[发明专利]一种微控制器总剂量辐照失效单元实验判定系统及方法

说明书

本发明涉及一种微控制器总剂量辐照失效单元实验判定系统及方法，所述实验判定系统包括被测微控制器、数据采集单元、通讯和供电单元、上位机、准直定位照射单元、跟随剂量计和屏蔽体；所述实验判定方法采用同一型号、同一批次的微控制器分为三组实验样品，进行单一变量控制实验。本发明提供的微控制器总剂量辐照失效单元实验判定系统及方法能够通过控制单一实验变量来分辨微控制器的内部失效单元，确定微控制器的辐照敏感部位，弥补传统功能校验方法的不足。

技术领域

本发明属于电子器件辐照效应研究技术领域，具体涉及一种微控制器总剂量辐照失效单元实验判定系统及方法。

背景技术

半导体电子器件应用于电离辐射环境时，其内部因电离辐射能量沉积而产生的电子-空穴对会发生复合、输运、俘获等一系列物理过程，最终产生单粒子效应、瞬态剂量率效应、总剂量效应等3类不同的辐照效应；其中，微控制器(MCU)的总剂量效应是核能与核技术领域主要关注的问题之一。作为一种可编程类大规模集成芯片，微控制器功能丰富、内部结构复杂，在受到辐射照射时很难通过有限的外部引脚全面反映其内部结构电学参数的变化；因此通常需要利用功能校验方法来开展微控制器的总剂量效应实验，以研究其耐辐照能力和辐照失效模式，为微控制器的抗辐射加固和实际应用中的失效管理提供依据。

功能校验方法的基本思路是，被测微控制器在辐照实验过程中持续运行特定功能的预载程序，通过实时检测预载程序运行是否正常来判断被测样品的辐照损伤。目前的实验研究结果显示：随着受照总剂量的增加，微控制器会在达到一定阈值剂量后出现功耗电流增加、内部存储器位错等现象(此时预载程序功能仍正常运行)，直至发生功能失效、测试系统再不能获取预载程序运行状态；但是微控制器功能失效通常是一个突变过程，功能校验方法只能从宏观上判断是否失效，无法获取更为详细的信息来分辨引起失效的内部功能单元。

发明内容

针对现有功能校验方法的不足，本发明提供一种微控制器总剂量辐照失效单元实验判定系统及方法，通过微控制器功能状态、模拟输出校验与准直照射相结合的方式，控制单一实验变量来分辨微控制器内部失效单元。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种微控制器总剂量辐照失效单元实验判定系统，所述实验判定系统包括被测微控制器、数据采集单元、通讯和供电单元、上位机、准直定位照射单元、跟随剂量计和屏蔽体；

所述被测微控制器预载功能校验程序，将片内存储器、模数转换器的输出量或状态量进行编码后发送到数据采集单元，将发送的编码数据作为功能状态判断源数据；

数据采集单元具备多通道数字和模拟信号采集功能，实时采集被测微控制器输出的编码数据以及指定引脚输出的模拟信号，并通过通讯单元传输到上位机进行分析；

跟随剂量计采用小体积的被动式探测器，紧靠被测微控制器放置以测量其累积受照剂量；

屏蔽体置于被测微处理器和数据采集单元之间；

准直定位照射单元采用屏蔽准直孔结构，置于被测微处理器和辐照源之间，准直定位照射单元上对应微处理器位置处设有第一准直孔；

准直定位照射单元上对应跟随剂量计位置处设有第二准直孔。

进一步地，所述屏蔽体采用大于4cm的铅当量厚度。

进一步地，所述准直定位照射单元的屏蔽部分的铅当量厚度大于4cm。

进一步地，第一准直孔与第二准直孔的尺寸相同。

进一步地，在微控制器初始化时，通过配置寄存器将内部时钟源的脉冲信号通过指定输出引脚，指令片内数模转换器输出一个固定频率的正交伪随机信号到指定输出引脚；在初始化完成后，时钟信号和正交伪随机信号的输出将不再受预载程序运行状态的影响。