CN109003645A - 一种电子***在轨单粒子效应验证*** - Google Patents

一种电子***在轨单粒子效应验证*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子***在轨单粒子效应验证***，包括空间环境探测器、FPGA控制器，FPGA控制器分别与两个以上被测电子***和空间环境探测器相连；两个以上被测电子***具备自检测功能，通过自检测统计由于单粒子效应引起的数据错误，并将统计的数据错误作为监测数据发送给FPGA控制器；同时两个以上被测电子***将数据相互过程中由于单粒子效应引起的数据错误作为监测数据发送给FPGA控制器；空间环境探测器通过探测空间环境甄别出有效粒子事件，作为监测数据发送给FPGA控制器；通过对比被测电子***和空间环境探测器发来的监测数据，确认产生数据错误的时刻是否发生了单粒子效应来进行单粒子效应验证。本发明能够实现电子***单粒子效应在轨验证。

Description

一种电子***在轨单粒子效应验证***
技术领域
本发明涉及空间粒子探测技术领域，具体涉及一种电子***在轨单粒子效应验证***。
背景技术
目前随着低功耗高速大规模集成电路在航天器上的大量应用，单粒子效应几乎总会发生，开展航天器电子器件在轨单粒子效应验证研究，为航天器单粒子效应引起的故障定位判别及针对性防护提供技术支持，已成为防止单粒子效应对航天器造成故障和事故的有效手段。
带电粒子通过与航天器材料、器件、电子学***相互作用，可能会引起严重的辐射损伤效应，包括单粒子效应、充放电效应、电离总剂量效应和位移损伤效应等。其中单粒子效应是指高能带电粒子在器件的灵敏区内产生大量带电粒子的现象，当能量足够大的粒子入射集成电路时，由于电离效应，产生数量极多的电离空穴-电子对，引起半导体器件的软错误，使逻辑器件和存储器产生单粒子翻转、单粒子锁定、单粒子烧毁等。
目前针对单粒子效应在轨验证主要是对某一型号或某一类电子器件，例如SDRAM、FLASH等存储芯片，这些器件彼此独立，且不执行任何功能，在轨验证时仅对这些芯片单粒子效应监测，而具有指定功能的电子***在轨验证工作尚未无先例，随着大规模集成电路的普遍应用，如ARM、DSP等器件，使得电子器件***级在轨验证的需求日益增长。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电子***在轨单粒子效应验证***，可实现电子***单粒子效应在轨验证。
本发明的具体实施方案如下：
一种电子***在轨单粒子效应验证***，包括两个以上能够进行数据交互的被测电子***，其特征在于，所述验证***包括：空间环境探测器、FPGA控制器及供电模块；
所述FPGA控制器分别与两个以上被测电子***和所述空间环境探测器相连；
两个以上被测电子***具备自检测功能，通过自检测统计由于单粒子效应引起的数据错误，并将统计的数据错误作为监测数据发送给FPGA控制器；同时所述两个以上被测电子***将数据相互过程中由于单粒子效应引起的数据错误作为监测数据发送给FPGA控制器；
所述空间环境探测器通过探测空间环境甄别出有效粒子事件，采集有效粒子事件脉冲高度作为监测数据发送给FPGA控制器；
所述FPGA控制器用于存储被测电子***和空间环境探测器发来的监测数据；
所述供电模块用于为整个***供电，并为空间环境探测器提供高压偏置；
通过对比被测电子***和空间环境探测器发来的监测数据，确认产生数据错误的时刻是否发生了单粒子效应来进行单粒子效应验证：若产生数据错误的时刻发生了单粒子效应，表明数据错误是由单粒子效应引起的；若产生数据错误的时刻没有发生单粒子效应，表明数据错误不是由单粒子效应引起的。
进一步地，所述两个以上被测电子***通过三模冗余方式存储数据。
进一步地，所述空间环境探测器包括LET探头、质子探头和电子学板；LET探头用于探测LET谱段并产生电荷信号传给电子学板，质子探头用于探测质子谱段并产生电荷信号传给电子学板，电子学板用于放大接收到的电荷信号并甄别出有效粒子事件；LET探头、质子探头分别固定在电子学板上。
有益效果：
1、本发明利用被测电子***自检测以及***间的数据交互功能，并结合探测器空间环境探测数据进行分析，能够对电子***的在轨运行性能进行单粒子效应验证，是由芯片级验证到***级验证的拓展，是对航天器用元器件空间环境验证工作的有力补充。而且，采用多个被测电子***联合使用的方式进行辐射效应验证，子***之间并非孤立，二者通过数据互联，共同完成功能测试，使验证工作更加科学全面。
2、本发明通过三模冗余方式存储数据，简单可靠，使结果更加可信。
3、本发明空间环境探测器探头为独立部件，采用了模块化设计思想，方便更换、拆装及组合应用，适用于可回收航天器装置中，随着可回收航天器逐渐增多，采用该形式可有效节约成本。
附图说明
图1是本发明的***构成示意图；
图2是被测电子***原理示意图；
图3是空间环境探测器的结构示意图。
其中，1-FPGA控制器，2-供电模块，3-空间环境探测器，4-被测电子***，5-DSP子***，6-ARM子***，7-LET探头，8-质子探头，9-电子学板，10-螺钉。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种电子***在轨单粒子效应验证***，包括两个以上能够进行数据交互的被测电子***4，如图1所示，该验证***包括空间环境探测器3、FPGA控制器1、供电模块2四部分组成，各个部分的功能如下：
被测电子***4：由被测ARM子***6和DSP子***5构成，完成被测***的自检测、FFT算法实现测试和两***间的数据交互，同时AMR子***6和DSP子***5通过自检测统计分析内部由于单粒子效应引起的错误计数，打包传送给FPGA控制器1。
空间环境探测器3包括LET探头7、质子探头8和电子学板9；LET探头用于探测LET谱段，质子探头用于探测质子谱段，产生电荷信号后传给电子学板，电子学板用于放大电荷信号并甄别出有效粒子事件。LET探头7、质子探头8分别通过螺钉10固定在电子学板9上，方便对探头拆装更换，如图3所示。
FPGA控制器1用于控制、监测被测电子***4和探头的运行情况、工作状态，存储被测电子***4和空间环境探测器3发来的监测数据。
FPGA控制器1分别与ARM子***6、DSP子***5、空间环境探测器3相连。供电模块2用于为整个***供电，并为空间环境探测器3提供高压偏置。
整个验证***的工作原理为：设备入轨后开机工作，如图2所示，自监测时，ARM子***6和DSP子***5通过EDAC错误检测与纠正(Error Detection And Correction)对内部数据储存区进行定时读写刷新，统计和分析由于单粒子翻转引起的数据错误，并将统计结果发送到FPGA控制器4。ARM子***6和DSP子***5对可读写的关键外设控制寄存器和中断控制寄存器通过三模冗余的方式在数据存储区中存储数据，定时将数据存储区数据与寄存器数据比较刷新，统计和分析由于单粒子翻转引起的数据错误，并将统计结果发送到FPGA控制器4。
数据交互时，DSP子***5接收ARM子***6通过串口总线传输的FFT源数据，累加和校验通过后，与DSP子***5自身预存的源数据进行比较，预存数据采用三取二比对方式，若比较出错，则进行“FFT源数据错误计数”累加，并放弃此次计算；若比较一致，则进行FFT运算，计算结果与预存的结果进行比较，预存数据采用三取二比对方式，若计算错误则进行“FFT计算结果错误计数”结束此次FFT运算，DSP子***5负责将错误计数打包上传FPGA控制器4。
同时，空间环境探测器的工作过程为：首先带电粒子入射加高压偏置的传感器，入射到LET探头7、质子探头8后产生电荷信号，电荷信号传至电子学板9，并由电子学板9的放大器将电荷信号转化为电压信号，同时将信号进行放大成形，然后电压脉冲信号通过峰值保持电路形成可采集的脉冲高度，放大成形信号通过有效粒子事件阈值比较器甄别出有效粒子事件，通过采集芯片对有效粒子事件脉冲高度进行采集，并由FPGA控制器4打包存储探测数据。
结合探测器空间环境探测数据和被测电子***监控数据进行分析，对比被测电子***和空间环境探测器发来的监测数据，确认产生数据错误的时刻是否发生了单粒子效应来进行单粒子效应验证：若产生数据错误的时刻发生了单粒子效应，表明数据错误是由单粒子效应引起的；若产生数据错误的时刻没有发生单粒子效应，表明数据错误不是由单粒子效应引起的，为后续单粒子效应验证提供数据基础，实现电子***的在轨空间单粒子效应验证。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电子***在轨单粒子效应验证***，包括两个以上能够进行数据交互的被测电子***，其特征在于，所述验证***包括：空间环境探测器、FPGA控制器及供电模块；
所述FPGA控制器分别与两个以上被测电子***和所述空间环境探测器相连；
两个以上被测电子***具备自检测功能，通过自检测统计由于单粒子效应引起的数据错误，并将统计的数据错误作为监测数据发送给FPGA控制器；同时所述两个以上被测电子***将数据相互过程中由于单粒子效应引起的数据错误作为监测数据发送给FPGA控制器；
所述空间环境探测器通过探测空间环境甄别出有效粒子事件，采集有效粒子事件脉冲高度作为监测数据发送给FPGA控制器；
所述FPGA控制器用于存储被测电子***和空间环境探测器发来的监测数据；
所述供电模块用于为整个***供电，并为空间环境探测器提供高压偏置；
通过对比被测电子***和空间环境探测器发来的监测数据，确认产生数据错误的时刻是否发生了单粒子效应来进行单粒子效应验证：若产生数据错误的时刻发生了单粒子效应，表明数据错误是由单粒子效应引起的；若产生数据错误的时刻没有发生单粒子效应，表明数据错误不是由单粒子效应引起的。
2.如权利要求1所述的电子***在轨单粒子效应验证***，其特征在于，所述两个以上被测电子***通过三模冗余方式存储数据。
3.如权利要求1所述的电子***在轨单粒子效应验证***，其特征在于，所述空间环境探测器包括LET探头、质子探头和电子学板；LET探头用于探测LET谱段并产生电荷信号传给电子学板，质子探头用于探测质子谱段并产生电荷信号传给电子学板，电子学板用于放大接收到的电荷信号并甄别出有效粒子事件；LET探头、质子探头分别固定在电子学板上。
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