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脉冲激光助力河海大学&汉阳大学 芯片抗辐照测试
发布日期:2019-05-05 12:38:11

         48日,来自河海大学的王老师和他的学生已经从南京出发抵达北京中科院空间中心,准备开展器件的激光单粒子效应试验,王老师和他的学生多年来在嵌入式系统开发、神经网络、集成电路可靠性设计、辐射效应机理等方面有着丰富的科研积淀和独到的见解。此次试验的器件是由王老师的团队和韩国汉阳大学的Mr. Sang共同研发设计的一款D-触发器,所以汉阳大学的Mr. Sang也不远万里准备从韩国来到北京对芯片进行激光单粒子辐照测试。因测试电路的差异性,这次试验分为两天展开,第一天准备测试王老师所带芯片,第二天准备测试Mr. Sang所带的芯片。

         49日清晨,王老师和他的学生抵达空间中心脉冲激光单粒子实验室。简单寒暄后就进入到试验的准备阶段,为更方便能观测到触发器链的单粒子翻转SEU现象,器件配备了一块FPGA测试板来实时回读数据。在固定测试板和调试芯片的同时,激光设备的配置工作也在同步进行,在确定好扫描方案后开始进入辐照阶段。此次辐照通过触发器内部的几条链来划分区域,分别用不同的激光能量辐照每一条链以后,再改变扫描方向使脉冲激光进行“切割”辐照,使激光每个周期能够扫描到这几条链。

 

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固定并调试好的FPGA测试板及触发器芯片


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单条链1μm步长扫描(左)

三条链同时切割扫描(右)


    扫描过程中,随着激光能量的增加错误个数也随之增加。在同一激光能量下扫描,只改变写入的数据,所观察到的翻转数据也会有差别。一个工作日的辐照试验结束,王老师和他的学生得到了不同能量下每一条链的SEU数据并进行了记录和分析。

          410日星期三,Mr. Sang带着他的中国留学生也如期而至,准备工作的细节与前一天大同小异,不同的是Mr. Sang没有用FPGA开发板作为测试系统。这样的结果就是在扫描的过程中不能实时观测到激光扫描至敏感区(sensitive area)后发生的单粒子翻转,只能每次扫描结束才能得到错误数据,因此,这样也很难实现Mr. Sang想要辐照某单一个flip-flop块的想法。不过脉冲激光的优点在于可以规律的扫描一个范围,最小步长可以设置到1μm,且激光的频率可调,这样就能避免脉冲激光的每一个光子所触发多次的SEU计数现象的发生。后来经过商议决定,划分一个15μm×15μm的矩形进行扫描,确保能够覆盖到想要辐照的区域。通过改变激光能量、频率、芯片的工作电压和扫描区域来抓取错误数据。


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芯片安装调试过程


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扫描方案的设定


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测试电路(汉阳大学)


    此次为期两天的试验结束以后,两位老师都得到了满意的试验结果,根据分析这些数据可以回到学校对器件的工作性能和硬件电路进行分析和改进。同时两位老师也对脉冲激光触发单粒子效应的方法给予了高度的评价。希望在此以后脉冲激光能够为更多的高校学生们解决问题,并提供一个方便且直观的试验环境。