[发明专利]一种基于内部脉冲注入的单粒子瞬态效应评估系统

说明书

技术领域

本发明属于FPGA可靠性技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于内部脉冲注入的单粒子瞬态效应评估系统。

背景技术

在空间辐射环境中，当高能粒子撞击半导体晶体管中反偏的P-N结时，由于直接电离或者核反应会产生高密度的电子空穴对，这些电子空穴对在偏置电场的作用下会基于扩散和漂移的作用被晶体管的漏极所吸收。如果这个过程作用在SRAM等存储器件中时，存储器件的逻辑状态可能由于电荷的收集而发生0-1或者1-0的变化，这种现象称为单粒子翻转；当所产生的电荷被多个存储器件的敏感节点所收集时就会引起单粒子多位翻转。如果这一过程发生在组合逻辑电路中，高能粒子撞击所产生的电荷会作用于一个或多个逻辑门的输出端，并对输出端电容进行充电或放电，从而形成单粒子瞬态或单粒子多瞬态。

在微米级工艺技术下，单粒子翻转和单粒子多位翻转是数字集成电路发生软错误的两种主要表现形式。但是，随着集成电路工艺的不断发展，工艺制造水平已进入集成电路线宽的深亚微米及纳米级时代，由组合逻辑电路中的单粒子瞬态脉冲所引起的软错误所占的比例越来越大。对电路中单粒子瞬态进行评估，从而有效的针对电路的最敏感部分进行加固，是确保器件正常工作的重要手段。

故障注入评估作为一种灵活方便、便宜有效的方法广泛应用于可靠性评估领域。故障注入评估方法主要有物理注入评估法，软件仿真评估法和FPGA模拟故障评估法。物理注入评估法通常使用重离子辐射及引脚级注入的物理方法引入故障，此方法的优点是实验结果与实际结果最为接近，但需要昂贵的实验设备且故障注入点难以精确控制；软件仿真评估法虽然具有很好的观察性和可控性，但是其和真实器件电路仍有一点差别，仿真时间长；FPGA模拟故障评估法是基于硬件电路的实验评估方法，它既具有物理故障注入的快速性、真实性，又具有仿真故障注入的可控性，是目前来说十分有效的故障评估手段。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于内部脉冲注入的单粒子瞬态效应评估系统，通过对待测电路所有逻辑门添加脉冲注入单元，来实现测试电路的敏感性评估。

为实现上述发明目的，本发明一种基于内部脉冲注入的单粒子瞬态效应评估系统，其特征在于，包括：PC上位机和评估FPGA；

所述PC上位机用于向评估FPGA发起故障注入开始指令，并接收评估FPGA上传的比较结果、错误发生统计次数和故障发生位置信息；

所述评估FPGA包括系统控制模块、输入测试向量模块、模拟故障测试电路、标准测试电路、结果分析模块和UART模块；

其中，所述输入测试向量模块由片内ROM组成，用于保存已确定的输入测试向量；所述标准测试电路为未修改的待测试电路，所述模拟故障测试电路为在待测试电路的逻辑门输入处添加一脉冲注入单元链；所述脉冲注入单元链由多个脉冲注入单元组成，每个脉冲注入单元均有一个D触发器、一个二选一选择器、一个与门和一个异或门组成；

系统控制模块通过UART模块接收到PC上位机下发的故障注入开始指令后，向输入测试向量模块发送测试输入向量查询地址，向模拟故障测试电路发送使能信号SE、移位信号SI和脉冲信号，同时对模拟故障测试电路进行脉冲注入测试；

当测试输入向量模块接收到测试输入向量查询地址后，生成测试输入向量查询地址对应的输入测试向量，再将输入测试向量分别作为模拟故障测试电路和标准测试电路的输入激励，输入到模拟故障测试电路和标准测试电路中；

模拟故障测试电路接收到系统控制模块发出的使能信号SE、移位信号SI和脉冲信号后，将使能信号SE和脉冲信号分别输入到脉冲注入单元链中的SE和INJECT端口，移位信号SI输入到脉冲注入单元链中第一个脉冲注入单元的SI端口，时钟信号CLK，接D触发器的CLK端；当使能信号SE信号为高电平且时钟信号CLK到来时，通过二选一选择器向脉冲注入单元链中第一个脉冲注入单元的D触发器写入逻辑值1，从而进行第一个逻辑门的单粒子瞬态脉冲注入；待完成第一个逻辑门的单粒子瞬态脉冲的注入后，向第一个脉冲注入单元的D触发器写入逻辑值0，并将第一个脉冲注入单元的D触发器的前一逻辑值移位到第二个脉冲注入单元的D触发器，按照第一个逻辑门的方法进行第二个逻辑门的单粒子瞬态脉冲注入，并以此类推，以后每次都向第一个脉冲注入单元的D触发器中写入逻辑值0，将前一个脉冲注入单元的D触发器的前一逻辑值移位到后一个脉冲注入单元的D触发器，完成向每个逻辑门的单粒子瞬态脉冲注入；模拟故障测试电路和标准测试电路根据接收到的单粒子瞬态脉冲和输入测试向量进行电路输出，再输出结果发送给结果分析模块；