專利名稱：一種存儲器電路的通用單粒子效應(yīng)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的抗空間單粒子效應(yīng)能力的驗(yàn)證方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)可以完成本來需要多個(gè)分立邏輯器件和存儲芯片 完成的功能，同時(shí)降低系統(tǒng)的功耗和成本，縮短研制周期，因而在半導(dǎo)體器件的測試、嵌入 式系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域占據(jù)著越來越重要的位置。
當(dāng)存儲器電路應(yīng)用在空間環(huán)境中時(shí)，空間高能粒子會穿透半導(dǎo)體器件內(nèi)部并在 路徑上產(chǎn)生電離，電路節(jié)點(diǎn)會吸收電離產(chǎn)生的電子和空穴從而導(dǎo)致電路錯(cuò)誤，這種效應(yīng)稱 為單粒子效應(yīng)。粒子轟擊在存儲器電路內(nèi)部所引起的單粒子效應(yīng)主要有單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng) (SEU)、單粒子閂鎖效應(yīng)(SEL)兩種，其中單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)指存儲器電路中各個(gè)地址單元存 儲的數(shù)據(jù)在輻照條件下發(fā)生翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致存儲信息的丟失；單粒子閂鎖效應(yīng)指單個(gè)離子在器 件內(nèi)部電路中產(chǎn)生電流脈沖，使得PN-PN結(jié)構(gòu)導(dǎo)通，造成器件電流大幅增大。單粒子閂鎖效 應(yīng)的檢測較為簡單，主要是對半導(dǎo)體器件的工作電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，而單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的 檢測則較為復(fù)雜。
現(xiàn)有的存儲器電路單粒子效應(yīng)測試方法主要是通過向存儲器電路寫入固定的測 試向量，在輻照過程中不斷讀存儲器，若發(fā)生錯(cuò)誤則將錯(cuò)誤地址改寫為正確值，并將錯(cuò)誤總 數(shù)、錯(cuò)誤地址及數(shù)據(jù)發(fā)回上位機(jī)。這種方法主要存在著以下兩個(gè)不足一是可以統(tǒng)計(jì)出整個(gè) 電路的翻轉(zhuǎn)總數(shù)及翻轉(zhuǎn)地址和錯(cuò)誤數(shù)，但是當(dāng)有大量翻轉(zhuǎn)時(shí)很難定位多位翻轉(zhuǎn)及統(tǒng)計(jì)O翻 1，1翻O的情況，這就為存儲器電路的數(shù)據(jù)分析造成了難度；二是不具有通用性，目前針對 存儲器電路的單粒子效應(yīng)檢測方法還是特定方法針對特定電路，當(dāng)有新的存儲器電路時(shí)， 還需要重新研究方法及搭建測試系統(tǒng)，且同步存儲器和異步存儲器的測試方法和系統(tǒng)不具 有兼容性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種適用于各種存儲器 電路的通用單粒子效應(yīng)檢測方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種存儲器電路的通用單粒子效應(yīng)檢測方法，步驟如 下
(I)配置待測存儲器電路為寫狀態(tài)，對于同步存儲器電路還需要確定其工作時(shí)鐘 頻率；
(2)選擇測試向量并將測試向量寫入待測存儲器電路的各個(gè)地址單元，然后將待 測存儲器電路置于輻照環(huán)境中開始輻照；在輻照過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測待測存儲器電路的工作電 流直至測試結(jié)束，當(dāng)工作電流發(fā)生異常并超過正常工作電流的1. 5倍時(shí)判定發(fā)生閂鎖；
(3)選擇是進(jìn)行動態(tài)測試或者靜態(tài)測試，若為動態(tài)測試則進(jìn)入步驟⑷，若為靜態(tài) 測試則進(jìn)入步驟(6)；
(4)將待測存儲器電路配置為讀狀態(tài)，將待測存儲器電路的各個(gè)地址單元存儲的數(shù)據(jù)讀出并與寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將比較結(jié)果不一致的地址單元的數(shù)量作為總錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，然后進(jìn)入步驟(5)；(5)對于比較結(jié)果不一致的各地址單元均進(jìn)行以下操作，記被操作的地址單元為地址單元i,(51)將地址單元i的寫入數(shù)據(jù)Si的每一位取反并和地址單元i的讀出數(shù)據(jù)Si+1的相應(yīng)位進(jìn)行邏輯與的操作，得到相應(yīng)的一組數(shù)據(jù)序列T(i，j)，其中i代表該地址單元，j為該地址單元的數(shù)據(jù)位數(shù)，若T(i，j)的值為1，則判定地址單元i中的第j位的數(shù)據(jù)發(fā)生了 0->1的翻轉(zhuǎn)；gT(i，j)的值為0，則判定地址單元i中的第j位的數(shù)據(jù)沒有發(fā)生0->1翻轉(zhuǎn)；(52)將地址單元i的寫入數(shù)據(jù)Si的每一位和地址單元i的讀出數(shù)據(jù)Si+Ι的相應(yīng)位的非進(jìn)行邏輯與的操作，得到相應(yīng)的一組數(shù)據(jù)序列K(i，j)，若K(i，j)的值為1，則判定地址單元i中的第j位的數(shù)據(jù)發(fā)生了 1->0翻轉(zhuǎn)；SK(i，j)的值為0，則判定地址單元i中的第j位的數(shù)據(jù)沒有發(fā)生1->0翻轉(zhuǎn)；(53)分別統(tǒng)計(jì)T(i，j)和K(i，j)兩組數(shù)據(jù)序列，根據(jù)數(shù)據(jù)序列中j的取值情況，得到地址單元i發(fā)生2位或者2位以上數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)的情況，結(jié)束測試；(6)將待測存儲器電路配置為不讀不寫狀態(tài)，對于同步存儲器電路還需要設(shè)定其時(shí)鐘信號停止，當(dāng)輻照過程中的累計(jì)輻照粒子達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后停止輻照；對于同步存儲器電路設(shè)定其時(shí)鐘信號回復(fù)，然后順序讀出待測存儲器電路各地址單元內(nèi)的數(shù)據(jù)并與寫入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對于異步存儲器電路則直接順序讀出待測存儲器電路各地址單元內(nèi)的數(shù)據(jù)并與寫入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將比較結(jié)果不一致的地址單元的數(shù)量作為總錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，結(jié)束測試。所述的測試向量為“00”，“FF”，“55”，“AA”，“55”+“AA，，，“00，，+ “FF”，或者 MARCH。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(I)本發(fā)明方法可以檢測出存儲器電路由單粒子轟擊引起的單粒子翻轉(zhuǎn)及單粒子閂鎖情況，既適用于同步存儲器的單粒子效應(yīng)測試，也適用于異步存儲器的單粒子效應(yīng)測試；(2)本發(fā)明方法可以向被測存儲器電路提供多種測試向量，滿足存儲器電路的不同測試需求；(3)本發(fā)明方法可以通過模式選擇指令完成存儲器電路的動態(tài)測試和靜態(tài)測試兩種模式的測試，豐富了試驗(yàn)方法，使得檢測功能更加全面；(4)本發(fā)明方法能夠分別統(tǒng)計(jì)出O翻1，I翻O及多位翻轉(zhuǎn)情況，從而精確地分析存儲器電路的存儲狀態(tài)對單粒子翻轉(zhuǎn)的敏感性；(5)本發(fā)明方法可精確定位發(fā)生翻轉(zhuǎn)的地址位和數(shù)據(jù)位，可分析高地址位和低地址位，以及高數(shù)據(jù)位和低數(shù)據(jù)位對單粒子翻轉(zhuǎn)的敏感性，從而指導(dǎo)芯片設(shè)計(jì)人員改進(jìn)設(shè)計(jì)；(6)本發(fā)明方法在試驗(yàn)過程中能夠?qū)崟r(shí)在線觀測被測存儲器的單粒子翻轉(zhuǎn)情況，可分析粒子注量率和注量對存儲器件的抗單粒子翻轉(zhuǎn)性能的影響。


圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，為本發(fā)明存儲器電路通用的單粒子效應(yīng)檢測方法的流程圖。開始測 試后，首先通過配置待測存儲器器件的管腳信號，使得待測存儲器工作在寫狀態(tài)或者讀狀 態(tài)或者不讀不寫狀態(tài)三種不同的工作模式下。
在寫狀態(tài)下，根據(jù)測試指令，向待測存儲器的所有地址寫入測試向量(“00”、“FF”、 “55”，“AA”，“55”+ “AA，，，“00，，+ “FF”，MARCH等)。在試驗(yàn)過程中可以通過上位機(jī)輸入指 令選擇所需的測試向量使得存儲器電路的單元的存儲狀態(tài)和工作狀態(tài)處于特定狀態(tài)下，進(jìn) 而全面的考核存儲器電路的抗單粒子效應(yīng)性能。
在讀狀態(tài)下，檢測待測存儲器的數(shù)據(jù)輸出端，并將接收到的數(shù)據(jù)與在寫狀態(tài)下向 待測存儲器器件寫入的測試向量進(jìn)行比較，若不一致則認(rèn)為發(fā)生翻轉(zhuǎn)，并將翻轉(zhuǎn)的地址及 地址數(shù)據(jù)，翻轉(zhuǎn)總數(shù)記錄下來。
在不讀不寫狀態(tài)下，被測存儲器件處于復(fù)位狀態(tài)。
輻照過程中，若選擇動態(tài)試驗(yàn)，則待測存儲器處在讀狀態(tài)，單粒子翻轉(zhuǎn)發(fā)生后，則 將錯(cuò)誤地址重新寫入正確的值，同時(shí)將單粒子翻轉(zhuǎn)情況進(jìn)行記錄；若選擇靜態(tài)試驗(yàn)，則將測 試向量寫入待測存儲器的各個(gè)地址單元后，使得待測存儲器處在不讀不寫狀態(tài)直至輻照結(jié) 束，然后將待測存儲器的各地址單元的數(shù)據(jù)一次讀出并統(tǒng)計(jì)單粒子翻轉(zhuǎn)情況。在進(jìn)行單粒 子翻轉(zhuǎn)測試的同時(shí)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測器件的工作電流，一旦器件工作電流發(fā)生異常(超過正常 工作電流的1. 5倍)則認(rèn)為發(fā)生閂鎖。
具體的工作流程如下
(I)工作模式選擇如果被測器件為同步存儲器電路則需要確定器件的工作時(shí)鐘 頻率、讀或?qū)懣刂?、動態(tài)測試和靜態(tài)測試選擇、測試向量選擇(寫“00”、“FF”、“55”，“AA”， “55”+ “AA”，“00”+ “FF”，MARCH等)；如果被測器件為異步存儲器電路時(shí)則需要確定讀或 寫控制、動態(tài)測試和靜態(tài)測試選擇、測試向量選擇；
(2)配置存儲器電路為寫狀態(tài)，將測試向量寫入存儲器電路的各個(gè)地址單元，完 成初始化配置，打開束流開始輻照，若為動態(tài)測試，跳轉(zhuǎn)步驟(3)，若為靜態(tài)測試，跳轉(zhuǎn)步驟(4)；
(3)將存儲器電路的工作狀態(tài)設(shè)為讀狀態(tài)，將存儲器電路的各個(gè)地址單元存儲的 數(shù)據(jù)讀出并與寫入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若比較錯(cuò)誤則將錯(cuò)誤計(jì)數(shù)加I并將錯(cuò)誤地址的數(shù)據(jù)改寫 為正確數(shù)據(jù)，同時(shí)將錯(cuò)誤地址和數(shù)據(jù)及錯(cuò)誤計(jì)數(shù)記錄下來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。
單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方法如下
在數(shù)據(jù)處理過程中，同一地址單元i翻轉(zhuǎn)前的數(shù)據(jù)Si的每一位取反與Si翻轉(zhuǎn)后 的數(shù)據(jù)Si+ι的相應(yīng)位相與，得到相應(yīng)的一組新數(shù)據(jù)序列T(i，j)，設(shè)j為存儲器單元的數(shù)據(jù) 位數(shù)，那么若T(i，j)的值為I，則地址單元i中的j位的數(shù)據(jù)發(fā)生了 0->1翻轉(zhuǎn)；若T(i，j) 的值為0，則地址i中的j位的數(shù)據(jù)沒有發(fā)生0->1翻轉(zhuǎn)。
同理，同一地址單元i翻轉(zhuǎn)前的數(shù)據(jù)Si的每一位與Si翻轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)Si+Ι的相 應(yīng)位的非相與，得到相應(yīng)的一組新數(shù)據(jù)序列K(i，j)，設(shè)j為存儲器單元的數(shù)據(jù)位數(shù)，那么若 K(i, j)的值為I，則地址單元i中的j位的數(shù)據(jù)發(fā)生了 1->0翻轉(zhuǎn)；若1((1，j)的值為0，則地址單元i中的j位的數(shù)據(jù)沒有發(fā)生1->0翻轉(zhuǎn)。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)的T(i，j)和K(i，j)兩組數(shù)據(jù)再對多位翻轉(zhuǎn)進(jìn)行分析，若對于同一地址 單元i有多位數(shù)據(jù)發(fā)生翻轉(zhuǎn)(j有多個(gè)取值)，或者同一條地址線上有多個(gè)存儲單元的數(shù)據(jù) 發(fā)生反轉(zhuǎn)，則定義為該地址發(fā)生多位翻轉(zhuǎn)，并分別統(tǒng)計(jì)發(fā)生2位翻轉(zhuǎn)，3位翻轉(zhuǎn)，4位翻轉(zhuǎn)或 以上的次數(shù)，這能夠更加全面的分析單粒子效應(yīng)對存儲器電路功能的影響，有利于提升存 儲器電路的抗輻射性能。
(4)將存儲器電路的工作狀態(tài)配置為不讀不寫狀態(tài)(若為同步存儲器電路則時(shí)鐘 信號停止)，累計(jì)輻照粒子達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后停止輻照，(若為同步存儲器電路則恢復(fù)同步時(shí)鐘信 號)，順序讀出存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)并與寫入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤數(shù)并記錄。
本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種存儲器電路的通用單粒子效應(yīng)檢測方法，其特征在于步驟如下(1)配置待測儲器電路為寫狀態(tài)，對于同步存儲器電路還需要確定其工作時(shí)鐘頻率；(2)選擇測試向量并將測試向量寫入待測存儲器電路的各個(gè)地址單元，然后將待測存儲器電路置于輻照環(huán)境中開始輻照；在輻照過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測待測存儲器電路的工作電流直至測試結(jié)束，當(dāng)工作電流發(fā)生異常并超過正常工作電流的1. 5倍時(shí)判定發(fā)生閂鎖；(3)選擇是進(jìn)行動態(tài)測試或者靜態(tài)測試，若為動態(tài)測試則進(jìn)入步驟(4)，若為靜態(tài)測試則進(jìn)入步驟(6)；(4)將待測存儲器電路配置為讀狀態(tài)，將待測存儲器電路的各個(gè)地址單元存儲的數(shù)據(jù)讀出并與寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將比較結(jié)果不一致的地址單元的數(shù)量作為總錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，然后進(jìn)入步驟(5)；(5)對于比較結(jié)果不一致的各地址單元均進(jìn)行以下操作，記被操作的地址單元為地址單元i，(51)將地址單元i的寫入數(shù)據(jù)Si的每一位取反并和地址單元i的讀出數(shù)據(jù)Si+Ι的相應(yīng)位進(jìn)行邏輯與的操作，得到相應(yīng)的一組數(shù)據(jù)序列T(i，j)，其中i代表該地址單元，j為該地址單元的數(shù)據(jù)位數(shù)，若T(i，j)的值為1，則判定地址單元i中的第j位的數(shù)據(jù)發(fā)生了 0->1的翻轉(zhuǎn)；若T(i，j)的值為0，則判定地址單元i中的第j位的數(shù)據(jù)沒有發(fā)生0->1翻轉(zhuǎn);(52)將地址單元i的寫入數(shù)據(jù)Si的每一位和地址單元i的讀出數(shù)據(jù)Si+Ι的相應(yīng)位的非進(jìn)行邏輯與的操作，得到相應(yīng)的一組數(shù)據(jù)序列K(i，j)，若K(i，j)的值為1，則判定地址單元i中的第j位的數(shù)據(jù)發(fā)生了 1_>0翻轉(zhuǎn)；若K(i，j)的值為0，則判定地址單元i中的第j 位的數(shù)據(jù)沒有發(fā)生1_>0翻轉(zhuǎn)；(53)分別統(tǒng)計(jì)T(i，j)和K(i，j)兩組數(shù)據(jù)序列，根據(jù)數(shù)據(jù)序列中j的取值情況，得到地址單元i發(fā)生2位或者2位以上數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)的情況，結(jié)束測試；(6)將待測存儲器電路配置為不讀不寫狀態(tài)，對于同步存儲器電路還需要設(shè)定其時(shí)鐘信號停止，當(dāng)輻照過程中的累計(jì)輻照粒子達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后停止輻照；對于同步存儲器電路設(shè)定其時(shí)鐘信號回復(fù)，然后順序讀出待測存儲器電路各地址單元內(nèi)的數(shù)據(jù)并與寫入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對于異步存儲器電路則直接順序讀出待測存儲器電路各地址單元內(nèi)的數(shù)據(jù)并與寫入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將比較結(jié)果不一致的地址單元的數(shù)量作為總錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，結(jié)束測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種存儲器電路的通用單粒子效應(yīng)檢測方法，其特征在于 所述的測試向量為“00”，“FF”，“55”，“AA”，“55”+ “AA，，，“00，，+ “FF”，或者 MARCH。
全文摘要
一種存儲器電路的通用單粒子效應(yīng)檢測方法，步驟為(1)配置待測存儲器為寫狀態(tài)并寫入測試向量，然后將待測存儲器置于輻照環(huán)境中；(2)若進(jìn)行動態(tài)測試，則將待測存儲器配置為讀狀態(tài)，將各地址單元存儲的數(shù)據(jù)讀出并與寫入數(shù)據(jù)比較，將比較結(jié)果不一致的地址單元的數(shù)量作為總錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，并進(jìn)一步分析各地址單元發(fā)生2位或以上數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)的情況；(3)若是靜態(tài)測試，則將待測存儲器配置為不讀不寫狀態(tài)，當(dāng)輻照過程中的累計(jì)輻照粒子達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，順序讀出各地址單元內(nèi)的數(shù)據(jù)并與寫入數(shù)據(jù)比較，將比較結(jié)果不一致的地址單元的數(shù)量作為總錯(cuò)誤計(jì)數(shù)。在輻照過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測待測存儲器的工作電流，當(dāng)工作電流超過正常工作電流的1.5倍時(shí)判定發(fā)生閂鎖。
文檔編號G11C29/44GK103021469SQ201210512620
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者陳莉明, 董攀, 鄭宏超, 范隆, 岳素格, 陸時(shí)進(jìn), 杜守剛, 馬建華, 王煌偉, 陳茂鑫, 文圣泉, 畢瀟 申請人:北京時(shí)代民芯科技有限公司, 北京微電子技術(shù)研究所