[发明专利]一种基于替代模型的单粒子瞬态效应注入方法

摘要

本发明公开了一种基于替代模型的单粒子瞬态效应注入方法，该方法采用双指数模型在器件层对被测电路单粒子瞬态效应进行建模，分别建立被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性的模拟脉冲信号形式、梯形脉冲信号形式和数字脉冲信号形式替代模型；通过设置模拟、梯形或数字脉冲信号注入模式，构建相应模式下被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性的替代模型，生成相应模式下的注入波形，完成对不同模式单粒子瞬态脉冲的注入。本发明无需专用测试设备，也不改变被测器件/电路的物理特性，可完成对单个器件和电路结构不同单粒子瞬态效应表现形式的注入，为电路加固技术、实时故障诊断、隔离和容错技术的研究提供较为真实可靠的故障模拟环境。

主权项

一种基于替代模型的单粒子瞬态效应注入方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采用双指数模型在器件层对被测电路单粒子瞬态效应进行建模；根据对被测电路在物理层进行单粒子瞬态效应模拟的实际脉冲特性曲线，确定单粒子瞬态效应双指数模型中各个参数，获得被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性的模拟脉冲信号形式双指数模型；作出双指数模型的模拟脉冲信号特性曲线；步骤二：针对步骤一所述模拟脉冲信号形式双指数模型，求取其近似脉冲宽度所对应的起止时刻；作出其特性曲线的近似包络线；分别建立被近似包络线所包围的截尾特性曲线与近似包络线的数学模型；分别建立被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性的模拟与梯形脉冲信号形式替代模型；步骤三：针对步骤二所述梯形脉冲信号形式替代模型，设置其脉冲注入的触发控制机制；求解其脉冲注入触发时刻和注入结束时刻值；将其进行离散化、矩形化处理，建立被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性的数字脉冲信号形式替代模型；步骤四：根据测试需求，设置注入模式：模拟脉冲信号模式、梯形脉冲信号模式和数字脉冲信号模式，设置相应模式下的相关参数，构建相应模式下的替代模型，生成相应模式下的注入波形，进行相应模式的单粒子瞬态脉冲注入；所述步骤一包括以下子步骤：步骤1：采用双指数模型在器件层级对被测电路单粒子瞬态效应进行建模，公式为：式中：a(t)为单粒子瞬态效应幅值系数；p1(t)和p2(t)为单粒子瞬态效应时间系数，通过设置不同参数a(t)、p1(t)和p2(t)，获得不同脉冲宽度和幅度、不同单粒子瞬态效应表现形式的模拟脉冲信号；步骤2：根据对被测电路在物理层进行模拟获得的单粒子瞬态效应实际外部特性fR(t)曲线，采取曲线拟合的方法确定单粒子瞬态效应双指数模型中各个参数值a(t)、p1(t)和p2(t)分别为A、P1和P2，代入公式1，得到单粒子瞬态效应的模拟脉冲信号形式fBE(t)，公式为：公式2用作被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性fR(t)的模拟脉冲信号形式双指数模型；步骤3：以时间t为横坐标、fBE(t)为纵坐标，画出模拟脉冲信号fBE(t)的特性曲线，其脉冲峰值为Ap＝fBE(tp)，tp为模拟脉冲信号取得峰值的时刻；所述的步骤二中包括以下子步骤：步骤1：求取模拟脉冲信号形式双指数模型fBE(t)的近似脉冲宽度所对应的起止时刻；令：式中脉冲宽度系数k＝1,…,N，N取的正整数，Δ为截尾系数，取0.1％～1％；对应每一个k值，求解公式2，得到2个解值tk1、tk2，这2个解即为直线与fBE(t)特性曲线的交点所对应的时刻；设对应每一个k时的脉冲宽度为τk＝tk2‑tk1，则定义双指数模型fBE(t)生成的模拟脉冲信号的近似脉冲宽度为：式中max{}表示取最大值；将k从1开始依次取值(k≤N)，求出tk1、tk2，计算对应的脉冲宽度τk＝tk2‑tk1，在满足约束条件的情况下，获得τk的最大值；记录此时的K值为kmax、脉冲宽度τk的最大值为脉冲宽度最大值所对应的起止时刻为即为直线与fBE(t)特性曲线的交点所对应的时刻；于是，得到近似脉冲宽度为近似脉冲宽度所对应的起止时刻为步骤2：作出模拟脉冲信号形式双指数模型fBE(t)的特性曲线的近似包络线，获得近似包络线的4个顶点坐标；在模拟脉冲信号fBE(t)的特性曲线上，作出4条直线分别为：1)过点作1条fBE(t)曲线，即脉冲的上升部分的外切线L1；2)过(tp,Ap)点作1条平行于横坐标轴t轴的直线L2；3)过点作1条fBE(t)曲线，即脉冲的下降部分的外切线L3；4)过点与点作1条直线L4，这4条直线的交点BDEF构成1个梯形包络线，近似地将模拟脉冲信号fBE(t)的BApF段特性曲线包含其中；获得近似包络线的4个顶点坐标，分别记为：D(tD,Ap)、E(tE,Ap)、步骤3：建立被近似包络线所包围的截尾特性曲线BApF与近似包络线BDEF的数学模型；(1)在模拟脉冲信号fBE(t)的特性曲线上，从F点处开始截去双指数模型fBE(t)特性曲线尾部取被近似包络线所包围的BApF段曲线，建立BApF段曲线的数学模型，公式为：(2)根据近似包络线的4个顶点坐标，建立近似包络线BDEF的数学模型，公式为：步骤4：建立被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性fR(t)的模拟与梯形脉冲信号形式替代模型；将近似包络线BDEF的BF底边作为新的时间轴t'，并将点作为新时间轴t'的原点，得到单粒子瞬态效应的模拟、梯形脉冲信号形式fSA(t)、fST(t)，公式分别为：公式7、8分别用作被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性fR(t)的模拟、梯形脉冲信号形式替代模型；所述的步骤三中包括以下子步骤：步骤1：设置脉冲注入的触发控制机制；设置单粒子瞬态效应的梯形脉冲信号形式fST(t)的注入触发控制机制，公式为：式中FTH为触发阈值，τ1,τ2分别为单粒子瞬态脉冲的注入触发时刻、注入结束时刻；步骤2：获得脉冲注入触发时刻和注入结束时刻值；联立公式8与公式9求解，得到注入触发时刻τ1、注入结束时刻τ2的解，公式为：步骤3：建立单粒子瞬态效应物理层实际外部特性fR(t)的数字脉冲信号形式替代模型；设被测系统时钟周期，即采样周期为TS，将梯形脉冲信号形式fST(t)离散化，公式为：fST(nTS)＝fST(t)*δ(t)    公式11其中δ(t)为单位冲激函数，n是以为采样频率得到的离散点数，n＝1,2,3,…；将离散化的梯形脉冲形式fST(nTS)进行矩形化处理，取注入触发时刻、注入结束时刻分别为τ1、τ2，有效脉冲宽度为We＝τ2‑τ1，得到单粒子瞬态效应的数字脉冲信号形式fSD(n)，公式为：其中表示向‑∞取整；公式12用作被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性fR(t)的数字脉冲信号形式替代模型；所述的步骤四中包括以下步骤：步骤1：设置脉冲注入的模式为：“0”,“1”,“2”模式，分别表示单粒子瞬态效应注入模式为模拟脉冲信号模式、梯形脉冲信号模式和数字脉冲信号模式；步骤2：根据测试需求，选定注入模式，设置相应模式下的相关参数，构建相应模式下的替代模型，生成相应模式下的注入波形，进行相应模式的单粒子瞬态脉冲注入；具体包括如下内容：(1)设置为“0”模式：首先，按照公式2设置参数集合[A P1 P2]中所有参数，作出单粒子瞬态效应的模拟脉冲信号形式fBE(t)的特性曲线及其近似包络线，建立被近似包络线所包围的截尾特性曲线的数学模型fBEC(t)；然后，按公式7设置参数集合中所有参数，构建单粒子瞬态效应的模拟脉冲信号形式替代模型，生成注入波形fSA(t)，对被测电路进行注入；(2)设置为“1”模式：首先，按照公式2设置参数集合[A P1 P2]中所有参数，作出单粒子瞬态效应的模拟脉冲信号形式fBE(t)的特性曲线及其近似包络线，建立近似包络线的数学模型fSEn(t)；然后，按公式8设置参数集合中所有参数，构建单粒子瞬态效应的梯形脉冲信号形式替代模型，生成注入波形fST(t)，对被测电路进行注入；(3)设置为“2”模式：首先，按照公式2设置参数集合[A P1 P2]中所有参数，作出单粒子瞬态效应的模拟脉冲信号形式fBE(t)的特性曲线及其近似包络线；然后，按公式8设置参数集合中所有参数，获得单粒子瞬态效应的梯形脉冲信号形式fST(t)；最后，按公式12设置参数集合[τ1,τ2,Ts]中所有参数，构建单粒子瞬态效应的数字脉冲信号形式替代模型，生成注入波形fSD(n)，对被测电路进行注入。