本書由法國TIMA實驗室的RaoulVelazco、法國波爾多第壹大學的PascalFouillat和巴西南里奧格蘭德聯(lián)邦大學的RicardoReis共同編著,從環(huán)境、效應、測試、評價、加固和預計等方面全面詳細介紹了嵌入式系統(tǒng)中的輻射效應,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、電子器件的在軌飛行異常、多層級故障效應評估、基于脈沖激光的單粒子效應測試和分析技術、電路的加固方法及自動化工具、輻射效應試驗測試設備以及數(shù)字架構的錯誤率預計方法等。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)輻射效應的方方面面。區(qū)別于其他電子系統(tǒng)輻射效應論著,本書從工程化的角度論述空間輻射效應評估、地面模擬、軟錯誤率預計等技術以及國際上目前先進的研究方法論,同時兼具基礎性和理論性。本書適合專業(yè)從事電子器件及系統(tǒng)輻射效應研究的科研人員和工程化應用的技術人員閱讀和借鑒;同時,也可為該領域的“新人”(如研究生)提供必備的基礎知識。
適讀人群 :從事電子器件及系統(tǒng)輻射效應研究的科研人員和工程化應用的技術人員
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年高海拔核測試導致的Telestar衛(wèi)星失效開始,自然或人造輻射可能干擾電子設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。因此,空間輻射效應必須在設計階段就予以考慮,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,在設計和/或制造層面采用所謂的輻射效應“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致其用于空間的元器件量產(chǎn)(不是專門設計用于空間) 是準強制性的。這給未來任務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)演化的技術和多種多樣的器件種類。
此外,隨著制造技術的持續(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),源于大氣中子與硅中原子核反應產(chǎn)生的二次粒子電離。這使得高可靠性/安全性的應用必須強制地在應用設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備,和對應用環(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,輻射效應的影響在對目標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)和利用構成了一個寶貴的信息源,涉及應用的SEE敏感性估計和一個設計或架構潛在的、應被加固的弱點識別。
本書致力于為讀者提供重要的指南,用于處理當今空間以及高海拔大氣或地面應用中應當包括的元器件輻射效應。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)輻射效應國際學!
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、電子器件輻射效應的基礎機理、累積或瞬態(tài)輻射效應導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基理。
后續(xù)的三章涉及輻射效應的減緩技術:用于CMOS技術、保護電路不受輻射效應影響的設計加固(HBD) 方法學,FPGA中的輻射效應和相關的緩和技術,設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)字架構錯誤率預計的測試方法學和工具以及一個脈沖激光系統(tǒng)用于研究輻射導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1
。.1.1 空間輻射環(huán)境:范艾倫帶、太陽耀斑、太陽風和宇宙射線1
。.1.2 劑量效應:產(chǎn)生原因、對電子器件的影響、輻射強度4
。.1.3 位移效應:產(chǎn)生原因、對電子器件的效應、輻射強度5
1.1.4 重離子效應:產(chǎn)生原因、對電子器件的效應、輻射強度5
。.1.5 質(zhì)子效應:產(chǎn)生原因(直接或間接)、對電子器件的效應、輻射強度6
。.2 其他效應7
。.2.1 原子氧:來源和效應7
。.2.2 太陽紫外線:來源和效應7
1.2.3 微流星體:來源和效應8
。.2.4 軌道碎片:來源和效應8
參考文獻9
第2章 微電子器件的輻射效應10
2.1 引言10
。.1.1 長期效應10
。.1.2 瞬態(tài)效應11
。.2。停希悠骷保
2.2.1 閾值電壓漂移12
。.2.2 退化效應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)的復合效應18
2.3.4 中立基區(qū)的復合效應18
。.3.5 電流增益19
。.4 單粒子效應20
2.4.1 引言20
。.4.2 仿真方法21
。.4.3 器件級效應22
第3章 電子器件的飛行異常26
第4章 多層級故障效應評估61
第5章 模擬和混合信號電路的輻射效應79
第6章 單粒子翻轉(zhuǎn)的脈沖激光測試技術基礎106
第7章。粒樱桑秒娐返脑O計加固方法125
第8章 可編程電路的錯誤容差140
第9章 用于加固設計的自動化工具158
第10章。樱牛藕涂倓┝吭囼灉y試設備177
第11章 數(shù)字架構的錯誤率預計:測試方法學和工具204
第12章 基于SEEM 軟件的激光SET測試和分析226