專利名稱：可編程邏輯器件單粒子輻照性能測試系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路測試技術，是ー種航天電子技術中的集成電路輻照性能測試裝置。
背景技術：
航天器在運行過程中會受到來自宇宙空 間的高能粒子和射線的輻照。空間輻射作用于航天器中的半導體器件，有可能會導致器件的故障和失效。當空間輻照作用于半導體存儲器件吋，輻照可能會導致存儲器中的數值發生錯誤的翻轉，這ー現象稱之為單粒子翻轉(Single Event Upset, SEU)。可編程邏輯器件，尤其是現場可編程門陣列(FPGA)，作為含有大量SRAM存儲單元和觸發器的集成電路元件，尤其容易在空間輻射條件下發生單粒子翻轉。因此，在將FPGA應用于航天任務之前，準確地測量FPGA芯片的單粒子輻照性能就顯得非常重要。針對集成電路單粒子輻照性能的測試方法和測試系統，已經有文獻進行過相關的研究。在中華人民共和國專利局公開的申請號為96111451. 7的發明專利申請公開說明書、申請號為200710176529. 9的發明專利申請公布說明書、申請號為200410083647. I的發明專利申請公開說明書、申請號為200710301592. O的發明專利申請公布說明書和申請號為200810114876. 3的發明專利申請公布說明書中，給出了許多針對處理器進行單粒子效應測試的方法和系統。但是對于在當今電子系統中得到廣泛應用的可編程邏輯器件，上述文獻中提供的單粒子效應測試系統并不適用。在美國專利文獻US 2010/0163756 Al 中，Richard McPeak, RanchoPalos 等給出了ー種對集成電路進行單粒子效應進行測試的系統。此系統對粒子源沒有采取任何隔離措施，實驗操作人員有可能會直接受到粒子的照射。該方法需要實驗操作人員直接手工操作電源與測量設備，這也不利于輻照實驗的自動化操作。并且，本方法側重于對存儲器芯片進行測試，并不宣用于對通用的可編程邏輯器件進行測試。在中華人民共和國專利局公開的申請號為200780027325. 7的發明專利申請公布說明書中，蓀壽鐘給出了ー種通用的對集成電路進行單粒子效應進行測試的方法。此方法要求被測器件必須具有內嵌的掃描鏈電路，如果待測的可編程邏輯器件沒有內嵌掃描鏈電路，則無法應用此方法進行測試。在中國專利文獻CN 101458299 A中，李威、黃國輝等給出了ー種對可編程邏輯器件進行單粒子效應測試的方法。此方法將實驗用電路板分為兩部分，分別是真空腔外的測試電路板和真空腔內的輻照電路板，兩塊電路板需要使用互連線通過真空腔腔體上的插座進行連接。這增加了系統復雜度，可能會影響到系統運行的可靠性。另外，此方法使用攝像頭直接觀察測試電路板上的數碼管、以此來判斷電路工作是否正常，此種觀測手段能夠觀察到的信息十分有限、靈活性較低、難于處理功能復雜的用戶邏輯；并且，僅僅通過攝像頭無法得到可編程邏輯器件中用戶電路的詳細翻轉情況。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提出一種可編程邏輯器件單粒子輻照性能測試系統，針對可編程邏輯器件進行單粒子輻照性能測試通過上位計算機與電源、測量設備、待測電路板之間的連接來提高實驗操作過程的自動化程度，將主控芯片和待測芯片安放在同一塊電路板上以提高系統運行的可靠性，使用主控制器對待測芯片的內部翻轉進行詳細統計，同時加強了對實驗操作人員的保護。為達到上述目的，本發明采用的技術解決方案是一種可編程邏輯器件單粒子輻照性能測試系統，其包括上位計算機、真空罐、粒子源、至少ー層隔離墻、至少一臺測量設備、電源；上位計算機與至少一臺測量設備電連接，并雙向通訊；粒子源與真空罐固接，面向真空罐內腔；至少ー層隔離墻設于上位計算機與粒子源之間，將測量設備、真空罐、電源、粒 子源置于隔離墻另ー側，使實驗操作人員免于輻射；隔離墻中設有缺ロ，以布設連接線；測試時，至少ー塊待測電路板置于真空罐內腔，與測量設備電連接；待測電路板包括主控制器、可編程邏輯器件，主控制器與可編程邏輯器件之間雙向通訊，主控制器與上位計算機雙向通訊，或主控制器、可編程邏輯器件分別與上位計算機雙向通訊；粒子源對準待測電路板上的可編程邏輯器件；上位計算機中預裝有控制軟件；電源為各部件供電。所述的單粒子輻照性能測試系統，其所述待測電路板還包括隨機存儲器、非易失性存儲器其中之一，或它們的組合；隨機存儲器、非易失性存儲器分別與主控制器雙向通τΗ ο所述的單粒子輻照性能測試系統，其所述隔離墻為多層時，每層隔離墻中的缺ロ錯位設置。所述的單粒子輻照性能測試系統，其還包括監控計算機，監控計算機位于至少一層隔離墻ー側，上位計算機、測量設備、真空罐、電源、粒子源置于隔離墻另ー側，實驗操作人員位于監控計算機一方；監控計算機與上位計算機通過網絡接ロ相連接。所述的單粒子輻照性能測試系統，其所述控制軟件的測試步驟如下步驟A :對待測可編程邏輯器件進行配置；步驟B :對待測可編程邏輯器件施加激勵；步驟C :從待測可編程邏輯器件讀取響應數據并對其進行存儲；步驟D :將結果數據上傳給上位計算機、或同時傳給監控計算機，并進行處理。所述的單粒子輻照性能測試系統，其所述測試中，依據測試目標的不同，在步驟A與步驟B之間對被測物施加輻照，或在步驟A結束后、步驟C開始前的連續時間區間中對被測物施加輻照，或在步驟A結束后、步驟D開始前的連續時間區間中對被測物施加輻照。本發明與現有技術相比，有益效果是(I)本發明采用上位計算機和主控制器對待測芯片進行配置和控制，不需要在待測芯片中內嵌掃描鏈電路，適合于完成針對可編程邏輯器件的測試任務。(2)本發明在粒子源與操作人員之間設置了至少ー層隔離墻，能夠盡可能保護實驗操作人員的安全。
(3)本發明將主控制器、待測芯片、可選的非易失存儲器、可選的隨機存儲器均放置在同一塊電路板上，系統所需的連線變得更簡單，同時提高了測試系統工作的可靠性。(4)本發明采用上位計算機對實驗進程進行控制，可以實現測試過程的自動化操作，簡化了實驗操作流程。(5)本發明采用與上位計算機連接的主控制器來實現對待測芯片的控制和測試數據的上傳，對待測芯片能夠實現更全面的控制，對待測芯片內部翻轉情況可以進行更詳細的觀察和記錄。
圖I為本發明測試系統中待測電路板上安裝了非易失存儲器和隨機存儲器的一個實施例的結構框圖；
圖2為本發明測試系統中待測電路板上安裝了非易失存儲器的一個實施例的結構框圖；圖3為本發明測試系統中待測電路板上安裝了隨機存儲器的一個實施例的結構框圖；圖4為本發明測試系統中上位計算機通過串口和USB ロ對待測電路板進行控制的一個實施例的結構框圖；圖5為本發明測試系統中上位計算機通過串ロ對帶有非易失存儲器和隨機存儲器的待測電路板進行控制的一個實施例的結構框圖；圖6為本發明測試系統中上位計算機通過串ロ對帶有非易失存儲器的待測電路板進行控制的一個實施例的結構框圖；圖7為本發明測試系統中上位計算機通過串口和USB ロ對待測電路板進行控制的一個實施例的結構框圖；圖8為本發明測試系統中上位計算機通過串口和并ロ對待測電路板進行控制的一個實施例的結構框圖。
具體實施例方式下面所描述的實施例僅是為了幫助本領域的普通技術人員更好地理解本發明，應當認識到，它們對本發明不起任何限定作用。如圖I和圖2所示，在本發明測試系統的兩個實施例中，監控計算機放置在隔離墻夕卜、通過網線連接至上位計算機。上位計算機通過串ロ連接至待測電路板，同時通過2個遙控接ロ分別連接至測量設備和電源。電源向待測電路板供電，測量設備對待測電路板的エ作狀況進行監測。待測電路板上包括主控制器、非易失存儲器、待測可編程邏輯器件和可選的隨機存儲器。待測電路板放置在真空罐中，真空罐連接至粒子源。如圖3所示，在本發明測試系統的一個實施例中，監控計算機放置在隔離墻外、通過網線連接至上位計算機。上位計算機通過串口和井口分別連接至待測電路板上的主控制器和待測可編程邏輯器件，同時通過2個遙控接ロ分別連接至測量設備和電源。電源向待測電路板供電，測量設備對待測電路板的工作狀況進行監測。待測電路板上包括主控制器、待測可編程邏輯器件和隨機存儲器。待測電路板放置在真空罐中，真空罐連接至粒子源。
如圖4所示，在本發明測試系統的一個實施例中，監控計算機放置在隔離墻外、通過網線連接至上位計算機。上位計算機通過USB 口和井口分別連接至待測電路板上的主控制器和待測可編程邏輯器件，同時通過2個遙控接ロ分別連接至測量設備和電源。電源向待測電路板供電，測量設備對待測電路板的工作狀況進行監測。待測電路板上包括主控制器和待測可編程邏輯器件。待測電路板放置在真空罐中，真空罐連接至粒子源。如圖5和圖6所示，在本發明測試系統的兩個實施例中，上位計算機放置在隔離墻夕卜，通過串ロ連接至待測電路板上的主控制器，同時通過2個遙控接ロ分別連接至測量設備和電源。電源向待測電路板供電，測量設備對待測電路板的工作狀況進行監測。待測電路板上包括主控制器、非易失存儲器、待測可編程邏輯器件和可選的隨機存儲器。待測電路板放置在真空罐中，真空罐連接至粒子源。如圖7所示，在本發明測試系統的一個實施例中， 上位計算機放置在隔離墻外，通過串口和USB ロ分別連接至待測電路板上的主控制器和待測可編程邏輯器件，同時通過2個遙控接ロ分別連接至測量設備和電源。電源向待測電路板供電，測量設備對待測電路板的工作狀況進行監測。待測電路板上包括主控制器、待測可編程邏輯器件和隨機存儲器。待測電路板放置在真空罐中，真空罐連接至粒子源。如圖8所示，在本發明測試系統的一個實施例中，上位計算機放置在隔離墻外，通過串口和井口分別連接至待測電路板上的主控制器和待測可編程邏輯器件，同時通過2個遙控接ロ分別連接至測量設備和電源。電源向待測電路板供電，測量設備對待測電路板的工作狀況進行監測。待測電路板上包括主控制器和待測可編程邏輯器件。待測電路板放置在真空罐中，真空罐連接至粒子源。對可編程邏輯器件進行測試時，實驗分為四個步驟進行步驟A :對待測可編程邏輯器件進行配置；步驟B :對待測可編程邏輯器件施加激勵；步驟C :從待測可編程邏輯器件讀取響應數據并對其進行存儲；步驟D :將結果數據上傳給上位計算機并進行處理。依據實驗目標的不同，可以在步驟A與步驟B之間對被測系統施加輻照，可以在步驟A結束后、步驟C開始前的連續時間區間中對被測系統施加輻照，也可以在步驟A結束后、步驟D開始前的連續時間區間中對被測系統施加輻照。
權利要求
1.一種可編程邏輯器件單粒子輻照性能測試系統，其特征在于包括上位計算機、真空罐、粒子源、至少一層隔離墻、至少一臺測量設備、電源； 上位計算機與至少一臺測量設備電連接，并雙向通訊；粒子源與真空罐固接，面向真空罐內腔；至少一層隔離墻設于上位計算機與粒子源之間，將測量設備、真空罐、電源、粒子源置于隔離墻另一側，使實驗操作人員免于輻射；隔離墻中設有缺口，以布設連接線； 測試時，至少一塊待測電路板置于真空罐內腔，與測量設備電連接；待測電路板包括主控制器、可編程邏輯器件，主控制器與可編程邏輯器件之間雙向通訊，主控制器與上位計算機雙向通訊，或主控制器、可編程邏輯器件分別與上位計算機雙向通訊；粒子源對準待測電路板上的可編程邏輯器件照射； 上位計算機中預裝有控制軟件；電源為各部件供電。
2.如權利要求I所述的單粒子輻照性能測試系統，其特征在于所述待測電路板還包括隨機存儲器、非易失性存儲器其中之一，或它們的組合；隨機存儲器、非易失性存儲器分別與主控制器雙向通訊。
3.如權利要求I所述的單粒子輻照性能測試系統，其特征在于所述隔離墻為多層時，每層隔離墻中的缺口錯位設置。
4.如權利要求1、2或3所述的單粒子輻照性能測試系統，其特征在于還包括監控計算機，監控計算機位于至少一層隔離墻一側，上位計算機、測量設備、真空罐、電源、粒子源置于隔離墻另一側，實驗操作人員位于監控計算機一方；監控計算機與上位計算機通過網絡接口相連接。
5.如權利要求I所述的單粒子輻照性能測試系統，其特征在于所述控制軟件的測試步驟如下 步驟A :對待測可編程邏輯器件進行配置； 步驟B :對待測可編程邏輯器件施加激勵； 步驟C :從待測可編程邏輯器件讀取響應數據并對其進行存儲； 步驟D :將結果數據上傳給上位計算機、或同時傳給監控計算機，并進行處理。
6.如權利要求I或5所述的單粒子輻照性能測試系統，其特征在于所述測試中，依據測試目標的不同，在步驟A與步驟B之間對被測物施加輻照，或在步驟A結束后、步驟C開始前的連續時間區間中對被測物施加輻照，或在步驟A結束后、步驟D開始前的連續時間區間中對被測物施加輻照。
全文摘要
本發明公開了了一種可編程邏輯器件單粒子輻照性能測試系統，涉及集成電路測試技術，包括上位計算機、真空罐、粒子源、至少一層隔離墻、至少一臺測量設備、電源；待測電路板包括主控制器、待測可編程邏輯器件、和可選的非易失性存儲器、或隨機存儲器；上位計算機中預裝有控制軟件。本發明的可編程邏輯器件單粒子輻照性能測試系統，可以實現單粒子輻照實驗流程的自動化操作，降低實驗操作人員的工作量，并適應多種不同型號的待測可編程邏輯器件，具有通用性。
文檔編號G01R31/303GK102854456SQ201110175869
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者謝元祿, 楊海鋼 申請人:中國科學院電子學研究所