[發明專利]一種微控制器總劑量輻照失效單元實驗判定系統及方法

有效

• 申請號: 202010985912.4
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112213975B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 陳法國;梁潤成;郭榮;李國棟;韓毅
• 申請（專利權）人: 中國輻射防護研究院
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;祝倩

本發明涉及一種微控制器總劑量輻照失效單元實驗判定系統及方法，所述實驗判定系統包括被測微控制器、數據采集單元、通訊和供電單元、上位機、準直定位照射單元、跟隨劑量計和屏蔽體；所述實驗判定方法采用同一型號、同一批次的微控制器分為三組實驗樣品，進行單一變量控制實驗。本發明提供的微控制器總劑量輻照失效單元實驗判定系統及方法能夠通過控制單一實驗變量來分辨微控制器的內部失效單元，確定微控制器的輻照敏感部位，彌補傳統功能校驗方法的不足。

技術領域

本發明屬于電子器件輻照效應研究技術領域，具體涉及一種微控制器總劑量輻照失效單元實驗判定系統及方法。

背景技術

半導體電子器件應用于電離輻射環境時，其內部因電離輻射能量沉積而產生的電子-空穴對會發生復合、輸運、俘獲等一系列物理過程，最終產生單粒子效應、瞬態劑量率效應、總劑量效應等3類不同的輻照效應；其中，微控制器(MCU)的總劑量效應是核能與核技術領域主要關注的問題之一。作為一種可編程類大規模集成芯片，微控制器功能豐富、內部結構復雜，在受到輻射照射時很難通過有限的外部引腳全面反映其內部結構電學參數的變化；因此通常需要利用功能校驗方法來開展微控制器的總劑量效應實驗，以研究其耐輻照能力和輻照失效模式，為微控制器的抗輻射加固和實際應用中的失效管理提供依據。

功能校驗方法的基本思路是，被測微控制器在輻照實驗過程中持續運行特定功能的預載程序，通過實時檢測預載程序運行是否正常來判斷被測樣品的輻照損傷。目前的實驗研究結果顯示：隨著受照總劑量的增加，微控制器會在達到一定閾值劑量后出現功耗電流增加、內部存儲器位錯等現象(此時預載程序功能仍正常運行)，直至發生功能失效、測試系統再不能獲取預載程序運行狀態；但是微控制器功能失效通常是一個突變過程，功能校驗方法只能從宏觀上判斷是否失效，無法獲取更為詳細的信息來分辨引起失效的內部功能單元。

發明內容

針對現有功能校驗方法的不足，本發明提供一種微控制器總劑量輻照失效單元實驗判定系統及方法，通過微控制器功能狀態、模擬輸出校驗與準直照射相結合的方式，控制單一實驗變量來分辨微控制器內部失效單元。

為達到以上目的，本發明采用的技術方案是：提供一種微控制器總劑量輻照失效單元實驗判定系統，所述實驗判定系統包括被測微控制器、數據采集單元、通訊和供電單元、上位機、準直定位照射單元、跟隨劑量計和屏蔽體；

所述被測微控制器預載功能校驗程序，將片內存儲器、模數轉換器的輸出量或狀態量進行編碼后發送到數據采集單元，將發送的編碼數據作為功能狀態判斷源數據；

數據采集單元具備多通道數字和模擬信號采集功能，實時采集被測微控制器輸出的編碼數據以及指定引腳輸出的模擬信號，并通過通訊單元傳輸到上位機進行分析；

跟隨劑量計采用小體積的被動式探測器，緊靠被測微控制器放置以測量其累積受照劑量；

屏蔽體置于被測微處理器和數據采集單元之間；

準直定位照射單元采用屏蔽準直孔結構，置于被測微處理器和輻照源之間，準直定位照射單元上對應微處理器位置處設有第一準直孔；

準直定位照射單元上對應跟隨劑量計位置處設有第二準直孔。

進一步地，所述屏蔽體采用大于4cm的鉛當量厚度。

進一步地，所述準直定位照射單元的屏蔽部分的鉛當量厚度大于4cm。

進一步地，第一準直孔與第二準直孔的尺寸相同。

進一步地，在微控制器初始化時，通過配置寄存器將內部時鐘源的脈沖信號通過指定輸出引腳，指令片內數模轉換器輸出一個固定頻率的正交偽隨機信號到指定輸出引腳；在初始化完成后，時鐘信號和正交偽隨機信號的輸出將不再受預載程序運行狀態的影響。