的效率，增強了供電的性能和安全性。

為了不用多電纜的長距離傳輸，采用在試驗室內(nèi)放置一臺控制計算機，將其與試驗中的程控電源和moxa轉(zhuǎn)換盒相連，而其自身則通過50米長的網(wǎng)線與監(jiān)控室的計算機相連，監(jiān)控室計算機通過遠程桌面監(jiān)控試驗室的控制計算機，實現(xiàn)對試驗過程的監(jiān)控。利用網(wǎng)線互聯(lián)，解決了多線纜笨重的問題，提高了便攜性，且網(wǎng)線可以穿過屏蔽門，增加了輻射輕粒子時的安全性。

為了能重復(fù)利用測試軟件和監(jiān)控軟件，根據(jù)處理器類器件的特點，積累相同功能模塊的測試方法，針對不同器件的相同功能模塊可以重復(fù)使用測試程序，增加了測試軟件的成熟度；設(shè)計了統(tǒng)一的通信接口，規(guī)定了統(tǒng)一的通信接口協(xié)議，在監(jiān)控軟件整體不變的前提下增加相應(yīng)的功能模塊，降低了開發(fā)的難度，增強了監(jiān)控軟件的穩(wěn)定性和可操作性。

下面結(jié)合附圖對上述的解決方法進行具體說明：

首先，說明本發(fā)明所提供的兼容處理器類器件的單粒子試驗系統(tǒng)組成和應(yīng)用條件：

(一)單粒子試驗系統(tǒng)組成

單粒子試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由單粒子試驗板(多塊)、moxa串口控制器、電源控制板、程控電源(多路)、試驗室控制計算機、網(wǎng)線和監(jiān)控室控制計算機組成，由監(jiān)控室控制計算機通過網(wǎng)線與試驗室控制計算機相連，通過遠程桌面控制試驗室計算機，實現(xiàn)對單粒子試驗板上電、復(fù)位、通信等的切換和控制，并將試驗過程和結(jié)果信息上傳至監(jiān)控室計算機。單粒子試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。參加試驗的器件集成在單粒子試驗板上，一般根據(jù)試驗?zāi)康暮鸵笤趩瘟Ｗ釉囼灠迳显O(shè)計參試器件的最小系統(tǒng)和輔助電路的最小系統(tǒng)，在兩種電路間建立通信鏈路，并在輔助控制電路端預(yù)留與試驗室控制計算機的通信、控制接口。單粒子試驗板集成示意圖如圖3所示。為滿足單粒子試驗場所對單粒子試驗板結(jié)構(gòu)尺寸的要求，單粒子試驗板的尺寸一般為235×250mm或在此范圍內(nèi)，相鄰待測芯片的間距不小于20mm，且待測器件與其周圍電路之間也必須保持一定的安全距離，以保證試驗過程中除參試器件外其他器件不受單粒子試驗環(huán)境的影響。單粒子試驗板的結(jié)構(gòu)如圖4所示。為了充分利用單粒子試驗機時，一次要進行多個器件或多種器件的單粒子試驗，需將多塊單粒子試驗板堆疊后加固在真空罐內(nèi)的靶標(biāo)支架上，且在離子束的入射方向上每個待測器件都可以被照射到，多個單粒子試驗板堆疊的示意圖如圖5所示。為了滿足單粒子試驗環(huán)境的要求，實現(xiàn)對單粒子試驗中主控芯片與被測芯片分開供電、實時監(jiān)控被測芯片的功耗，設(shè)計了單粒子試驗電源板，由16個大功率電源管理模塊實現(xiàn)16路5v電源的輸出，且16路電源的通斷切換由電源控制板上的處理器控制，處理器通過通信鏈路連至控制計算機，在計算機上實現(xiàn)對供電的控制和各路電源功耗的實時監(jiān)控，設(shè)計框圖如圖6所示。電源板由程控電源提供電源輸入，滿足電源模塊的供電及控制處理器供電等的要求，程控電源通過gpib、lan或usb與試驗室控制計算機計算機相連，由控制計算機實現(xiàn)對試驗過程中電源的通斷控制和實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控，原理圖設(shè)計如圖7所示。設(shè)計參試器件的測試軟件，根據(jù)功能測試的要求控制整個試驗流程，并在試驗過程中對試驗的狀態(tài)進行判斷或回傳，單粒子試驗的工作流程如圖8所示。根據(jù)通信和控制的需要設(shè)計輔助電路的控制程序，實現(xiàn)對參試電路上電的控制、測試過程的控制及測試狀態(tài)的回讀和測試結(jié)果的判定，輔助電路的控制流程如9所示。在監(jiān)控室計算機上，設(shè)計了終端控制軟件，根據(jù)功能進行了分區(qū)，主要包括通信鏈路設(shè)置模塊、樣品選擇模塊、測試模式選擇模塊、測試過程控制模塊、測試結(jié)果顯示模塊及測試結(jié)果保存于分析模塊等，如圖10所示。

具體工作過程如下：根據(jù)參試試驗的器件設(shè)計單粒子板，原理框圖如圖3所示，根據(jù)試驗場所的要求設(shè)計單粒子試驗板的結(jié)構(gòu)，如圖4所示，為了一次進行多種器件的單粒子試驗，單粒子試驗板的堆疊如圖5所示，根據(jù)單粒子試驗供電的要求設(shè)計多路電源供電控制板，原理框圖如圖6所示，根據(jù)試驗系統(tǒng)的供電控制需要，設(shè)計電源控制原理，如圖7所示；針對處理器類器件，為有效測試單粒子試驗的效果，設(shè)計參試器件的單粒子試驗程序，流程如圖8所示，對整個試驗過程的控制，開發(fā)輔助芯片的控制程序，軟件流程示意圖如圖9所示，在控制計算機上開發(fā)監(jiān)控、處理軟件，界面如圖10所示。至此，系統(tǒng)搭建完畢，在試驗場所中可自動完成所有參試器件的自動上電、復(fù)位和試驗過程的監(jiān)控及試驗結(jié)果的接收和處理提高了試驗效率，增強了試驗的安全性和可操作性。

(二)應(yīng)用條件

該發(fā)明的單粒子試驗系統(tǒng)可應(yīng)用于處理器類器件的單粒子試驗，且適合目前國內(nèi)的兩個單粒子試驗場所。其中，單粒子試驗板的尺寸要按照結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求以適應(yīng)中國原子能科學(xué)研究院和中國科學(xué)院近代物理研究所對試驗板結(jié)構(gòu)的要求；在試驗板周圍均勻打孔以實現(xiàn)進真空罐時多板的疊加來提高實現(xiàn)的效率；電源控制板的輸出電壓固定以減少程控電源的路數(shù)，通過在試驗板上的dc/dc二次電源實現(xiàn)不同電源域的要求；使用網(wǎng)線實現(xiàn)試驗室與監(jiān)控室計算機之間的互聯(lián)，提高了試驗布局的可操作性，也可以在輻射輕離子時將屏蔽門關(guān)嚴(yán)，提高了試驗的安全性。統(tǒng)一設(shè)計的監(jiān)控軟件提高了重復(fù)使用的可行性和接口規(guī)范性，增強了軟件的可靠性和穩(wěn)定性。

第二，結(jié)合本發(fā)明具體實施例進一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明包括但不限于以下實施例。

實施例1

基于航天科技集團第九研究院第771研究所設(shè)計的抗輻照微處理器開展參試器件的單粒子試驗系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)與試驗。其中要求器件為6只，核心工作電壓為1.8v，io電壓為3.3v，所有設(shè)計功能模塊在試驗過程中都需要工作。針對以上要求，按照該發(fā)明方案，設(shè)計其單粒子試驗板，選用771所自主研發(fā)的soc作為輔助控制電路，設(shè)計2塊試驗板，每塊試驗板上放置3只參試電路和一只輔助控制電路，分別集成最小系統(tǒng)，參數(shù)電路通過gpio口與輔助控制電路建立通信鏈接，輔助控制電路通過uart口實現(xiàn)與試驗室控制計算機的通信互聯(lián)，試驗板輸入電壓為+5v，通過dc/dc變換后分別為電路提供不同電壓的電源，由輔助控制電路實現(xiàn)對參試電路的選擇、上電、復(fù)位和試驗結(jié)果、狀態(tài)的控制；由電源控制板提供4路電源分別為參試電路和輔助電路供電，并通過計算機實時監(jiān)控電源變化；將2塊試驗板上的輔助電路的uart口連至moxa串口控制器，由計算機通過usb口實現(xiàn)對moxa串口控制器的選通控制；根據(jù)參試器件測試程序的流程編寫試驗程序，覆蓋微處理器的所有設(shè)計功能，設(shè)計輔助控制電路的控制、通信程序，完成對參試器件的控制和試驗過程、結(jié)果的上傳；通過遠程桌面將所有信息傳至監(jiān)控室的控制計算機上，在監(jiān)控室計算機上開發(fā)監(jiān)控、操作軟件，實現(xiàn)對參試電路工作模塊的選擇、上電、復(fù)位的控制、測試結(jié)果的接收等工作，完成整個單粒子試驗。

通過對系統(tǒng)的實際測試驗證，得到了微處理器的單粒子試驗數(shù)據(jù)。測試結(jié)果表明，基于此發(fā)明方案設(shè)計的單粒子試驗系統(tǒng)，所有功能和指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計要求，實現(xiàn)了系統(tǒng)通斷電的控制、通信的切換、試驗功能的選擇和試驗過程的監(jiān)控，保證了試驗系統(tǒng)高效運行，最大程度利用了單粒子試驗機時。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。