[发明专利]一种处理器单粒子效应的频率响应的测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理器单粒子效应的检测系统及方法，特别是涉及一种用于处理器不同工作频率下单粒子效应检测的系统及方法，可应用于航天、军事电子元器件的考核与抗辐射加固工作。

背景技术

各种射线粒子作用于半导体器件将产生多种辐射效应，这些辐射效应将导致电子元器件的性能退化、功能异常甚至完全失效，严重时将导致系统发生灾难性的后果。空间高能重离子和质子在航天器电子元器件中引起的状态翻转、锁定、甚至烧毁等单粒子效应现象，能造成器件瞬时的或永久性的损伤，高能粒子引起的单粒子效应就是航天器电子元器件的最严重辐射效应。

随着集成电路特征尺寸的缩减，电路时钟频率不断提高，单粒子瞬态效应（SET）逐渐成为数字集成电路软错误的主体。单粒子瞬态是指高能粒子注入引起的电压或电流脉冲，单粒子瞬态传播到时序逻辑单元后会被锁存器或触发器锁定，造成数字电路逻辑的错误，从而使得数字电路系统出现软错误或半永久性错误。同时单粒子瞬态会对模拟电路例如DC/DC转换器、数模混合电路例如AD、DA等的输入和输出的模拟信号造成干扰。因此单粒子瞬态效应的检测评估对于航天应用电子元器件可靠应用非常重要。

除了与入射粒子、集成电路的工艺有关以外，单粒子瞬态效应还与电路运行时钟频率有直接的关系，时钟频率是决定单粒子瞬态效应的条件之一。因此在集成电路的单粒子辐射效应的检测评估试验中，工作频率对集成电路辐射效应的影响是必须要完成的内容。

但是国内辐射效应测试在辐射效应的频率响应测试方面存在明显的不足，无法对单粒子效应的频率响应进行准确的检测评估。例如申请号为200710176529.9、名称为SPARC处理器单粒子效应检测系统与检测方法的专利，以及申请号为200910043425.X、名称为现场可编程逻辑门阵列中单粒子翻转的检测系统及方法的专利，针对不同对象的辐射效应检测开发了测试系统。但是这两项发明研制都回避了单粒子效应的频率响应检测的技术难题，采用以上这些集成电路通用测试方案无法开展辐射效应的频率响应的准确检测评估。

发明内容

本发明目的是提供一种可以准确检测集成电路单粒子效应的频率响应的测试系统及方法。该系统及方法可以实现不同类型处理器工作频率的连续可调，测试不同处理器的单粒子闩锁效应、单粒子翻转效应、单粒子瞬态效应的敏感工作频率窗口，为高频、超大规模的集成电路单粒子效应全面考核提供了平台。

本发明系统的解决方案是：

一种处理器单粒子效应的频率响应的测试系统，其特殊之处在于：

包括供电单元6、中心控制系统3、时钟解决系统4、可变工作频率的数据高速实时处理模块5、高速数据传输系统8；

所述供电系统6向中心控制系统3、时钟解决系统4、可变工作频率的数据高速实时处理模块5提供独立电源；

所述高速数据传输系统8用于实现中心控制系统3与上位机10的串行接口通信；

所述中心控制系统3包括被测处理器I/O管脚配置系统2；所述中心控制系统3用于执行上位机10对测试系统发出的指令，并调度测试系统各功能模块协同工作；所述被测处理器I/O管脚配置系统2对被测处理器的I/O管脚进行定义，并为其提供相应输入信号，以及对其输出信号进行采集；

所述时钟解决系统4包括数字频率合成器和时钟发生器；所述数字频率合成器接受中心控制系统3发出的上位机指令，产生所需要的任意时钟频率；所述时钟发生器为数字频率合成器提供基准时钟；

所述可变工作频率的数据高速实时处理模块5包括由FPGA配置的高速FIFO缓存器和比较器；所述FIFO缓存器与中心控制系统3的数据接口相连；所述FIFO缓存器和比较器的工作时钟与被测处理器保持同步，对被测处理器按照不同速率输出的每一个输出字进行实时校验和处理，并向中心控制系统和上位机传送测试结果。

还包括闩锁监测模块7；所述闩锁监测模块7包括电流信号放大器与模拟数字信号转换器；所述闩锁监测模块用于监测被测处理器的1.5V、1.8V、2.5V和/或3.3V电源的功耗电流，并将监测结果传输给中心控制系统；所述中心控制系统根据功耗电流值的大小判断是否发生单粒子闩锁，并对发生闩锁的被测处理器暂时断电。

还包括温度检测单元9；所述温度监测单元9采用数字温度传感芯片制作的探头探测被测处理器1的实时温度，并将其利用数字串行传输的方式传递给中心控制系统3进行判断。

上述被测处理器I/O管脚配置系统2包括FPGA芯片和FPGA配置芯片。