[发明专利]单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，主要应用于半导体器件抗空间单粒子效应能力的验证。

背景技术

当数字电路应用在空间环境中时，空间高能粒子会穿透半导体器件内部并在路径上产生电离，电路节点会吸收电离产生的电子和空穴从而导致电路错误，这种效应称为单粒子效应。地面模拟单粒子效应主要有辐照实验方法和仿真方法，辐照实验方法成本高周期长，仿真方法成本低易实现，成为目前用于验证电路抗单粒子的一种亟待研究的方法。

故障注入方法是验证大规模集成电路VLSI抗空间单粒子效应的一种重要仿真方法，通过选择注入方式、注入故障类型、注入电路位置来注入故障，可用于分析评价电路的容错能力，进而模拟空间单粒子效应。目前在抗空间单粒子效应能力验证技术领域里采用的故障注入方法有多种，它们的主要区别在于如何产生逻辑翻转(硬件实现还是软件仿真)、产生一个什么样的逻辑翻转(翻转类型)和电路的网格节点如何划分(电路节点覆盖率)等方面，它们一个重要的共同点是在触发故障注入的方式上都采用了简单的均匀触发或者遍历节点触发方式。这两种方式的主要不足在于忽视了空间环境的特殊性和电路本身的电特性，不能用于模拟一个实际辐照实验的结果，因而与真实的空间单粒子效应作用结果存在较大误差。空间环境的特殊性中很重要的两点：(1)空间中宇宙高能粒子的线形能量传输(LET)分布是非线形的，而非均匀分布的；(2)空间粒子从不同角度入射产生的能量沉积也是非线形的。

电路本身的电特性在本文中主要指电路不同节点具有不同的电容特性，容性大的节点发生单粒子翻转的翻转阈值大于容性小的节点，因此也存在着单粒子翻转概率在电路节点分布上非均匀分布的特点。

综上所述，目前现有的故障注入方法在验证大规模目标电路的抗单粒子效应，在触发故障注入的方式上采用简单的均匀触发或者遍历节点触发，没有考虑空间环境的特殊性和电路本身的电特性，因而难以贴近真实空间单粒子效应的物理过程，使得故障注入仿真结果与辐照实验产生较大误差，因此为了得到理想的仿真实验结果，需要一种贴近真实空间单粒子效应的故障控制信号产生方法来触发故障注入。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，本发明模拟了空间真实环境，仿真结果贴近真实环境，提高了单粒子故障注入模拟的准确性。

本发明的技术解决方案是：单粒子故障注入模拟的蒙特卡罗随机信号产生装置，其特征在于：由主控计算机和仿真开发板组成，主控计算机内包括空间粒子蒙特卡罗拟合模块、节点电容估算模块和单粒子射程估算模块，仿真开发板包括串口数据转换电路、同步电路、FLASH读写控制模块、FLASH存储器、入射角度选择模块、空间粒子选择模块、电路节点选择模块和故障控制信号生成模块；

空间粒子蒙特卡罗拟合模块，根据空间粒子抽样数据采用蒙特卡罗方法得到空间粒子线形传输能量拟合数据；

节点电容估算模块，根据目标电路的门级HDL代码和目标电路工艺参数估算出目标电路故障注入节点的电容值、势垒宽度和单粒子垂直入射在有源区的深度；

单粒子射程估算模块，根据单粒子入射角度θ范围、θ的等分数θ_num、单粒子垂直入射在有源区的深度估算出目标电路工艺的MOS器件单粒子射程；

同步电路，控制故障控制信号生成模块实现故障控制信号和故障注入时间同步；

串口数据转换电路，连接主控计算机与仿真开发板实现主控计算机与仿真开发板之间的数据转换，并向故障控制信号生成模块转发由主控计算机发出的开始产生故障控制信号；

FLASH读写控制模块，控制空间粒子线形传输能量拟合数据、电路故障注入节点的电容值、MOS器件单粒子射程向FLASH存储器中进行存储；

FLASH存储器，存储空间粒子线形传输能量拟合数据、电路故障注入节点的电容值、MOS器件单粒子射程；

入射角度选择模块，随机生成一个入射角度并选择FLASH存储器中存储的一个MOS器件单粒子射程用于故障注入时估算收集电荷；

空间粒子选择模块，随机选择FLASH存储器中存储的一个空间粒子线形传输能量拟合数据用于故障注入时估算收集电荷；

电路节点选择模块，随机选择FLASH存储器中存储的一个电路故障注入节点的电容值用于故障注入时估算节点临界翻转电荷；