本書由法國TIMA實驗室的RaoulVelazco、法國波爾多第壹大學(xué)的PascalFouillat和巴西南里奧格蘭德聯(lián)邦大學(xué)的RicardoReis共同編著,從環(huán)境、效應(yīng)、測試、評價、加固和預(yù)計等方面全面詳細(xì)介紹了嵌入式系統(tǒng)中的輻射效應(yīng),主要內(nèi)容包括空間輻射環(huán)境、微電子器件中的輻射效應(yīng)、電子器件的在軌飛行異常、多層級故障效應(yīng)評估、基于脈沖激光的單粒子效應(yīng)測試和分析技術(shù)、電路的加固方法及自動化工具、輻射效應(yīng)試驗測試設(shè)備以及數(shù)字架構(gòu)的錯誤率預(yù)計方法等。本書內(nèi)容全面、豐富且針對性強,覆蓋了電子器件及系統(tǒng)輻射效應(yīng)的方方面面。區(qū)別于其他電子系統(tǒng)輻射效應(yīng)論著,本書從工程化的角度論述空間輻射效應(yīng)評估、地面模擬、軟錯誤率預(yù)計等技術(shù)以及國際上目前先進的研究方法論,同時兼具基礎(chǔ)性和理論性。本書適合專業(yè)從事電子器件及系統(tǒng)輻射效應(yīng)研究的科研人員和工程化應(yīng)用的技術(shù)人員閱讀和借鑒;同時,也可為該領(lǐng)域的“新人”(如研究生)提供必備的基礎(chǔ)知識。
適讀人群 :從事電子器件及系統(tǒng)輻射效應(yīng)研究的科研人員和工程化應(yīng)用的技術(shù)人員
隨著微電子器件的特征尺寸不斷減小,集成度不斷提高,電子器件及系統(tǒng)安全可靠性越來越重要,本書就是針對電子器件可靠性這個重要議題而展開的。
從1962年高海拔核測試導(dǎo)致的Telestar衛(wèi)星失效開始,自然或人造輻射可能干擾電子設(shè)備的操作這一事實已被人們所知曉。今天,航天器高度依賴于電子學(xué)。因此,空間輻射效應(yīng)必須在設(shè)計階段就予以考慮,以保證這些項目的高可靠性和安全性要求。即使宇航級器件存在,在設(shè)計和/或制造層面采用所謂的輻射效應(yīng)“加固”,它們相比于同等貨架產(chǎn)品(CommercialOffTheShelf,COTS) 的高成本和低性能導(dǎo)致其用于空間的元器件量產(chǎn)(不是專門設(shè)計用于空間) 是準(zhǔn)強制性的。這給未來任務(wù)的可行性和成功帶來一個巨大挑戰(zhàn):一方面,必須盡可能地理解空間環(huán)境的本質(zhì)和變化性;另一方面,必須評價空間環(huán)境對電子器件的影響,考慮持續(xù)演化的技術(shù)和多種多樣的器件種類。
此外,隨著制造技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,納米電子器件的特點(晶體管的尺寸、操作頻率)導(dǎo)致其潛在地對地球大氣,甚至地面上的粒子敏感。各種各樣應(yīng)用中的大量集成電路產(chǎn)生一個不可忽略的概率:晶體管出現(xiàn)錯誤,統(tǒng)稱為“SEE”
。ǎ樱椋睿纾欤澹牛觯澹睿簦牛妫妫澹悖簦,單粒子效應(yīng)),源于大氣中子與硅中原子核反應(yīng)產(chǎn)生的二次粒子電離。這使得高可靠性/安全性的應(yīng)用必須強制地在應(yīng)用設(shè)計的前期考慮這些問題,引入需要的硬件/軟件錯誤耐受性機制。
估計一個器件或架構(gòu)對輻射的敏感性是深入了解輻射對可靠性/安全性層次影響的強制步驟。這樣一個步驟要求輻射地面測試,即所謂的加速測試,通過輻射裝置,如粒子加速器或激光設(shè)備,和對應(yīng)用環(huán)境建模的軟件工具來執(zhí)行。這樣的估計,尤其對于導(dǎo)致存儲器單元內(nèi)容擾動的單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU),也可能要求實現(xiàn)故障注入;在故障注入中,輻射效應(yīng)的影響在對目標(biāo)器件合適描述可用的層次被考慮;诓皇褂檬鞯墓收献⑷敕椒ǐ@得結(jié)果的實現(xiàn)和利用構(gòu)成了一個寶貴的信息源,涉及應(yīng)用的SEE敏感性估計和一個設(shè)計或架構(gòu)潛在的、應(yīng)被加固的弱點識別。
本書致力于為讀者提供重要的指南,用于處理當(dāng)今空間以及高海拔大氣或地面應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)包括的元器件輻射效應(yīng)。本書包括一系列章節(jié),基于2005年11月20-25日在巴西瑪瑙斯市舉辦的“用于空間的嵌入式系統(tǒng)輻射效應(yīng)國際學(xué)校”
的內(nèi)容。本書共分十二章,前三章分別涉及空間輻射環(huán)境的分析和建模、電子器件輻射效應(yīng)的基礎(chǔ)機理、累積或瞬態(tài)輻射效應(yīng)導(dǎo)致的一系列已知的電子器件飛行異常案例描述。
接著的三章致力于多級錯誤效應(yīng)的評價、輻射對模擬和混合信號電路的影響[轉(zhuǎn)變?yōu)閱瘟W铀矐B(tài)(SET)和單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)]、用于SEU模擬的脈沖激光技術(shù)基理。
后續(xù)的三章涉及輻射效應(yīng)的減緩技術(shù):用于CMOS技術(shù)、保護電路不受輻射效應(yīng)影響的設(shè)計加固(HBD) 方法學(xué),FPGA中的輻射效應(yīng)和相關(guān)的緩和技術(shù),設(shè)計加固自動工具的研究和進展。
最后三章致力于SEE和劑量測試的裝置描述、數(shù)字架構(gòu)錯誤率預(yù)計的測試方法學(xué)和工具以及一個脈沖激光系統(tǒng)用于研究輻射導(dǎo)致的集成電路單粒子瞬態(tài)的可能性。列出了三個案例研究,用于說明這種技術(shù)空間和時間分辨率的優(yōu)點。
。遥幔铮酰欤郑澹欤幔悖铮校幔螅悖幔欤疲铮酰椋欤欤幔,RicardoReis
譯者序
原書前言
第1章 空間輻射環(huán)境1
。.1 空間輻射效應(yīng)1
。.1.1 空間輻射環(huán)境:范艾倫帶、太陽耀斑、太陽風(fēng)和宇宙射線1
。.1.2 劑量效應(yīng):產(chǎn)生原因、對電子器件的影響、輻射強度4
。.1.3 位移效應(yīng):產(chǎn)生原因、對電子器件的效應(yīng)、輻射強度5
。.1.4 重離子效應(yīng):產(chǎn)生原因、對電子器件的效應(yīng)、輻射強度5
1.1.5 質(zhì)子效應(yīng):產(chǎn)生原因(直接或間接)、對電子器件的效應(yīng)、輻射強度6
。.2 其他效應(yīng)7
。.2.1 原子氧:來源和效應(yīng)7
。.2.2 太陽紫外線:來源和效應(yīng)7
。.2.3 微流星體:來源和效應(yīng)8
。.2.4 軌道碎片:來源和效應(yīng)8
參考文獻9
第2章 微電子器件的輻射效應(yīng)10
2.1 引言10
。.1.1 長期效應(yīng)10
。.1.2 瞬態(tài)效應(yīng)11
。.2 MOS器件12
。.2.1 閾值電壓漂移12
2.2.2 退化效應(yīng)14
。.2.3 亞閾斜率15
。.2.4。停希樱疲牛缘男孤╇娏鳎保
。.3 雙極型器件17
2.3.1 簡介17
。.3.2 電流成分17
。.3.3 射-基間耗盡區(qū)的復(fù)合效應(yīng)18
2.3.4 中立基區(qū)的復(fù)合效應(yīng)18
。.3.5 電流增益19
。.4 單粒子效應(yīng)20
2.4.1 引言20
。.4.2 仿真方法21
2.4.3 器件級效應(yīng)22
第3章 電子器件的飛行異常26
第4章 多層級故障效應(yīng)評估61
第5章 模擬和混合信號電路的輻射效應(yīng)79
第6章 單粒子翻轉(zhuǎn)的脈沖激光測試技術(shù)基礎(chǔ)106
第7章。粒樱桑秒娐返脑O(shè)計加固方法125
第8章 可編程電路的錯誤容差140
第9章 用于加固設(shè)計的自動化工具158
第10章。樱牛藕涂倓┝吭囼灉y試設(shè)備177
第11章 數(shù)字架構(gòu)的錯誤率預(yù)計:測試方法學(xué)和工具204
第12章 基于SEEM 軟件的激光SET測試和分析226