正確評估ADC的惡劣條件

高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是太空中使用的許多衛(wèi)星和其他系統(tǒng)的組成部分。重要的是要了解這些設(shè)備在惡劣的太空環(huán)境中如何響應(yīng)，重離子可能會反復(fù)撞擊。檢測算法可以充分識別低速精密SAR ［逐次逼近寄存器］ ADC中的單事件效應(yīng)（SEE），即單事件瞬變（SET）和單事件功能中斷（SEFI），而無需用戶可配置寄存器。此信息可用于充分確定ADC對空間應(yīng)用的適用性。

使用檢測算法來評估高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）在太空中的表現(xiàn)，將ADC置于一組實(shí)際工作條件下，以符合其實(shí)際使用情況的方式測試器件。應(yīng)用此方法要求ADC在其輸入電壓范圍的中間使用模擬輸入工作。這種格式可以檢測正向和負(fù)向的瞬態(tài)事件。在輸入電壓范圍中間工作器件與實(shí)際應(yīng)用中器件的正常工作一致，因?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用都需要最大的輸入信號范圍。

ADC數(shù)字輸出代碼的觀察可以通過邏輯分析儀或FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）進(jìn)行。此處提供的示例重點(diǎn)介紹如何使用邏輯分析器執(zhí)行此方法。該方法旨在檢測數(shù)字輸出代碼超過指定閾值的任何事件。根據(jù)此類事件的長度，可以確定這些事件是 SET 還是 SEFI ［單事件瞬態(tài)或單事件功能中斷］。用于事件檢測的閾值特定于設(shè)備，取決于許多因素。其中一些因素包括分辨率和固有ADC噪聲以及環(huán)境噪聲因素。在施加輻射之前，必須在SEE測試設(shè)施中進(jìn)行校準(zhǔn)運(yùn)行，以確定預(yù)期的代碼和適當(dāng)?shù)臋z測閾值范圍。

至少，應(yīng)在 1 至 86 MeV?cm2/mg 的 LET ［線性能量轉(zhuǎn)移］ 值范圍內(nèi)使用至少四個重離子進(jìn)行 SEE 測試。使用至少四個重離子進(jìn)行測試可提供足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)來生成合適的威布爾擬合曲線（以顯示概率）。在沒有觀察到SEE的最低LET值下，無需在任何較低的LET值下進(jìn)行測試。

此處的方法可以有多個實(shí)現(xiàn)。這里的主要重點(diǎn)是利用邏輯分析儀，但檢測算法也可以在FPGA中實(shí)現(xiàn)。ADC的輸出數(shù)據(jù)以并行格式輸入到邏輯分析儀。由于大多數(shù)低速精密SAR ADC使用SPI［串行外設(shè)接口］總線進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，因此必須收集每個數(shù)據(jù)位并將其組合在一起以形成采樣字。板載復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）或類似邏輯器件可以向ADC提供轉(zhuǎn)換開始信號和串行數(shù)據(jù)時鐘，并執(zhí)行串行到并行轉(zhuǎn)換。

什么用來測試？

邏輯分析儀提供一到四條并行端口輸入總線，足以滿足大多數(shù)測試用例的需求。本例使用了 14 位精密 SAR ADC 和是德科技 16861A 邏輯分析儀。該邏輯分析儀提供兩個 16 位并行總線輸入，每個輸入都有一個時鐘輸入。邏輯分析儀設(shè)置為在每個樣本的基礎(chǔ)上檢測指定窗口之外的代碼偏差 （SET）。該SET檢測算法可識別單個樣本瞬變以及連續(xù)樣本瞬變。圖1顯示了ADC的完整輸出代碼范圍，其中輸出代碼示例圖為綠色，示例SET閾值為藍(lán)色。示例瞬態(tài)事件以紅色突出顯示。（圖 1。

［圖1 |圖：單事件瞬態(tài)（SET）檢測窗口。

邏輯分析儀軟件設(shè)置為自動記錄檢測到SET事件的時間。需要額外的單獨(dú)軟件來執(zhí)行數(shù)據(jù)的后處理，以根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)和時間確定單個和多個樣本事件的數(shù)量和幅度。

在任何SET運(yùn)行之前，應(yīng)觀察每個設(shè)備，不施加輻射以找到合適的SET窗口。窗口的設(shè)置應(yīng)使其剛好高于ADC的固有噪聲電平和來自測試環(huán)境的任何噪聲。在以下示例中，窗口設(shè)置為 ±8 個代碼，以平均中間代碼 8200 為中心。將ADC輸入設(shè)置為中間電平代碼，可以在正方向和負(fù)方向上觀察到瞬態(tài)偏移。為了正確設(shè)置邏輯分析儀，可以使用是德科技168161邏輯分析儀的高級觸發(fā)功能，如圖 2 所示進(jìn)行訪問。

［圖2 |圖：是德科技邏輯分析儀的高級觸發(fā)功能。

選擇高級觸發(fā)器菜單

需要注意的是，高級觸發(fā)操作中的每個步數(shù)對應(yīng)于一個輸入時鐘周期。這將樣品的處理限制在邏輯分析儀中的簡單檢測，但如前所述，使用外部軟件來處理數(shù)據(jù)。高級觸發(fā)菜單在檢測窗口中設(shè)置。當(dāng)樣本在此指定范圍內(nèi)時，邏輯分析儀不存儲樣本。使用計數(shù)器功能，可以編程為所需的最大SET數(shù)。（圖 3。

［圖3 |圖：Keysight 16861A 邏輯分析儀上的高級觸發(fā)菜單設(shè)置。

在測試操作期間的任何時候，都可以停止邏輯分析儀中算法的執(zhí)行，此時存儲的樣本將保存到文件中;也就是說，如果已達(dá)到最大通量但尚未達(dá)到最大計數(shù)。此步驟通過單擊運(yùn)行/停止菜單下的“停止”來完成。（圖 4。

［圖4 |圖為：運(yùn)行/停止菜單選擇。

邏輯分析儀必須配置為捕獲適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)并將其保存到已知位置。這是在運(yùn)行/停止菜單下選擇的，如圖 5 所示。從運(yùn)行/停止菜單中選擇運(yùn)行屬性選項(xiàng)，以指定當(dāng)高級觸發(fā)器檢測到超出指定閾值的樣本時捕獲的內(nèi)容。在此窗口中，邏輯分析器指定在每次采集后保存，在運(yùn)行之間遞增文件名，并在 10 次采集后停止運(yùn)行（此停止主要只是一種預(yù)防措施，因?yàn)橹恍枰淮尾杉?。此外，還指定了數(shù)據(jù)的文件位置和文件類型。記錄的數(shù)據(jù)包括波形中的所有數(shù)據(jù)，包括違反閾值的樣本以及每個數(shù)據(jù)點(diǎn)的時間戳。將時間戳與數(shù)據(jù)一起保存可提供每個 SET 的長度。此步驟通過使用軟件計算時間戳之間的時間增量來查找記錄的SET事件之間的采樣周期數(shù)，從而識別單樣本和多樣本事件。（圖 5。

［圖5 |圖為：運(yùn)行屬性菜單選擇。

如果計數(shù)器達(dá)到最大值，則可以識別 SEFI 事件。如果發(fā)生這種情況，則使用邏輯分析儀中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)捕獲對ADC輸出代碼進(jìn)行二次讀取。如果ADC輸出代碼保持在預(yù)期窗口之外的值，則可能發(fā)生SEFI。確定此條件后，應(yīng)執(zhí)行設(shè)備的重置（如果可用）。重置后，將執(zhí)行另一個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)捕獲以查看條件是否已修復(fù)。否則，應(yīng)執(zhí)行電源循環(huán)，然后進(jìn)行另一次標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集。如果ADC輸出代碼仍未返回到預(yù)期范圍，則ADC可能會造成永久性損壞。

此測試完成的內(nèi)容

該測試方法可檢測精密SAR ADC的SET和SEFI，這意味著可以識別單樣本瞬態(tài)事件、多樣本瞬態(tài)事件和SEFI。該測試方法練習(xí)并觀察ADC的整個范圍，以模擬實(shí)際應(yīng)用的體驗(yàn)。使用該方法的測試結(jié)果可以通過繪制飽和橫截面的威布爾擬合曲線并使用CRèME96模型在適當(dāng)?shù)能壍郎项A(yù)測ADC的SEE性能。

審核編輯：郭婷