高速ADC的單事件效應(yīng)(SEE)：單事件瞬態(tài)(SET)

在上一篇文章中討論，高速 ADC 的單粒子效應(yīng) (SEE)：單粒子閂鎖 (SEL)，我們通過觀察閂鎖引起的 SEL 開始討論高速 ADC 的 SEE通過輻射。正如我們所知，通常首先執(zhí)行 SEL 測試，因?yàn)殚V鎖可能具有破壞性。可以采用閂鎖緩解技術(shù)來解決破壞性的 SEL，但這些對策會增加系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。通常希望避免展示 SEL 的設(shè)備，尤其是在 SEL 具有破壞性的情況下。現(xiàn)在讓我們轉(zhuǎn)到下一個 SEE 主題，即單事件瞬變 (SET)。

如果您還記得我 2017 年 12 月的博客，輻射效應(yīng)快速概述，SET 是軟錯誤，它們本質(zhì)上是暫時的，設(shè)備可以自行恢復(fù)，無需重啟或重置設(shè)備。與 SEL 測試不同，測試標(biāo)準(zhǔn)不要求在評估 SET 時為設(shè)備保持較高的外殼溫度。通常，測試在環(huán)境溫度條件下進(jìn)行，同時監(jiān)測和記錄溫度。正如 SEL 測試的情況一樣，SET 評估通常在高達(dá) 80 MeV-cm 2 /mg的能級和 10 7 離子/cm 2的注量下進(jìn)行。在某些情況下，能級可以達(dá)到 ≥ 120 MeV-cm 2/mg 用于 SET 評估。這取決于所需的應(yīng)用和情況。評估仍將完成到 10 7 離子/cm 2的注量。我們將再次了解 AD9246S 14 位 125 MSPS ADC。提醒一下，我在這里再次包含了用于 SEE 測試的設(shè)置圖。

AD9246S 單粒子效應(yīng) (SEE) 測試設(shè)置

SET 測試的目標(biāo)是確定 ADC 出現(xiàn) SET 時的能量水平，以及找到作為 SET 事件飽和點(diǎn)的能量水平。了解瞬變事件的幅度和持續(xù)時間很重要。在將 ADC 暴露于不斷增加的輻射水平并記錄 SET 的數(shù)量、幅度和長度的同時，監(jiān)控設(shè)備的 SET 行為。

就 AD9246S 而言，使用了四種不同的離子，可提供五種不同的能級。下表詳細(xì)列出了用于測試 AD9246S 的離子、離子角和能級。請注意，Xenon 以兩個不同的角度使用了兩次。使用該角度可以在無需更改離子的情況下增加有效的 LET。根據(jù)角度確定 LET 是一個非常簡單的計(jì)算。為了確定氙離子在 43 度角的 LET，0 度角的 LET 除以該角的余弦。在這種情況下，計(jì)算如下：

這是有益的，因?yàn)樗梢怨?jié)省回旋加速器設(shè)施的時間，因?yàn)楦鼡Q離子可能需要 30 分鐘或更長時間。俗話說“時間就是金錢”，設(shè)施按小時收費(fèi)。使用離子角不僅可以節(jié)省一些成本，還可以讓執(zhí)行測試的工程師更有效地利用分配的時間。重要的是要提前正確計(jì)劃并在執(zhí)行測試時有一個好的時間表，以充分利用在設(shè)施中的時間。

表格1

用于 AD9246S SET 測試的離子和 LET

要在查看 SET 時了解測試過程，讓我們看一下測試過程。SET 測試的一般程序類似于用于 AD9246S 的程序。對于此設(shè)備，使用了以下程序：

給 AD9246S 上電。

選擇所需的離子和所需的入射角。

打開離子束，同時觀察、監(jiān)測和記錄電源電流并記錄瞬態(tài)。

當(dāng)記錄到指定數(shù)量的瞬變或注量達(dá)到 10 7離子/cm2時，關(guān)閉光束。

重復(fù)從第 2 步開始的程序，直到 AD9246S 被照射到所需的 LET 范圍（～ 2 MeV-cm2/mg 至 80 MeV-cm2/mg）。

使用步驟 1 至 5 測試剩余的 AD9246S 器件，直到測試完所需數(shù)量的單元。

當(dāng) SET 水平超過噪聲帶的三西格瑪時，AD9246S 在重離子暴露期間的瞬態(tài)響應(yīng)是使用 Xilinx Spartan 6 FPGA 捕獲的。通過對 ADC 的輸出代碼應(yīng)用數(shù)字模板，從比較中去除了 LSB 反射板和設(shè)施噪聲。對于 AD9246S，6 個 LSB 被屏蔽。下面給出了顯示錯誤閾值掩碼（紅色虛線）的可視化表示，以說明瞬態(tài)錯誤。掩碼外的周期必須是多個時鐘周期才能被視為瞬態(tài)。例如，第一個 SET 顯示為具有三個時鐘周期的長度和大于 6 個 LSB 的幅度。

AD9246S 設(shè)置誤差閾值掩碼

通過對 0x3FCO（二進(jìn)制值 = 11 1111 1100 0000）和每個輸出代碼執(zhí)行邏輯與，在數(shù)據(jù)分析中創(chuàng)建了此掩碼。該數(shù)字模板代表大約 1/2 mV 的噪聲和 2 VP-P輸入滿量程范圍。有關(guān)執(zhí)行的每個 SET 測試運(yùn)行的詳細(xì)信息，請參閱AD9246S 單事件效應(yīng)測試報(bào)告的第 13-15 頁。

此信息用于繪制 Weibull 曲線，該曲線顯示 SET 行為與輻射能量水平的可視化表示。使用的能級越多，可用于創(chuàng)建 Weibull 曲線的點(diǎn)就越多，從而更準(zhǔn)確地描述 ADC 的 SET 響應(yīng)。顯然，由于與使用回旋加速器設(shè)備執(zhí)行測試相關(guān)的成本和時間，存在折衷?；叵肷厦娴谋?1，多個 LET 用于測試。這允許生成下面的曲線。該曲線顯示了 SET 開始出現(xiàn)的 LET 起始閾值以及 SET 數(shù)量飽和時的 LET 值，這意味著 SET 數(shù)量不會隨著 LET 的增加而增加。

AD9246S SET 橫截面和威布爾曲線

為威布爾曲線收集和計(jì)算的信息可用于預(yù)測設(shè)備在環(huán)繞地球的各種軌道上的 SET 性能。威布爾曲線用于計(jì)算 SET 發(fā)生的概率以及 SET 發(fā)生的幅度和長度。存在的模型從 Weibull 曲線獲取信息，并提供 SET 事件的概率，該概率取決于設(shè)備在最終系統(tǒng)應(yīng)用中將被放置的軌道。這些模型不僅考慮了軌道，還考慮了最終應(yīng)用中使用的任何屏蔽。這只是拼圖的一部分。

正如我們所討論的，一般的第一步是 SEL 測試，以尋找破壞性的器件閉鎖。我們這里的主題是 SET 測試，它提供有關(guān)器件瞬態(tài)干擾性能的信息。為了全面了解，還有幾個話題需要討論。我們將在 SEE 測試方面研究的下一個主題是單粒子翻轉(zhuǎn) (SEU)。敬請關(guān)注，我們將繼續(xù)更清晰地了解高速 ADC 的 SEE。

彩蛋來了

從基礎(chǔ)到高級的ADC講座，將涵蓋高速ADC設(shè)計(jì)的原理、傳統(tǒng)架構(gòu)和最先進(jìn)的設(shè)計(jì)。第一部分首先回顧了ADC的基本知識，包括采樣、開關(guān)電容和量化理論。接下來，介紹了經(jīng)典ADC架構(gòu)的基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)實(shí)例，如閃存、SAR和流水線ADC。然后，本教程將對混合型ADC架構(gòu)進(jìn)行總體概述，這就結(jié)束了第一部分。在第二部分，首先描述了ADC的度量。然后，介紹混合或非混合架構(gòu)的各種先進(jìn)設(shè)計(jì)。該教程最后將以數(shù)字輔助解決技術(shù)結(jié)束。

審核編輯：湯梓紅