單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的模擬和驗證技術(shù)研究.pdf

1、宇宙空間中的輻射射線會干擾航天器的正常運行，隨著集成電路的工藝尺寸不斷縮小，作為航天器電子設(shè)備的核心部件—芯片也越容易受單粒子翻轉(zhuǎn)(Single Event Upset, SEU)影響而產(chǎn)生錯誤。目前評估SEU對芯片的影響主要通過實驗和模擬這兩種方法，實驗的方法成本高且周期長，而模擬的方法不僅成本低并且能在設(shè)計的初期提供芯片的軟錯誤評估。因此，有必要對SEU的模擬驗證技術(shù)進行深入的研究。另外，由于單粒子瞬態(tài)(Single Event T

2、ransient, SET)在組合邏輯電路中傳播時存在脈沖展寬的效應(yīng)，為了更準(zhǔn)確地計算電路的軟錯誤率，必須將這種效應(yīng)考慮到計算軟錯誤的算法中。本文的工作主要有以下幾點：
　　1.本文通過分析SET在組合邏輯電路中傳播時存在的脈沖展寬效應(yīng)，提出了一種計算經(jīng)過傳播后的瞬態(tài)脈沖寬度的方法。使用這種方法的計算結(jié)果與 Hspice仿真結(jié)果比較相近，最大誤差不超過4％。該方法不僅完善了評估電氣掩蔽效應(yīng)的算法，也為定量地分析SEU的產(chǎn)生提供了有

3、效方法。
　　2.本文利用基本的組合邏輯門和觸發(fā)器對SEU進行建模，由于該模型是基于門級建模，所以可以達到較快的模擬速度。同時，由于在模型中增加了特定的控制邏輯，這使得文中所建立的模型可以避免未注入SEU觸發(fā)器的錯誤翻轉(zhuǎn)而引起的錯誤輸出，從而提高了SEU模擬的準(zhǔn)確性。
　　3.根據(jù)所建立模型的功能和軟/硬件模擬的特點，本文分別設(shè)計了對應(yīng)的模擬系統(tǒng)。通過在模擬系統(tǒng)中加入特定的模塊統(tǒng)計網(wǎng)表中各個觸發(fā)器所引起的輸出錯誤數(shù)，從而可以

4、指導(dǎo)設(shè)計人員對電路中的敏感觸發(fā)器進行抗輻射加固。
　　對ISCAS'95基準(zhǔn)電路進行軟/硬件模擬，其結(jié)果顯示文中所設(shè)計的兩種模擬系統(tǒng)的模擬結(jié)果是一致的，由此可以認(rèn)為本文所設(shè)計的軟/硬件模擬系統(tǒng)是可以用于單粒子翻轉(zhuǎn)模擬的，所建立的模型也是準(zhǔn)確的。比較兩種系統(tǒng)在模擬時所消耗的時間，硬件模擬系統(tǒng)在模擬速度上較軟件模擬系統(tǒng)至少有兩個數(shù)量級以上的優(yōu)勢。在綜合比較兩種模擬系統(tǒng)的實現(xiàn)難易程度和模擬速度后，可以得到如下結(jié)論：對于規(guī)模較小的電路可以