一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器單粒子效應(yīng)測(cè)試方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器單粒子效應(yīng)測(cè)試方法及系統(tǒng)，根據(jù)ADC器件功能，通過(guò)求取4個(gè)可用于評(píng)價(jià)ADC器件抗單粒子性能的參數(shù)，分別為噪聲誤差截面、偏移誤差截面、單粒子功能中斷截面及單粒子閉鎖截面。該方法既考慮了器件抗輻射性能考慮時(shí)所需的保守性，又考慮了實(shí)際應(yīng)用中的需求，為ADC器件的抗單粒子性能考核提出了一種切實(shí)可行的測(cè)試方法；其測(cè)試板主要由主控制電路、波形發(fā)生器、DUT參考源、DUT測(cè)試電路、功能監(jiān)測(cè)電路、上位機(jī)接口電路及輸入輸出接口電路組成；不但可統(tǒng)計(jì)被測(cè)ADC器件噪聲誤差及偏移誤差的出現(xiàn)次數(shù)，還可以返回效應(yīng)出現(xiàn)時(shí)具體的碼值信息。這些詳細(xì)的效應(yīng)數(shù)據(jù)信息，可為ADC器件單粒子效應(yīng)敏感物理位置的分析及抗單粒子性能加固提供數(shù)據(jù)支持。
【專利說(shuō)明】
一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器單粒子效應(yīng)測(cè)試方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的測(cè)試系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種ADC器件 單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年，隨著我國(guó)軍工事業(yè)及航天事業(yè)的發(fā)展，以數(shù)模轉(zhuǎn)換器（Analog to digital converter，ADC)為代表的模擬電路器件在武器裝備及空間衛(wèi)星上也應(yīng)用的越來(lái) 越多。而與此嚴(yán)重不符的是我國(guó)還沒(méi)有成熟的ADC器件的抗輻射性能考核試驗(yàn)方法，特別是 ADC器件的單粒子效應(yīng)研究仍處于起步階段。因此深入研究ADC器件的單粒子效應(yīng)機(jī)理，建 立單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)及方法，獲取ADC器件的單粒子效應(yīng)截面，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)ADC器件的抗 單粒子效應(yīng)性能提供技術(shù)支撐。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)對(duì)數(shù)字集成電路(如SRAM、FPGA等）的單粒子效應(yīng)測(cè)試方法已經(jīng)具有了比 較成熟的認(rèn)識(shí)，但對(duì)ADC、DAC等數(shù)模混合集成電路的單粒子效應(yīng)測(cè)試方法研究較少。在ADC 中，單粒子效應(yīng)既會(huì)在模擬電路中形成單粒子瞬時(shí)擾動(dòng)，又會(huì)在數(shù)字電路中形成單粒子翻 轉(zhuǎn)，此外ADC器件在輻照實(shí)驗(yàn)過(guò)程中處于不斷的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程，其內(nèi)部數(shù)字電路中的寄存器 或鎖在器值處于不斷的變化過(guò)程，使得兩種效應(yīng)現(xiàn)象均會(huì)體現(xiàn)在ADC器件的數(shù)據(jù)輸出接口 上，且具有瞬時(shí)性，使得ADC的單粒子效應(yīng)測(cè)試方法比單純數(shù)字集成電路的更加復(fù)雜，特別 是如何表征ADC器件的抗單粒子性能，國(guó)內(nèi)還未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)與方法。專利申請(qǐng)?zhí)?CN201210548033，名稱"一種折疊內(nèi)插式模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的單粒子效應(yīng)檢測(cè)方法"中的將被測(cè) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出與期望值的不同均認(rèn)為是單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)，但ADC器件在其轉(zhuǎn)換過(guò)程中，本 身就存在轉(zhuǎn)換誤差，因此該方法無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分器件本身存在的轉(zhuǎn)換誤差和單粒子效應(yīng)。另 外，ADC器件應(yīng)用時(shí)，允許與理論值有一定的誤差范圍，因此在許多時(shí)候，效應(yīng)所造成的轉(zhuǎn)換 并不影響器件的使用，因此使用該方法考核ADC器件抗單粒子性能難以滿足實(shí)際使用的要 求。因此建立一種新型的ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試方法及測(cè)試系統(tǒng)就成為ADC器件單粒子效 應(yīng)地面實(shí)驗(yàn)?zāi)M需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決【背景技術(shù)】所存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明在分析ADC器件單粒子效應(yīng)機(jī)理的 基礎(chǔ)上，提出了一種ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試方法，并建立了相應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià) ADC器件抗單粒子性能提供了測(cè)試方法和測(cè)量系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 本發(fā)明提供一種ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試方法，其特殊之處在于：
[0007] 1)在沒(méi)有進(jìn)行輻照的情況下，進(jìn)行ADC器件的測(cè)試，計(jì)算被測(cè)ADC器件的本征誤差 截面；
[0008] 2)在輻照的情況下，進(jìn)行ADC器件的測(cè)試，統(tǒng)計(jì)ADC的轉(zhuǎn)換次數(shù)、噪聲誤差出現(xiàn)的次 數(shù)及偏移誤差和閉鎖出現(xiàn)的次數(shù)；
[0009] 3)計(jì)算單粒子噪聲誤差截面、偏移誤差截面、單粒子功能中斷截面及單粒子閉鎖 截面；
[0010] 所述單粒子噪聲誤差截面的求取方法為：
[0011]
(1)：；
[00?2 ] 其中NnQise_err〇 r(rad)，Nn〇ise_errc)r( pre)為福照前后輸出碼值處于噪聲誤差范圍（理想碼 值±X · LSB)之內(nèi)的碼值個(gè)數(shù)，N為總的轉(zhuǎn)換次數(shù)；
[0013] Flux為輻照過(guò)程中的重離子總注量；
[0014] 〇11。^^。1仏1^)表示當(dāng)輸入電壓為厶^，轉(zhuǎn)換頻率為別寸被測(cè)40(：器件的噪聲誤差 截面，所代表的物理意義是單個(gè)粒子轟擊在被測(cè)ADC器件內(nèi)時(shí)產(chǎn)生噪聲誤差的機(jī)率，實(shí)際也 是單粒子在單個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)產(chǎn)生噪聲誤差的機(jī)率，其單位為cm 2/deviCe;
[0015] 當(dāng)式(1)所得的截面與器件的轉(zhuǎn)換頻率是成線性關(guān)系時(shí)，噪聲誤差截面表示為：
[0016]
(2);
[0017] 其中f的單位一般用MSPS，此時(shí)截面的單位為cm2/MSPS;
[0018] 偏移誤差(Offset Errors)是指實(shí)際輸出碼值與理論輸出碼值之間的差值較大， 艮P | CfEt-CidMi | >x時(shí)，偏移誤差是由單粒子效應(yīng)直接導(dǎo)致的，只有在單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)才 有可能出現(xiàn)，當(dāng)偏移誤差出現(xiàn)時(shí)，表明ADC器件具有明顯的單粒子效應(yīng)，其輸出碼值與理想 輸出值有很大的偏差；
[0019] 偏移誤差的截面求取方法為：
[0020]
(3);
[0021] 其中，為輻照為前后輸出碼值處于噪聲誤差范圍之外的碼值個(gè)數(shù)；同噪 聲誤差的截面表不方法一樣，偏移誤差表不為：
[0022]
(4);
[0023] 所述單粒子功能中斷截面的計(jì)算方法為
[0024]
(5) j
[0025] 其中Nfumt為單粒子功能中斷在輻照過(guò)程出現(xiàn)的次數(shù)；
[0026] 單粒子功能中斷指使器件長(zhǎng)時(shí)期的輸出失效，當(dāng)器件輸出碼值連續(xù)X個(gè)周期處于 偏移誤差范圍的失效周期時(shí)，則認(rèn)為DUT產(chǎn)生一次單粒子功能中斷；
[0027] 單粒子翻轉(zhuǎn)截面為閉鎖出現(xiàn)次數(shù)與總注量的比值。
[0028]本發(fā)明還提供一種ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)，包括上位計(jì)算機(jī)、測(cè)試板及輻照 板，上位計(jì)算機(jī)與測(cè)試板以串行通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，而輻照板與測(cè)試板則利用插座或扁平 電纜相連;其特殊之處在于：
[0029] 測(cè)試板主要由主控制電路、波形發(fā)生器、DUT參考源、DUT測(cè)試電路、功能監(jiān)測(cè)電路、 上位機(jī)接口電路及輸入輸出接口電路組成；
[0030] 所述波形發(fā)生器、DUT參考源、DUT測(cè)試電路、功能監(jiān)測(cè)電路分別依次通過(guò)主控制電 路、上位機(jī)接口電路與上位計(jì)算機(jī)連接，所述波形發(fā)生器、DUT參考源、DUT測(cè)試電路、功能監(jiān) 測(cè)電路分別通過(guò)輸入輸出接口與輻照板連接；
[0031] 所述上位機(jī)接口電路主要負(fù)責(zé)主控制電路與上位計(jì)算機(jī)之間的長(zhǎng)線通訊，并把從 上位計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的命令轉(zhuǎn)達(dá)到主控制電路，使其按照上位計(jì)算機(jī)的意圖開(kāi)始工作，并將從 測(cè)試板其它部分獲取的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，回傳給上位計(jì)算機(jī)；
[0032]所述主控制電路負(fù)責(zé)對(duì)波形發(fā)生器、DUT參考源、功能監(jiān)測(cè)電路、DUT測(cè)試電路及串 行通訊接口的控制，并使這些電路以一定的邏輯順序進(jìn)行操作，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)ADC單粒子效應(yīng) 的測(cè)試；
[0033]所述波形發(fā)生器是在主控制電路的控制下，以一定的頻率及碼值順序，把離散的 數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成被測(cè)ADC器件測(cè)試所需的模擬輸入信號(hào);所述波形發(fā)生器的輸出電壓Vw_QUt 的紋波〈被測(cè)ADC器件的模擬輸出VAD_?t的精度，提供的Vw_cmt的范圍大于VAD_cm4^范圍；
[0034] 所述DUT參考源主要用于為不帶內(nèi)部基準(zhǔn)源的被測(cè)ADC器件提供參考電壓源，參考 源的輸出值在標(biāo)準(zhǔn)值的±5%內(nèi)微調(diào)；
[0035]所述DUT測(cè)試電路主要用于為被測(cè)ADC器件提供符合時(shí)序要求的控制信號(hào)、時(shí)鐘信 號(hào)及復(fù)位信號(hào)，并實(shí)時(shí)處理ADC器件的輸出碼值；
[0036] ADC輸出碼值的實(shí)時(shí)處理主要包括：
[0037] (1)記錄總轉(zhuǎn)換次數(shù)；
[0038] (2)噪聲誤差、偏移誤差、單粒子功能中斷甄別；
[0039] (3)統(tǒng)計(jì)發(fā)生噪聲誤差、偏移誤差及單粒子功能中斷的次數(shù)，并向上位機(jī)返回統(tǒng)計(jì) 信息；
[0040] (4)記錄并返回噪聲誤差、偏移誤差及單粒子功能中斷詳細(xì)效應(yīng)信息；
[0041] 所述輸入輸出接口主要用于調(diào)整被測(cè)ADC器件輸入控制信號(hào)及輸出碼值信號(hào)的電 平，使系統(tǒng)可支持更多的ADC器件；
[0042]所述功能監(jiān)測(cè)電路主要是向輻照板及被測(cè)ADC器件提供多路輸出可調(diào)的電壓源， 并監(jiān)測(cè)這些電源到輻照板上的電流，當(dāng)電流大于保護(hù)閾值時(shí)，主動(dòng)切斷電源。
[0043]為滿足ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試需求，所述DUT測(cè)試電路輸出的DUT控制信號(hào)、時(shí)鐘 信號(hào)的工作頻率在線實(shí)時(shí)調(diào)整，其最大工作頻率大于被測(cè)ADC器件的最大工作頻率。
[0044]為避免漏測(cè)單粒子效應(yīng)，所述ADC輸出碼值的實(shí)時(shí)處理速度與被測(cè)ADC的轉(zhuǎn)換速度 相同。
[0045] 為避免詳細(xì)效應(yīng)信息的丟失，采用噪聲誤差實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)碼值出現(xiàn)次數(shù)，實(shí)時(shí)返回偏 移誤差及單粒子功能中斷效應(yīng)信息。
[0046] 利用上述的ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行單粒子效應(yīng)測(cè)試的方法，其特殊之 處在于:包括以下步驟：
[0047] 1】在上位計(jì)算機(jī)中設(shè)置被測(cè)器件信息;被測(cè)器件信息包括參考電壓、允許電壓范 圍、位數(shù)、控制時(shí)序；
[0048] 2】進(jìn)行器件的自校準(zhǔn)測(cè)試；
[0049 ]使被測(cè)AD C器件的模擬輸入電壓分別為其最小值和最大值，驗(yàn)證器件的輸出碼值 是否正確;若不正確，則應(yīng)對(duì)模擬輸入電壓或器件的參考電壓進(jìn)行微調(diào)；
[0050] 3】設(shè)置測(cè)試模式、被測(cè)ADC器件的模擬輸入電壓信號(hào)及閉鎖電流閾值，模擬輸入電 壓相關(guān)信號(hào)包括起始電壓、終止電壓、測(cè)試步距、轉(zhuǎn)換周期數(shù);測(cè)試模式包括固定輸入電壓 測(cè)試及掃描電壓測(cè)試；
[0051] 固定輸入電壓測(cè)試是使被測(cè)ADC的模擬輸入端為一個(gè)指定的固定輸入，在器件輻 照過(guò)程中，統(tǒng)計(jì)器件發(fā)生噪聲誤差、偏移誤差及功能中斷的次數(shù)；
[0052]掃描電壓測(cè)試方式實(shí)際是固定輸入電壓測(cè)試的多次自動(dòng)執(zhí)行，在每次執(zhí)行前按照 指定的輸入模擬電壓范圍及步距調(diào)整輸入電壓值；
[0053] 4】上位計(jì)算機(jī)將被測(cè)器件ADC信息及測(cè)試設(shè)置發(fā)送給測(cè)試板；
[0054] 5】下位計(jì)算機(jī)控制測(cè)試板上的波形發(fā)生器輸出固定的起始電壓值；
[0055] 6】DUT測(cè)試電路依據(jù)器件及控制時(shí)序產(chǎn)生控制信號(hào)，使被測(cè)ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并 對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行平均，作為當(dāng)前輸入模擬電壓下的理想輸出碼值；
[0056] 7】在沒(méi)有進(jìn)行單粒子輻照的情況下，開(kāi)始ADC器件的測(cè)試，測(cè)量被測(cè)ADC在系統(tǒng)中 的本征噪聲誤差截面，直到接收到上位機(jī)的結(jié)束測(cè)試命令或轉(zhuǎn)換次數(shù)達(dá)到所設(shè)定的轉(zhuǎn)換周 期數(shù)；
[0057] 8】判斷當(dāng)前ADC的模擬輸入是否達(dá)到所設(shè)定的終止電壓，若否則模擬輸入電壓= 當(dāng)前值+測(cè)試步距，回到步驟5繼續(xù)測(cè)試;若是，則結(jié)束本次測(cè)試；
[0058] 9】計(jì)算并記錄所測(cè)的本征誤差截面；
[0059] 10】開(kāi)始重離子輻照，同時(shí)開(kāi)始ADC器件的單粒子效應(yīng)測(cè)試，開(kāi)始統(tǒng)計(jì)ADC的轉(zhuǎn)換次 數(shù)、噪聲誤差出現(xiàn)的次數(shù)及偏移誤差和閉鎖出現(xiàn)的次數(shù)，直到接收到上位機(jī)的結(jié)束測(cè)試命 令或轉(zhuǎn)換次數(shù)達(dá)到所設(shè)定的轉(zhuǎn)換周期數(shù);重復(fù)步驟8;
[0060] 11】結(jié)合步驟9所得結(jié)果，計(jì)算噪聲誤差截面、偏移誤差截面、單粒子功能中斷截面 及單粒子閉鎖截面。
[0061 ]本發(fā)明所具有的積極效果：
[0062] 1、本發(fā)明提出的一種ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試方法，針對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)及單粒子瞬 態(tài)效應(yīng)難以在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象上區(qū)分的問(wèn)題，根據(jù)ADC器件功能，提出了 4個(gè)可用于評(píng)價(jià)ADC器件抗 單粒子性能的參數(shù)，分別為噪聲誤差截面、偏移誤差截面、單粒子功能中斷截面及單粒子閉 鎖截面。該方法既考慮了器件抗輻射性能考慮時(shí)所需的保守性，又考慮了實(shí)際應(yīng)用中的需 求，為ADC器件的抗單粒子性能考核提出了一種切實(shí)可行的測(cè)試方法。
[0063] 2、本發(fā)明提出的一種ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 ADC器件噪聲誤差截面、 偏移誤差截面、單粒子功能中斷截面及單粒子閉鎖截面的測(cè)試，為ADC器件的抗單粒子性能 測(cè)試提供了測(cè)試系統(tǒng)。
[0064] 3、本發(fā)明提出的一種ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)，不但可統(tǒng)計(jì)被測(cè)ADC器件噪聲 誤差及偏移誤差的出現(xiàn)次數(shù)，還可以返回效應(yīng)出現(xiàn)時(shí)具體的碼值信息。這些詳細(xì)的效應(yīng)數(shù) 據(jù)信息，可為ADC器件單粒子效應(yīng)敏感物理位置的分析及抗單粒子性能加固提供數(shù)據(jù)支持。 [0065] 4、本發(fā)明為了提高系統(tǒng)的兼容性，使用戶通過(guò)上位機(jī)控制軟件就可以配置被測(cè) ADC器件時(shí)序，通過(guò)跳線可快速設(shè)置被測(cè)器件的電源電壓及參數(shù)基準(zhǔn)，使系統(tǒng)能支持多種型 號(hào)、不同工作電壓、不同基準(zhǔn)的ADC器件的測(cè)試，具備了良好的兼容性。
【附圖說(shuō)明】
[0066] 圖1為本發(fā)明中ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖；
[0067] 圖2為本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)中電流監(jiān)測(cè)的組成結(jié)構(gòu)圖；
[0068]圖3為系統(tǒng)中FPGA器件中的Microblaze核與測(cè)試板上其它電路連接圖；
[0069] 圖4是本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)中DUT測(cè)試電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；
[0070] 圖5為系統(tǒng)被測(cè)ADC器件自校準(zhǔn)流程；
[0071] 圖6為系統(tǒng)被測(cè)ADC器件固定電壓測(cè)試流程；
[0072]圖7為系統(tǒng)被測(cè)ADC器件掃描電壓測(cè)試流程。
【具體實(shí)施方式】
[0073]本發(fā)明所提供的ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試方法，包括以下步驟：
[0074] 1)在沒(méi)有進(jìn)行單粒子輻照的情況下，進(jìn)行ADC器件的測(cè)試，計(jì)算被測(cè)ADC器件的本 征誤差截面；
[0075] 2)在沒(méi)有進(jìn)行單粒子輻照的情況下，進(jìn)行ADC器件的測(cè)試，統(tǒng)計(jì)ADC的轉(zhuǎn)換次數(shù)、噪 聲誤差出現(xiàn)的次數(shù)及偏移誤差和閉鎖出現(xiàn)的次數(shù)；
[0076] 3)計(jì)算單粒子噪聲誤差截面、單粒子偏移誤差截面、單粒子功能中斷截面及單粒 子閉鎖截面；
[0077] 噪聲誤差(Noise Errors)是指被測(cè)ADC的輸出碼值不等于理想碼值，且與理想碼 值的差值在幾個(gè)正負(fù)最低有效位(LSB)之內(nèi)的，即0〈 | Cfact-Cideai |彡X，其中X的值應(yīng)根據(jù)系 統(tǒng)的本征誤差及被測(cè)ADC的轉(zhuǎn)換精度設(shè)定，Cfact、Cldeal分別為實(shí)際輸出碼值及理想輸出碼 值。
[0078] 輻照后的噪聲誤差包括了系統(tǒng)的本征誤差(包含系統(tǒng)輸入電壓及電源的誤差、被 測(cè)ADC器件的轉(zhuǎn)換誤差等)及由單粒子效應(yīng)造成的轉(zhuǎn)換誤差，由于系統(tǒng)及被測(cè)器件的本征誤 差難以消除，因此系統(tǒng)的噪聲誤差在任何LET值下都不可能為零，但在單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)， 噪聲誤差有可能由于單粒子效應(yīng)的引入而增大，因此單粒子噪聲誤差截面的求取方法為：
[0079]
(1)
[0080] 其中化。：1犯_(^皿(1^)具。：1犯_(^皿(1^)為福照為前后輸出碼值處于噪聲誤差范圍（理想 碼值±X · LSB)之內(nèi)的碼值個(gè)數(shù)，N為總的轉(zhuǎn)換次數(shù)，F(xiàn)lux為輻照過(guò)程中的重離子總注量， 〇_^(^。1(仏 11，〇表示當(dāng)輸入電壓為4111，轉(zhuǎn)換頻率為烈寸被測(cè)40(：器件的噪聲誤差截面，所代 表的物理意義是單個(gè)粒子轟擊在被測(cè)ADC器件內(nèi)時(shí)產(chǎn)生噪聲誤差的機(jī)率，實(shí)際也是單粒子 在單個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)產(chǎn)生噪聲誤差的機(jī)率，其單位為cmVdevice。國(guó)外相關(guān)研究結(jié)果表明，不 同的輸入模擬電壓及器件轉(zhuǎn)換頻率，其噪聲誤差截面及偏移誤差的截面會(huì)有較大的差異。 在有些ADC器件中，式（1)所得的截面與器件的轉(zhuǎn)換頻率是成線性關(guān)系的，因此有時(shí)，噪聲誤 差截面又可以表示：
[0081 ]
(2)
[0082] 其中f的單位一般用MSPS，因此最終截面的單位為cm2/MSPS。
[0083] 偏移誤差(Offset Errors)是指實(shí)際輸出碼值與理論輸出碼值之間的差值較大， 艮p ICfEt-CidMil >x時(shí)。偏移誤差是由單粒子效應(yīng)直接導(dǎo)致的，只有在單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)才 有可能出現(xiàn)，當(dāng)偏移誤差出現(xiàn)時(shí)，表明ADC器件具有明顯的單粒子效應(yīng)，其輸出碼值與理想 輸出值有很大的偏差。偏移誤差的截面求取方法為：
[0084]
(3)
[0085] 其Nofset+error為輻照為前后輸出碼值處處于噪聲誤差范圍（理想碼值±X · LSB)之 外的碼值個(gè)數(shù)。同噪聲誤差的截面表示方法一樣，偏移誤差又可表示為：
[0086]
(4)
[0087] 單粒子功能中斷會(huì)造成器件長(zhǎng)時(shí)期的輸出失效，因此可以通過(guò)器件輸出碼值連續(xù) 處于偏移誤差范圍的失效周期數(shù)或時(shí)間來(lái)判斷。
[0088]單粒子閉鎖截面主要是通過(guò)統(tǒng)計(jì)被測(cè)ADC器件在重離子輻照情況下，器件功耗電 流超過(guò)限定值的次數(shù)來(lái)獲取的，與數(shù)字集成電路的單粒子閉鎖截面測(cè)試方法沒(méi)有差異。器 件在具有單粒子閉鎖效應(yīng)時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確獲取器件的單粒子翻轉(zhuǎn)、單粒子瞬時(shí)、單粒子功能中 斷截面。因此在進(jìn)行ADC器件的單粒子效應(yīng)時(shí)，首先應(yīng)確定是否具備單粒子閉鎖效應(yīng)。
[0089] 在對(duì)器件的本身抗單粒子性能考核時(shí)，必須獲取以上4個(gè)截面，缺一不可。但在器 件的應(yīng)用廠家考核時(shí)，由于噪聲誤差可能器件的應(yīng)用不產(chǎn)生明顯影響，可不予以測(cè)試。
[0090] 為實(shí)現(xiàn)單粒子噪聲誤差截面、單粒子偏移誤差截面、單粒子功能中斷截面及單粒 子閉鎖截面的同時(shí)測(cè)試，本發(fā)明提供一種ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)，圖1為本發(fā)明中ADC 器件單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)主要由上位計(jì)算機(jī)、測(cè)試板、輻照板三部分 組成。上位計(jì)算機(jī)與測(cè)試板以RS - 422串行協(xié)議及USB2.0協(xié)議進(jìn)行通訊，而輻照板與測(cè)試板 則利用插座或扁平電纜相連。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的核心是測(cè)試板，測(cè)試板主要由主控制電路、波 形發(fā)生器、被測(cè)器件(DUT)參考源、DUT測(cè)試電路、功能監(jiān)測(cè)電路及上位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸接口等組 成。系統(tǒng)波形發(fā)生器電路主要由DAC9881及PGA205兩只器件組成。DAC9881是一個(gè)18位，最高 工作頻率為200kHz的高精度DAC，其非線性微分誤差和非線性誤差小于2LSB，如果電路設(shè)計(jì) 良好，它的精度足以測(cè)試14位的ADC。由于該器件的最大工作電壓為5V，無(wú)法提供更大的模 擬信號(hào)，為了解決這一問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)在其輸出端串聯(lián)了一個(gè)可編程、高精度模擬電壓放 大器PGA205(放大倍數(shù)可設(shè)置為1、2、4、8)。為了提高模擬信號(hào)的穩(wěn)定性，？64205的放大倍數(shù) 采用手動(dòng)跳線的方式來(lái)調(diào)整。系統(tǒng)功能監(jiān)測(cè)主要由電壓源及電流、電壓監(jiān)測(cè)電路組成。系統(tǒng) 的1.2V~5.5V可在線調(diào)整的電壓源可利用SPX117加電子電阻AD5160實(shí)現(xiàn)，需要調(diào)整電源電 壓值時(shí)，系統(tǒng)的主控制電路通過(guò)SPI接口訪問(wèn)AD5160，使其電阻值更改，從而實(shí)現(xiàn)電源電壓 的調(diào)整。圖2為系統(tǒng)電流監(jiān)測(cè)電路的組成。電流監(jiān)測(cè)電路放大部分可選用MAX4372作為高端 電流檢測(cè)放大器，它具有較高的抗共模擾動(dòng)能力，放大增益為20。它通過(guò)采樣放置在電源模 塊輸出線上的取樣電阻兩端的電壓差，把電流信號(hào)放大為電壓信號(hào)。隨后電壓信號(hào)進(jìn)入一 個(gè)16位精度的ADC器件MAX1168,把電壓信號(hào)數(shù)字化，然后存儲(chǔ)到轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器。轉(zhuǎn)換結(jié)果 寄存器不斷與電流閾值寄存器中的值進(jìn)行比較，判斷是否轉(zhuǎn)換結(jié)果是否大于預(yù)先所設(shè)計(jì)的 閾值。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果大于閾值時(shí)，使主控制電路響應(yīng)中斷，并使串接在電源輸出端的繼電器斷 開(kāi)，禁止電源模塊輸出。當(dāng)關(guān)斷時(shí)間到所設(shè)定的時(shí)間時(shí)，使繼電器打開(kāi)，為被測(cè)器件的供電， 繼續(xù)隨后的測(cè)試。為了在被測(cè)ADC發(fā)生單粒子閉鎖，盡可能快的關(guān)斷電源電壓，以防止器件 燒毀，MAX1168在正常情況下長(zhǎng)期處于電流監(jiān)測(cè)狀態(tài)，電流測(cè)量的速率達(dá)到200ksps。
[0091] 上位機(jī)接口電路包括RS422接口電路及USB2.0接口電路。USB2.0接口電路設(shè)計(jì)可 選用CY7C68013A，該芯片包括帶8.5kB片上RAM的高速8051單片機(jī)、4KB FIFO存儲(chǔ)器以及通 用可編程接口（GPIF)、串行接口引擎（SIE)和USB2.0收發(fā)器，無(wú)需外加芯片即可完成高速 USB傳輸。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，主要使用了其Slave FIFO模式。
[0092] 系統(tǒng)的主控制電路可選用Xilinx公司的XC3S400為核心芯片，它具有豐富的內(nèi)部 資源及塊存儲(chǔ)器，使得系統(tǒng)可以把邏輯電路、時(shí)序電路及數(shù)據(jù)緩沖器均用它來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而提 高了系統(tǒng)的可靠性，減小了系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在XC3S400中嵌入 Microblaze軟核。圖3是Microblaze核與測(cè)試板上其它電路連接圖。系統(tǒng)中Microblaze軟核 主要用了 LMB及(PB兩種總線，LMB主要與BlockRAM連接，作為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 的連接總線。而系統(tǒng)測(cè)試板上主要電路均是通過(guò)0ΡΒ總線與Microblaze核相連。其中0ΡΒ UARTLITE核主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)的串口通訊;01? SPI核主要控制測(cè)試板上DAC9881，輸出AD 測(cè)試所需的測(cè)試電壓;0ΡΒ PHY核負(fù)責(zé)與測(cè)試板上USB芯片CY7C68013A的數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)測(cè)試板與上位計(jì)算機(jī)的U S B協(xié)議通訊；0 P B E P C核負(fù)責(zé)片外2 5 6 k S R A Μ的控制；0 P B MAXI 168是一個(gè)自建的IP核，負(fù)責(zé)片外MAXI 168的控制，測(cè)量被測(cè)器件的電源電流;0ΡΒ DUT_ C0NCT0L是一個(gè)自建的IP核，主要實(shí)現(xiàn)了被測(cè)ADC器件的控制接口。
[0093]系統(tǒng)的DUT測(cè)試電路與主控制電路放置在同一個(gè)FPGA中。圖3中自建的IP核0ΡΒ DUT_C0NCT0L就是實(shí)現(xiàn)了被測(cè)ADC器件的控制接口。系統(tǒng)的DUT測(cè)試電路的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)對(duì)不 同ADC器件的通用。由于不同的ADC器件，其時(shí)鐘周期、控制信號(hào)、控制時(shí)序等均存在很大差 異。為了解決這一問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)8位的控制信號(hào)發(fā)生器。該控制發(fā)生器目前支持8種 狀態(tài)，每種狀態(tài)時(shí)的控制信號(hào)值、狀態(tài)的持續(xù)周期均可由上位機(jī)控制軟件設(shè)定。圖4是DUT測(cè) 試電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。當(dāng)不進(jìn)行元器件的測(cè)試時(shí)，DUT測(cè)試電路處于Idle_ State，當(dāng)測(cè)試使 能信號(hào)meas_En= 1時(shí)，進(jìn)入stateO;若meas_En持續(xù)有效，則在stateO持續(xù)所設(shè)定的周期后， 會(huì)轉(zhuǎn)入statel。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，還會(huì)檢查當(dāng)前的狀態(tài)是否為最后一個(gè)狀態(tài)，若是則轉(zhuǎn)入狀態(tài) 0。對(duì)于一些低速的ADC器件，轉(zhuǎn)換一次需要較長(zhǎng)的時(shí)間，是否轉(zhuǎn)換結(jié)束主要由狀態(tài)信號(hào)的狀 態(tài)決定，較難給定某一個(gè)狀態(tài)的持續(xù)周期數(shù)，為了解決這一問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)定若某一狀態(tài)的持 續(xù)轉(zhuǎn)換周期為零，則會(huì)一直穩(wěn)定在該狀態(tài)，直到狀態(tài)信號(hào)發(fā)生狀態(tài)變化，才會(huì)進(jìn)入下一狀 態(tài)。此外，對(duì)于不同的ADC器件，器件轉(zhuǎn)換碼值的輸出時(shí)刻會(huì)處于圖5中的不同狀態(tài)中。系統(tǒng) 設(shè)計(jì)了一個(gè)ReadStateld的變量，若當(dāng)前的狀態(tài)值等于ReadStateld時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生讀使能信 號(hào)，并在該狀態(tài)的最后一個(gè)時(shí)鐘，讀取轉(zhuǎn)換碼值，并寫(xiě)入先入選出緩沖器(FIFO)，以備上位 機(jī)讀取。
[0094]為了實(shí)現(xiàn)對(duì)ADC單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換碼值信息的完整獲取，為ADC器件單 粒子效應(yīng)敏感物理位置的分析及其單粒子性能加固提供支持，本發(fā)明的DUT測(cè)試電路設(shè)計(jì) 中采用了兩種途徑。在FPGA中設(shè)計(jì)了 128個(gè)64位的單周期存取的寄存器，以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換碼值與 理想碼值的差值在±64個(gè)LSB之內(nèi)碼值出現(xiàn)次數(shù)，在每個(gè)模擬輸入壓值測(cè)試完成后，把這 128個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)返回到上位計(jì)算機(jī)。而對(duì)于轉(zhuǎn)換碼值與理想碼值在±64個(gè)LSB之外的輸 出值則壓入一個(gè)512深度的FIFO中，由上位機(jī)在輻照過(guò)程中隨時(shí)讀取并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
[0095]本發(fā)明所述的ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)提供了三種測(cè)試方式，分別為：自校準(zhǔn) 測(cè)試、固定輸入電壓測(cè)試及掃描電壓測(cè)試。
[0096]自校準(zhǔn)測(cè)試用于輻照前對(duì)被測(cè)器件的校準(zhǔn)，其自校準(zhǔn)測(cè)試的流程見(jiàn)圖5。自校準(zhǔn)測(cè) 試是使器件的輸入正端首先與負(fù)端相連，使器件進(jìn)行零輸入電壓校準(zhǔn)，然后再使模擬輸入 電壓為被測(cè)ADC的滿量程，驗(yàn)證器件的功能是否正常。該項(xiàng)測(cè)試是其它兩類測(cè)試的基礎(chǔ)，是 在輻照前必須進(jìn)行的。
[0097] 固定輸入電壓測(cè)試是使被測(cè)ADC的模擬輸入端為一個(gè)指定的固定輸入，在器件輻 照過(guò)程中，統(tǒng)計(jì)器件發(fā)生噪聲誤差、偏移誤差及功能中斷的次數(shù)。測(cè)試流程見(jiàn)圖6。
[0098] 掃描電壓測(cè)試方式最接近于器件的實(shí)際使用情況，它實(shí)際是固定輸入電壓測(cè)試的 多次自動(dòng)執(zhí)行，在每次執(zhí)行前按照指定的輸入模擬電壓范圍及步距調(diào)整輸入電壓值。測(cè)試 流程見(jiàn)圖7。
[0099]本發(fā)明所述的ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的上位機(jī)控制軟件采用Labview軟件 編寫(xiě)。主要包含以下幾個(gè)功能：
[0100] (1)測(cè)試設(shè)置，包括:被測(cè)ADC器件特有參數(shù)的設(shè)置(如型號(hào)、工作電壓范圍、基準(zhǔn)電 壓、分辨率、工作頻率、轉(zhuǎn)換時(shí)序等）；測(cè)試方式（自校準(zhǔn)、固定電壓測(cè)試、掃描電壓測(cè)試)及相 關(guān)參數(shù)設(shè)置;噪聲誤差、偏移誤差、單粒子功能中斷現(xiàn)象區(qū)分條件設(shè)置;單粒子閉鎖測(cè)試條 件設(shè)置;通訊端口設(shè)置;保存、編輯、調(diào)用測(cè)試設(shè)置等。
[0101] (2)噪聲誤差、偏移誤差、單粒子功能中斷測(cè)試結(jié)果顯示，包括當(dāng)前的總注量、器件 的模擬輸入電壓值、在當(dāng)前模擬輸入電壓值下轉(zhuǎn)換次數(shù)、偏移誤差的發(fā)生次數(shù)、噪聲誤差的 發(fā)生次數(shù)、連續(xù)性錯(cuò)誤的發(fā)生次數(shù)以及由這些數(shù)據(jù)所求得的偏移誤差截面、噪聲誤差截面、 單粒子功能中斷截面等。
[0102] (3)電流、電壓測(cè)試結(jié)果顯示，包括±15V電源電壓電流、器件數(shù)字電壓源電流、模 擬電壓源電流、被測(cè)器件參考電壓值及閉鎖次數(shù)等。
[0103] (4)詳細(xì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，包括每個(gè)碼值在當(dāng)前測(cè)試過(guò)程中的出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)、偏移誤 差出現(xiàn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的總注量、持續(xù)性錯(cuò)誤的持續(xù)周期數(shù)及輸出碼值等。
[0104] 利用本發(fā)明的ADC器件單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行單粒效應(yīng)測(cè)試的方法，包括以下 步驟：
[0105] 1】在上位計(jì)算機(jī)中設(shè)置被測(cè)器件信息;被測(cè)器件信息包括參考電壓、允許電壓范 圍、位數(shù)、控制時(shí)序；
[0106] 2】進(jìn)行器件的自校準(zhǔn)測(cè)試；
[0107] 3】設(shè)置測(cè)試模式、被測(cè)A D C器件的模擬輸入電壓信號(hào)及閉鎖電流閾值，模擬輸入電 壓相關(guān)信號(hào)包括起始電壓、終止電壓、測(cè)試步距、轉(zhuǎn)換周期數(shù)；
[0108] 4】上位計(jì)算機(jī)將被測(cè)器件ADC信息及測(cè)試設(shè)置發(fā)送給測(cè)試板；
[0109] 5】下位計(jì)算機(jī)控制測(cè)試板上的波形發(fā)生器輸出固定的起始電壓值；
[0110] 6】DUT測(cè)試電路依據(jù)器件及控制時(shí)序產(chǎn)生控制信號(hào)，使被測(cè)ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并 對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行平均，作為當(dāng)前輸入模擬電壓下的理想輸出碼值；
[0111] 7】在沒(méi)有進(jìn)行單粒子輻照的情況下，開(kāi)始ADC器件的測(cè)試，測(cè)量被測(cè)ADC在系統(tǒng)中 的本征噪聲誤差截面，直到接收到上位機(jī)的結(jié)束測(cè)試命令或轉(zhuǎn)換次數(shù)達(dá)到所設(shè)定的轉(zhuǎn)換周 期數(shù)；
[0112] 8】判斷當(dāng)前ADC的模擬輸入是否達(dá)到所設(shè)定的終止電壓，若否則模擬輸入電壓= 當(dāng)前值+測(cè)試步距，回到步驟5繼續(xù)測(cè)試;若是，則結(jié)束本次測(cè)試；
[0113] 9】計(jì)算并記錄所測(cè)的本征誤差截面；
[0114] 10】開(kāi)始重離子輻照，同時(shí)開(kāi)始ADC器件的單粒子效應(yīng)測(cè)試，開(kāi)始統(tǒng)計(jì)ADC的轉(zhuǎn)換次 數(shù)、噪聲誤差出現(xiàn)的次數(shù)及偏移誤差和閉鎖出現(xiàn)的次數(shù)，直到接收到上位機(jī)的結(jié)束測(cè)試命 令或轉(zhuǎn)換次數(shù)達(dá)到所設(shè)定的轉(zhuǎn)換周期數(shù);重復(fù)步驟8;
[0115] 11】結(jié)合步驟9所得結(jié)果，計(jì)算噪聲誤差截面、偏移誤差截面、單粒子功能中斷截面 及單粒子閉鎖截面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器單粒子效應(yīng)測(cè)試方法，其特征在于： 1) 在沒(méi)有進(jìn)行輻照的情況下，進(jìn)行ADC器件的測(cè)試，計(jì)算被測(cè)ADC器件的本征誤差截面； 2) 在輻照的情況下，進(jìn)行ADC器件的測(cè)試，統(tǒng)計(jì)ADC的轉(zhuǎn)換次數(shù)、噪聲誤差出現(xiàn)的次數(shù)及 偏移誤差和閉鎖出現(xiàn)的次數(shù)； 3) 計(jì)算單粒子噪聲誤差截面、偏移誤差截面、單粒子功能中斷截面及單粒子閉鎖截面； 所述單粒子噪聲誤差截面的求取方法為：⑴， 其中化。:1犯_(^皿(1^)，1。:1犯_(^皿(1^)為福照前后輸出碼值處于噪聲誤差范圍（理想碼值± X · LSB)之內(nèi)的碼值個(gè)數(shù)，N為總的轉(zhuǎn)換次數(shù)； Flux為輻照過(guò)程中的重離子總注量， 〇-^^仏1^)表示當(dāng)輸入電壓為4^，轉(zhuǎn)換頻率為別寸被測(cè)40(：器件的噪聲誤差截面， 所代表的物理意義是單個(gè)粒子轟擊在被測(cè)ADC器件內(nèi)時(shí)產(chǎn)生噪聲誤差的機(jī)率，實(shí)際也是單 粒子在單個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)產(chǎn)生噪聲誤差的機(jī)率，其單位為cm 2/device， 當(dāng)式(1)所得的截面與器件的轉(zhuǎn)換頻率是成線性關(guān)系時(shí)，噪聲誤差截面表示為：(2)， 其中f的單位一般用MSPS，此時(shí)截面的單位為cm2/MSPS; 偏移誤差（Offset Errors)是指實(shí)際輸出碼值與理論輸出碼值之間的差值較大，即 Cfact-Cide3aI I >X時(shí)，偏移誤差是由單粒子效應(yīng)直接導(dǎo)致的，只有在單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)才有可 能出現(xiàn)，當(dāng)偏移誤差出現(xiàn)時(shí)，表明ADC器件具有明顯的單粒子效應(yīng)，其輸出碼值與理想輸出 值有很大的偏差； 偏移誤差的截面求取方法為：C3), 其中，Nciffse3t^rrcir為輻照為前后輸出碼值處于噪聲誤差范圍之外的碼值個(gè)數(shù)；同噪聲誤 差的截面表不方法一樣，偏移誤差表不為：(4)， 所 (5), 其中Nfunc^int為單粒子功能中斷在輻照過(guò)程出現(xiàn)的次數(shù)； 單粒子功能中斷指使器件長(zhǎng)時(shí)期的輸出失效，當(dāng)器件輸出碼值連續(xù)X個(gè)周期處于偏移 誤差范圍的失效周期時(shí)，則認(rèn)為DUT產(chǎn)生一次單粒子功能中斷； 單粒子翻轉(zhuǎn)截面為閉鎖出現(xiàn)次數(shù)與總注量的比值。2. -種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)，包括上位計(jì)算機(jī)、測(cè)試板及輻照板，上位 計(jì)算機(jī)與測(cè)試板以串行通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，而輻照板與測(cè)試板則利用插座或扁平電纜相 連； 其特征在于： 測(cè)試板主要由主控制電路、波形發(fā)生器、DUT參考源、DUT測(cè)試電路、功能監(jiān)測(cè)電路、上位 機(jī)接口電路及輸入輸出接口電路組成； 所述波形發(fā)生器、DUT參考源、DUT測(cè)試電路、功能監(jiān)測(cè)電路分別依次通過(guò)主控制電路、 上位機(jī)接口電路與上位計(jì)算機(jī)連接，所述波形發(fā)生器、DUT參考源、DUT測(cè)試電路、功能監(jiān)測(cè) 電路分別通過(guò)輸入輸出接口與輻照板連接； 所述上位機(jī)接口電路主要負(fù)責(zé)主控制電路與上位計(jì)算機(jī)之間的長(zhǎng)線通訊，并把從上位 計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的命令轉(zhuǎn)達(dá)到主控制電路，使其按照上位計(jì)算機(jī)的意圖開(kāi)始工作，并將從測(cè)試 板其它部分獲取的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，回傳給上位計(jì)算機(jī)； 所述主控制電路負(fù)責(zé)對(duì)波形發(fā)生器、DUT參考源、功能監(jiān)測(cè)電路、DUT測(cè)試電路及串行通 訊接口的控制，并使這些電路以一定的邏輯順序進(jìn)行操作，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)ADC單粒子效應(yīng)的測(cè) 試； 所述波形發(fā)生器是在主控制電路的控制下，以一定的頻率及碼值順序，把離散的數(shù)字 信號(hào)轉(zhuǎn)換成被測(cè)ADC器件測(cè)試所需的模擬輸入信號(hào);所述波形發(fā)生器的輸出電壓Vw__的紋 波〈被測(cè)ADC器件的模擬輸出Vao的精度，提供的V^ ciut的范圍大于Vamu^范圍； 所述DUT參考源主要用于為不帶內(nèi)部基準(zhǔn)源的被測(cè)ADC器件提供參考電壓源，參考源的 輸出值在標(biāo)準(zhǔn)值的±5%內(nèi)微調(diào)； 所述DUT測(cè)試電路主要用于為被測(cè)ADC器件提供符合時(shí)序要求的控制信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)及 復(fù)位信號(hào)，并實(shí)時(shí)處理ADC器件的輸出碼值； ADC輸出碼值的實(shí)時(shí)處理主要包括： (1) 記錄總轉(zhuǎn)換次數(shù)； (2) 噪聲誤差、偏移誤差、單粒子功能中斷甄別； (3) 統(tǒng)計(jì)發(fā)生噪聲誤差、偏移誤差及單粒子功能中斷的次數(shù)，并向上位機(jī)返回統(tǒng)計(jì)信 息； (4) 記錄并返回噪聲誤差、偏移誤差及單粒子功能中斷詳細(xì)效應(yīng)信息； 所述輸入輸出接口主要用于調(diào)整被測(cè)ADC器件輸入控制信號(hào)及輸出碼值信號(hào)的電平， 使系統(tǒng)可支持更多的ADC器件； 所述功能監(jiān)測(cè)電路主要是向輻照板及被測(cè)ADC器件提供多路輸出可調(diào)的電壓源，并監(jiān) 測(cè)這些電源到輻照板上的電流，當(dāng)電流大于保護(hù)閾值時(shí)，主動(dòng)切斷電源。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于： 所述DUT測(cè)試電路輸出的DUT控制信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)的工作頻率在線實(shí)時(shí)調(diào)整，其最大工 作頻率大于被測(cè)ADC器件的最大工作頻率。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于： 所述ADC輸出碼值的實(shí)時(shí)處理速度與被測(cè)ADC的轉(zhuǎn)換速度相同。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于： 采用噪聲誤差實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)碼值出現(xiàn)次數(shù)，實(shí)時(shí)返回偏移誤差及單粒子功能中斷效應(yīng)信 息。6. 利用權(quán)利要求2-5所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行單粒子效應(yīng)測(cè)試 的方法，其特征在于:包括以下步驟： 1】在上位計(jì)算機(jī)中設(shè)置被測(cè)器件信息;被測(cè)器件信息包括參考電壓、允許電壓范圍、位 數(shù)、控制時(shí)序； 2】進(jìn)行器件的自校準(zhǔn)測(cè)試； 使被測(cè)ADC器件的模擬輸入電壓分別為其最小值和最大值，驗(yàn)證器件的輸出碼值是否 正確;若不正確，則應(yīng)對(duì)模擬輸入電壓或器件的參考電壓進(jìn)行微調(diào)； 3】設(shè)置測(cè)試模式、被測(cè)ADC器件的模擬輸入電壓信號(hào)及閉鎖電流閾值，模擬輸入電壓相 關(guān)信號(hào)包括起始電壓、終止電壓、測(cè)試步距、轉(zhuǎn)換周期數(shù);測(cè)試模式包括固定輸入電壓測(cè)試 及掃描電壓測(cè)試； 固定輸入電壓測(cè)試是使被測(cè)ADC的模擬輸入端為一個(gè)指定的固定輸入，在器件輻照過(guò) 程中，統(tǒng)計(jì)器件發(fā)生噪聲誤差、偏移誤差及功能中斷的次數(shù)； 掃描電壓測(cè)試方式實(shí)際是固定輸入電壓測(cè)試的多次自動(dòng)執(zhí)行，在每次執(zhí)行前按照指定 的輸入模擬電壓范圍及步距調(diào)整輸入電壓值； 4】上位計(jì)算機(jī)將被測(cè)器件ADC信息及測(cè)試設(shè)置發(fā)送給測(cè)試板； 5】下位計(jì)算機(jī)控制測(cè)試板上的波形發(fā)生器輸出固定的起始電壓值； 6】DUT測(cè)試電路依據(jù)器件及控制時(shí)序產(chǎn)生控制信號(hào)，使被測(cè)ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn) 換結(jié)果進(jìn)行平均，作為當(dāng)前輸入模擬電壓下的理想輸出碼值； 7】在沒(méi)有進(jìn)行單粒子輻照的情況下，開(kāi)始ADC器件的測(cè)試，測(cè)量被測(cè)ADC在系統(tǒng)中的本 征噪聲誤差截面，直到接收到上位機(jī)的結(jié)束測(cè)試命令或轉(zhuǎn)換次數(shù)達(dá)到所設(shè)定的轉(zhuǎn)換周期 數(shù)； 8】判斷當(dāng)前ADC的模擬輸入是否達(dá)到所設(shè)定的終止電壓，若否則模擬輸入電壓=當(dāng)前 值+測(cè)試步距，回到步驟5繼續(xù)測(cè)試;若是，則結(jié)束本次測(cè)試； 9】計(jì)算并記錄所測(cè)的本征誤差截面； 10】開(kāi)始重離子輻照，同時(shí)開(kāi)始ADC器件的單粒子效應(yīng)測(cè)試，開(kāi)始統(tǒng)計(jì)ADC的轉(zhuǎn)換次數(shù)、 噪聲誤差出現(xiàn)的次數(shù)及偏移誤差和閉鎖出現(xiàn)的次數(shù)，直到接收到上位機(jī)的結(jié)束測(cè)試命令或 轉(zhuǎn)換次數(shù)達(dá)到所設(shè)定的轉(zhuǎn)換周期數(shù);重復(fù)步驟8; 11】結(jié)合步驟9所得結(jié)果，計(jì)算噪聲誤差截面、偏移誤差截面、單粒子功能中斷截面及單 粒子閉鎖截面。
【文檔編號(hào)】H03M1/10GK105897267SQ201610239809
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】姚志斌, 郭紅霞, 陳偉, 何寶平, 張鳳祁, 劉敏波, 羅尹虹, 盛江坤, 王祖軍
【申請(qǐng)人】西北核技術(shù)研究所