CC BY
24УДК 621.382.2+ 621.382.3
Реализация базовых методов радиационных испытаний ЭКБ на основе аппаратно-программного комплекса аппаратуры National Instruments
Д.В. Бобровский, Г.Г. Давыдов, А.Г. Петров, А.В. Яненко Институт экстремальной прикладной электроники НИЯУ МИФИ (г. Москва)
А.О. Ахметов, А.Б. Боруздина, О.А. Калашников, Л.Н. Кессаринский, П.В. Некрасов, А.Ю. Никифоров, А.В.Уланова
ОАО «ЭНПО «Специализированные электронные системы» (г. Москва)
Рассмотрен аппаратно-программный комплекс для проведения радиационных испытаний электронной компонентной базы, который реализован на основе аппаратной платформы National Instruments и среды программирования LabView. Комплекс обеспечивает управление источниками излучений, задание режимов работы и контроль работоспособности испытываемых изделий, обработку результатов испытаний.
Ключевые слова: аппаратно-программный комплекс, радиационные испытания, электронная компонентная база, National Instruments, LabView.
Выбор и применение электронной компонентной базы (ЭКБ) в аппаратуре специального назначения во многом определяются наличием и достоверностью информации об уровне радиационной стойкости изделий на основе результатов радиационных испытаний (РИ), важнейшей составляющей которых являются функциональный и параметрический контроль работоспособности изделий. В научно-образовательном центре «Стойкость» НИЯУ МИФИ, в состав которого входят Испытательный центр ОАО «ЭНПО СПЭЛС» и Испытательная лаборатория Института экстремальной прикладной электроники (ИЭПЭ) НИЯУ МИФИ, создан аппаратно-программный комплекс (АПК) с учетом следующих современных технических требований:
- для контроля работоспособности ЭКБ необходимо использовать АПК с возможностью гибкой настройки для каждого вида (типа) ЭКБ с учетом специфики источников излучения;
- средства контроля работоспособности ЭКБ должны быть защищены от ионизирующих излучений и сопутствующих электромагнитных помех (при дистанционном контроле необходимо учитывать, что длина сигнальных линий налагает ограничения на динамические характеристики средств контроля);
- радиационное воздействие должно быть синхронизировано с процедурой контроля работоспособности ЭКБ, что определяет необходимость радиационного воздействия в наиболее критичные моменты функционального цикла изделия;
- полноценный функциональный и параметрический контроль, включая контроль температуры изделия, должен проводиться как во время воздействия, так и непосредственно после него с учетом эффектов «отжига» параметров ЭКБ;
© Д.В. Бобровский, Г.Г.Давыдов, А.Г.Петров, А.В. Яненко, А.О. Ахметов, А.Б. Боруздина, О.А.Калашников, Л.Н. Кессаринский, П.В. Некрасов, А.Ю. Никифоров, А.В.Уланова, 2012
- габариты и конструкция средств контроля должны быть ограничены из-за конструктивных особенностей источников ионизирующего излучения (размеры рабочей зоны, направление и параметры пучка и т.д.)
Проводился анализ возможных вариантов реализации средств контроля работоспособности широкой номенклатуры ЭКБ в ходе РИ с учетом опыта использования различных систем контроля (промышленных и собственной разработки предприятий проведен в [1-4]). В результате выбран вариант модульного комплектования средств контроля ЭКБ на основе аппаратной платформы фирмы National Instruments (NI, США) и программного обеспечения LabView [5].
Модульные измерительные системы открытого промышленного стандарта PXI (PCI eXtention for Instrumentation) наиболее удобны для построения универсальной системы контроля работоспособности ЭКБ в ходе проведения РИ, так как обеспечивают рациональное соотношение стоимость/производительность.
Структура модульной системы контроля работоспособности ЭКБ. Модульная система контроля работоспособности ЭКБ включает следующие базовые блоки:
1) шасси на 4-18 слотов для установки модулей расширения (PXI-10XX);
2) контроллеры:
- встраиваемый контроллер для систем PXI и PXI Express с общей пропускной способностью системы до 4 ГБ/с и пропускной способностью каждого канала до 1 ГБ/с, встроенным жестким диском, оперативной памятью и другими интерфейсными возможностями для подключения периферии (серии PXIe-PCIe83XX, PXIe-ExpressCard83XX),
- интерфейс удаленного (до 200 м) управления PXI-системой через ПК и системами PXI, PXI Express через программно-прозрачный интерфейс со скоростью до 832 МБ/с и постоянной шириной канала,
- контроллеры PXI стандарта 1U, монтируемые в стойку,
- встраиваемые контроллеры PXI под управлением операционной системы реального времени (PXI-81XX);
3) модульные приборы:
- генераторы сигналов с разрешением до 16 разрядов, частотой обновления до 300 МГц и встроенной памятью до 512 МБ/канал (PXI-54XX),
- высокоскоростные осциллографы/регистраторы сигналов с разрешением от 8 до 24 разрядов, частотой оцифровки до 2 ГГц с полосой пропускания 300 МГц и встроенной памятью до 512 МБ/канал (PXI-51XX),
- 32-канальный цифровой ввод/вывод (генераторы/анализаторы) с частотой до 200 МГц, индивидуально-настраиваемым направлением и скоростью передачи данных до 400 Мбит/с (по двум фронтам сигнала), программируемыми (от -2,0 до +5,5 В) или программно-выбираемыми (5; 3,3; 2,5; 1,5 В) уровнями напряжения, встроенной памятью до 128 Мбит/канал (PXI-65XX, PXI-78XXR),
- высокочастотные векторные генераторы/анализаторы сигналов для анализа сигналов в диапазоне частот от 9 кГц до 2,7 ГГц, генерации сигналов в диапазоне частот от 250 кГц до 6,6 ГГц, временного и спектрального анализа в полосе частот 20 МГц (PXIe-56XX),
- коммутационное оборудование (реле, мультиплексоры, матрицы) для напряжений до 300 В и токов до 12 A в полосе частот от постоянного тока до радиочастот с расширенными возможностями синхронизации, мультиплексоры 256*1, мат-
ричные переключатели на 512 точек, релейные модули с поддержкой до 100 каналов (серия PXI-25XX),
- цифровые мультиметры и вольтметры с разрешением до 7^ знаков, возможностью измерения 20 основных параметров сигналов, включая напряжение, силу тока, емкость, индуктивность и сопротивление (PXI-4071),
- программируемые источники питания (три независимых источника питания постоянного тока: 0-6 В, 0-20 В, от -20 до 0 В. С амплитудой тока в канале 1 А и 16-битной точностью установки и измерения напряжения и тока (PXI-41XX),
- модули стандартных интерфейсов для управления моделирующими установками и внешними специализированными приборами: интерфейсы CAN (PXI-85XX), RS-232, RS-485 (PXI-84XX), GPIB (PXI-GPIBX), Ethernet и др.;
4) управляющий ПК или ноутбук.
Система интегрирована с универсальной средой программирования LabView, позволяющей в графической форме проводить программирование процедур контроля работоспособности ЭКБ, математическую обработку полученных результатов, формировать отчеты с графиками и статистической информацией. Общая структура аппаратно-программного комплекса для проведения радиационных испытаний ЭКБ на основе аппаратуры NI показана на рис.1.
Рис. 1. Общая структура АПК для проведения радиационных испытаний ЭКБ на основе аппаратуры National Instruments
Кроме подсистем контроля работоспособности ЭКБ, АПК содержит подсистему управления источниками излучений в ходе РИ. Каждая из подсистем содержит аппаратную и программную части, ориентированные на решение конкретной задачи по управлению и взаимодействию в составе АПК. В табл.1 приведены основные задачи, требования и аппаратно-программная реализация подсистем в составе АПК.
Функциональные возможности АПК для проведения радиационных испытаний ЭКБ. АПК включает универсальные подсистемы для проведения РИ широкой номенклатуры ЭКБ и специализированные подсистемы для проведения РИ сложной ЭКБ (микропроцессоры, микроконтроллеры, программируемая логика, схемы памяти, аналого-цифровые схемы и др.).
Рассмотрим универсальные подсистемы в составе АПК.
Таблица 1
Основные задачи, требования и аппаратно-программная реализация подсистем в составе АПК для проведения радиационных испытаний ЭКБ
Подсистема Решаемая задача Требования Аппаратные Программные
компоненты компоненты
Управление Синхронизация Исключение ошибок Штатные Реализация ал-
источниками воздействия с ра- срабатывания, электри- средства N1 горитма взаи-
воздействия ботой АПК, ческое и функциональ- модействия с
управление пара- ное согласование с ин- источниками
метрами радиаци- терфейсами источников воздействий,
онных установок воздействия синхронизация облучения с АПК
Задание Задание необхо- Возможность установки Штатные Реализация
режима димых электриче- на информационных и средства N1 управления ис-
ских режимов питающих выводах ЭКБ, точниками пи-
объектов РИ обеспечение стабильной работы ЭКБ в динамическом диапазоне тания и диаграмм работы ЭКБ
Адаптер Согласование и Обеспечение заданных Индивиду- Управление
объекта коммутация выво- логических уровней и альная осна- коммутацией
испытаний дов ЭКБ и интер- режима работы ЭКБ, стка объекта,
фейсов подсистем возможность оператив- штатные
задания режима и ной реконфигурации; средства N1
контроля парамет- открытость архитекту-
ров ры, легкий доступ к точкам контроля
Управление Синхронизация ра- Электрическое согласо- Электриче- Синхронизация
внешними боты внешних уст- вание и оперативная ское согласо- внешних уст-
устройства- ройств и объекта коммутация внешних вание управ- ройств, реали-
ми измере- РИ устройств управления и ляющих зация алгорит-
ния и кон- измерения сигналов, ма
троля штатные средства N1 взаимодействия, первичная обработка полученных данных
Хранение и Оперативное со- Сохранение данных в Визуализация
первичная хранение резуль- формате, удобном для данных, преоб-
обработка татов РИ, первич- обработки, первичная - разование
результатов ная обработка, обработка данных, экс- формата,
испытаний визуализация ре- тракция параметров; статистическая
зультатов РИ визуализация результатов РИ математическая и экстракция параметров, сохранение данных
Подсистема управления источниками воздействия содержит аппаратные и программные средства управления радиационными установками, такими как лазерные и рентгеновские имитаторы, ускорители, изотопные источники. При проектировании подсистемы учитываются следующие их особенности:
- протоколы управления;
- стабильность времени установки требуемого режима, стабильность времени задержки между инициализацией работы и началом работы источника излучения;
- электромагнитные помехи, наводки;
- возможность программного задания и контроля параметров излучения.
Перечислим возможные варианты реализации подсистемы:
- с функцией связи посредством стандартных интерфейсов ПК (ПК - через написание драйвера, реализация алгоритма связи);
- с жесткой синхронизацией с работой остальных подсистем - использование модуля цифроаналогового ввода-вывода (PXI-7841) и аппаратных устройств согласования интерфейса источника излучения и модуля цифрового ввода-вывода NI с организацией питания от источника в составе NI (PXI-4110).
Подсистема задания режима объектов испытаний содержит программные средства, позволяющие настроить штатные аппаратные средства NI для задания электрических и функциональных режимов объектов РИ, и обеспечивает:
- реализацию диаграммы функционирования (последовательность установки сигналов, времена задержки);
- синхронизацию с подсистемами контроля параметров и управления внешними устройствами измерения и контроля.
Электрический режим задается с помощью программно-управляемого источника питания в составе NI АПК (PXI-4110).
Подсистема адаптера объекта испытаний обеспечивает:
- коммутацию сигналов информационных линий модулей NI и изделия ЭКБ;
- согласование по логическим уровням и (при необходимости) аппаратным интерфейсам модулей NI и изделия ЭКБ;
- возможность подключения нагрузки при измерении выходных уровней, переключения выводов объекта при измерении различных параметров и т.д.;
- возможность оперативного программного изменения конфигурации схемы подключения объекта РИ.
В большинстве случаев для подключения объектов испытаний к модулям NI применяются специально разработанные адаптеры, содержащие преобразователи логических уровней и коммутационное поле для подключения объекта РИ (плата 1 -го уровня), дополнительные компоненты для задания электрического режима объекта РИ (плата 2-го уровня) (рис.2).
Подсистема управления внешними устройствами измерения и контроля сходна с подсистемой управления источниками воздействия и позволяет:
- контролировать температуру ЭКБ посредством использования специального стенда, общение с которым производится по протоколу Ethernet;
Плата 2-го уровня
Рис. 2. Организация подключения цифровой микросхемы к модулям NI
- синхронизовать работу внешних устройств управления и измерения с модулями NI при известных особенностях работы с внешними приборами (время измерения, время установки режима, тип интерфейса, диаграммы взаимодействия);
- обеспечивать обратную связь внешнего оборудования с подсистемами задания режима и контроля параметров.
Значительная часть измерительного и управляющего оборудования поставляется с драйверами для работы в среде Lab View, что минимизирует усилия на встраивание внешнего устройства в подсистему. При необходимости подключения нестандартного прибора или устройства проводится анализ возможностей и особенностей внешнего устройства в части интеграции в NI АПК, подготовка аппаратной и программной частей, реализующих подключение и управление внешним устройством.
Подсистема хранения и первичной обработки результатов испытаний содержит набор базовых программных средств для визуализации, преобразования и сохранения результатов радиационных испытаний. Среди разработанных и применяемых в настоящее время программных модулей можно выделить:
- программный модуль преобразования шкалы, применяемый для преобразования данных с линий регистрации аналогового сигнала в базисе модуля NI PXI-78хх в десятичный формат с плавающей точкой и наоборот (для установки необходимого значения на линии задания аналогового сигнала);
- модуль сохранения данных в заданном формате, позволяющий оперативно сохранять набор данных в формате строки или таблицы в файл;
- модуль экстракции параметров сток-затворной ВАХ транзистора (диода), позволяющий получать зависимости порога отпирания, крутизны, утечки и тока в открытом состоянии от уровня воздействия. Алгоритм предусматривает обработку исходных данных (нормирование, сглаживание). Внешний вид контрольной панели программы показан на рис.3;
Рис.3. Внешний вид контрольной панели модуля экстракции параметров сток-затворной ВАХ МОП-транзистора - модуль визуализации содержимого микросхем памяти, позволяющий просматривать содержимое накопителя, проводить обработку результатов сравнения считанной информации с эталонным кодом (или со значением, записанным до радиационного воздействия).
Одним из примеров взаимодействия подсистем является программное решение обработки тиристорного эффекта (ТЭ) при контроле стойкости ЭКБ к воздействию тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) космического пространства.
На рис.4 показан внешний вид контрольной панели виртуального прибора, который осуществляет функции:
- подсистемы задания режима и установки напряжения питания;
- подсистемы контроля тока потребления и изменений его значений;
- подсистемы обработки и хранения результатов, реализации алгоритмов (исключения ошибки регистрации ТЭ с учетом постепенного изменения тока при наборе дозы; сохранения параметров в момент определения состояния ТЭ при минимальном времени на операцию; первичной статистической обработки результатов (отслеживания множественных эффектов и т.д.); визуализации результатов РИ (построения в реальном времени зависимостей тока потребления объекта РИ)).
Рис.4. Внешний вид контрольной панели модуля парирования тиристорного эфеекта при испытаниях на стойкость к воздействию ТЗЧ
Для автоматизации РИ используется программная объектная модель, в которой каждому прибору (источнику питания, радиационной установке, осциллографу и т.д.) соответствует объект, т.е. экземпляр определенного класса .NET [6]. Программа управления процессом испытаний включает набор модулей (сборок .NET), содержащих эти объекты. Автоматизация подразумевает взаимодействие отдельных устройств. Это значит, что в программе должны существовать модули (назовем их модулями автоматизации), имеющие доступ к множеству объектов приборов и координирующие их работу.
В ходе реализации управляющих программ возникает необходимость внедрения объектов .NET в проекты на LabView. Среда LabView позволяет загружать сборку .NET, создавать описанные объекты, вызывать методы, обращаться к полям и свойствам, подписываться на события [7-9].
Объект источника питания создается в проекте LabView. Логика работы источника питания, подсчета и парирования ТЭ реализована в самом объекте .NET, а для непосредственного управления источником питания NI (задание напряжений, ограничение тока, включение и отключение каналов) через подписку на события вызываются подпрограммы, реализованные в LabView с использованием библиотечных функций поддержки соответствующих аппаратных средств.
Разработанный АПК обеспечивает радиационные испытания современной ЭКБ (за исключением вакуумных СВЧ- и оптоэлектронных приборов). Комплекс обладает открытой архитектурой и успешно модернизируется, что позволяет совершенствовать методики РИ и адаптировать его для испытаний перспективных видов ЭКБ.
Контроль работоспособности ЭКБ в ходе радиационных испытаний. Контроль работоспособности ЭКБ в ходе РИ предъявляет жесткие требования к аппаратно-программным средствам [5, 10-12]:
- обеспечение контроля их работоспособности на рабочих частотах до сотен мегагерц для достоверной оценки показателей радиационной стойкости, учитывающей деградацию динамических параметров микросхем;
- задание и контроль состояний большинства сигналов микросхем, что требует повышенного количества линий ввода/вывода средств контроля - до нескольких сотен цифровых каналов;
- обеспечение сопряжения с различными электрическими стандартами ввода-вывода (TTL, CMOS, LVTTL, PCI, HSTL, GTL), что требует регулируемой настройки напряжений логических уровней;
- реализация совместной работы программного обеспечения АПК со специализированными САПР (кросс-средства, системы программирования, отладки).
С учетом предъявленных требований сформирована следующая модульная конфигурация аппаратуры NI:
- шасси PXI-1033 со встроенным контроллером ExpressCard для возможности управления системой от ПК; расстояние от ПК до шасси может достигать 7 м, что в большинстве случаев позволяет вывести ПК в безопасную зону, защищенную от облучения;
- плата цифроаналогового ввода-вывода PXI-7841R (96 цифровых линий 40 МГц, 8 аналоговых входов, 8 аналоговых выходов);
- управляемый источник питания PXI-4110 (три управляемых канала: 0-6 В, 0-20 В, от -20 до 0 В);
- высокоскоростная плата цифрового ввода-вывода PXI-6542 (32 цифровых линии, 100 МГц);
- плата цифрового осциллографа PXI-5114 для контроля динамических параметров микросхем;
- плата цифрового мультиметра PXI-4071 для измерения малых значений токов.
Программное обеспечение состоит из универсальной подсистемы параметрического контроля и специализированных подсистем функционального контроля цифровых микросхем различных классов.
Подсистема параметрического контроля реализует следующие функции:
- автоматическая подстройка напряжения питания испытываемой микросхемы с учетом падения напряжения на соединительных проводах; измерение напряжения питания непосредственно на выводах при помощи АЦП платы PXI-7841R, по результатам измерений проводится коррекция каналов напряжения питания источника PXI-4110;
- измерение статического и динамического токов потребления измерителем тока, встроенным в источник питания, или платой мультиметра PXI-4071;
- измерение напряжений высокого (низкого) логических уровней, обеспечение заданной нагрузки по выходам при помощи АЦП и ЦАП платы PXI-7841R;
- контроль возникновения тиристорного эффекта (ТЭ) при проведении испытаний на стойкость к воздействию тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ), для чего отслеживаются резкие возрастания (скачки) значений токов потребления.
Однако в ходе РИ микросхем затруднительно провести их полный функциональный и параметрический контроль из-за их функциональной сложности, разнообразия режимов, ограничений времени подготовки и проведения испытаний. Более эффективным представляется рациональное сочетание полноты и информативности тестирования ЭКБ с относительной простотой подготовки РИ и малым временем выполнения тестовых процедур.
В табл.2 приведены основные контролируемые информативные параметры-критерии радиационной стойкости ЭКБ на примере изделий микроэлектроники.
Таблица2
Основные контролируемые параметры-критерии радиационной стойкости ЭКБ некоторых классов
Функциональное назна- Параметр-критерий Способ контроля
чение стойкости
АЦП, ШИМ- контроллеры, импульсные усилители, компараторы напряжения Передаточная характеристика Задание входных сигналов, контроль выходных сигналов при минимальных помехах и наводках, применение статистической обработки результатов
Тестовые структуры Специальные параметры Метод зависит от рода измеряемого параметра
Запоминающие устройства Динамические характеристики Косвенные измерения промежутков времени по итогам подсчета количества переключений эталонного триггера
Аналоговые микросхемы Нестабильность по напряжению и току Получение зависимостей при возможно большем количестве точек измерения
Монолитные СВЧ-интегральные схемы, аналоговые микросхемы Амплитудно-частотная характеристика Получение зависимостей при возможно большем количестве точек измерения
Монолитные СВЧ-интегральные схемы Параметры мощности и шумовые Через внешние специализированные приборы и сопряжение с подсистемами №
Вне зависимости от функционального назначения микросхем все они подвергаются функциональному контролю в соответствии с картой тестовых векторов (установка входных сигналов, контроль выходных сигналов и др.) и контролю значений тока потребления и входных-выходных токов.
На рис.5 представлена структурная схема параметрического контроля при проведении РИ. Для функционального контроля каждого вида (типа) микросхемы формируется виртуальный прибор (рис.6), реализующий соответствующие алгоритмы тестирования микросхем с учетом используемых радиационных воздействий. Этот прибор интегрируется в универсальную пользовательскую оболочку, которая позволяет выбирать тип радиационного воздействия, управлять радиационными источниками, а также осуществлять протоколирование хода всего эксперимента, сохранение в файл результатов параметрического и функционального контроля.
Рис.5. Структурная схема параметрического контроля при проведении испытаний
Рис. 6. Внешний вид приборной панели программы тестирования блока ОЗУ в составе ПЛИС
При проведении РИ микропроцессоров обеспечивается их работоспособность на программно-аппаратном уровне, реализовываются интерфейсы управления (сброс, тактовый сигнал, конфигурация при загрузке и др.), интерфейс шины внешней памяти, порты ввода-вывода, прямого доступа к памяти, контроллер прерываний, стандартные интерфейсы передачи данных (UART, I2C, SPI, CAN, USB и др.).
Аппаратный уровень реализуется в базисе FPGA (ПЛИС) в составе платы цифрового ввода-вывода PXI-7841R, причем часть стандартных интерфейсов подключается к ПК непосредственно либо через специальные согласующие устройства. Такой подход позволяет реализовать функционирование микропроцессоров на предельных рабочих частотах. Управление работой микропроцессоров, загрузка тестовых программ, обработка результатов испытаний не предъявляют жестких требований к динамическим характеристикам АПК и проводятся с использованием ПК.
Модуль контроля динамических характеристик цифровых микросхем позволяет оценить длительность заданных интервалов временной диаграммы функционирования (например, время выборки адреса или задержка считывания ОЗУ). Точность контроля определяется быстродействием ПЛИС в составе платы PXI-7841R на тактовой частоте 200 МГц.
На рис.7 показан вид приборной панели и фрагмент кода подпрограммы контроля времени выборки адреса в блоках ячеек памяти. Модуль производит подсчет числа пустых циклов между двумя событиями (например, переключением линии записи/чтения и появлением выходного сигнала при измерении времени задержки считывания) для каждой ячейки памяти. Далее проводится визуализация полученных данных в виде гистограммы.
Рис. 7. Вид приборной панели подпрограммы контроля времени выборки адреса в блоках ячеек памяти
Значение времени выборки для каждого адреса запоминающего устройства (ЗУ) подвергается статистической сверке. Проводится поиск закономерностей и расчет статистических данных. На их основе строится зависимость времени выборки в масштабе всего накопителя ЗУ от уровня воздействия (рис.8).
Модуль визуализации содержимого микросхем памяти позволяет в реальном времени просматривать содержимое накопителя ЗУ, а также обрабатывать результаты сравнения считанной информации с эталонным кодом (или с записанным до воздействия значением). На рис.9 приведен внешний вид приборной панели и фрагмент кода подпрограммы.
20 40 60 80 100 120 140 160 И 0 20 40 60 80 Уровень воздействия, едх 103 Уровень воздействия, едх 104
а б
Рис. 8. Зависимость среднего по накопителю времени выборки в различных режимах (а) и времени выборки от номера разряда (бита) в слове (б) от уровня поглощенной дозы
Р».
Рис.9. Внешний вид приборной панели модуля визуализации содержимого
микросхемы памяти
Автоматизированная система контроля параметров аналоговых микросхем, полупроводниковых и СВЧ-приборов при проведении РИ, помимо выполнения общих требований, должна обеспечивать возможность задания и измерения:
- напряжения источника питания в диапазоне от сотен микровольт до сотен вольт;
- силы тока (от сотен пикоампер до десятков ампер).
В качестве источника питания используется модуль PXI-4110, который позволяет задавать биполярное питание до ±20 В или однополярное питание до +40 В, что подходит для большинства аналоговых микросхем. Расширение диапазона напряжения питания до +600 В (при токе 2,5 А) осуществляет внешний источник питания N5772A (фирма Agilent, США), интегрированный в общую систему.
Измерение напряжений выполняет плата сбора данных M серии PXI-6229. Поскольку для аналоговых микросхем используется и однополярное и биполярное питание, аналоговые входы платы настраиваются в дифференциальном включении. Всего необходимо 16 вольтметров с входным диапазоном напряжения ±10 В и погрешностью 100 мкВ. Измерение входных токов утечек, остаточного тока стока и других токовых параметров, требующее высокой точности, выполняют два цифровых мультиметра PXI-4071 с диапазоном измерения постоянного тока от 10 пА до 3 А. Мультиметр используется и в качестве универсального вольтметра в диапазоне измеряемых напряжений от 10 нВ до 1000 В. Входные сигналы задаются генератором произвольной формы PXI-5402 или с помощью четырех каналов выходного ЦАП платы PXI-6229. Для контроля динамических параметров аналоговых микросхем, таких как время выдержки активного сигнала сброса супервизора, частоты выходного сигнала ШИМ-контроллера, АЧХ-усилителей и других, в системе используются внешние цифровые осциллографы. Реализована возможность подключения c разным набором функций следующих моделей осциллографов: TDS-10xx (Tektronix, США), DSO-2250 (Hantek, Китай), DSO-3102 (Agilent, США).
Программное обеспечение управления измерительной системой выполняет функции управления источниками питания и генераторами сигнала для задания электрических режимов и контроля параметров, сбора данных с измерительных приборов, первичного анализа результатов измерений, сохранения данных в файл. Типовая приборная панель и фрагмент кода показаны на рис. 10 на примере программного обеспечения контроля характеристик МОП-транзисторов.
±М±!L
Программа контроля электрически* *арактер«сп1к МОП транзистора
W4WÏ4 Т M»V>
- 5Г ^
Рис. 10. Внешний вид приборной панели программы контроля характеристик МОП-транзисторов
Для контроля работоспособности прецизионных АЦП и ЦАП используется модуль PXI-4461, обеспечивающий два 24-разрядных аналоговых выхода и два 24-разрядных аналоговых входа с рабочей частотой до 200 кГц. Для снятия характеристик преобразования быстродействующих ЦАП и АЦП с числом разрядов 8-12 бит используется модуль PXI-6115, содержащий четыре 12-разрядных АЦП с частотой преобразования до 10 МГц и два 12-разрядных ЦАП со скоростью преобразования 4 МГц.
Программное обеспечение для контроля работоспособности АЦП и ЦАП выполняет измерение характеристики преобразования и расчет точностных параметров (интегральной и дифференциальной нелинейностей, погрешностей смещения нуля и в конечной точке шкалы характеристики преобразования).
Таким образом, совокупность специализированных подсистем в составе созданного АПК обеспечивает при проведении РИ возможность контроля работоспособности функционально-сложной ЭКБ различных классов, применяемой в радиоэлектронной аппаратуре специального назначения.
Авторы выражают благодарность директору ИЭПЭ НИЯУ МИФИ доктору технических наук, профессору Тельцу В.А. за помощь при подготовке статьи.
Литература
1. Бойченко Д.В., Кессаринский Л.Н., Печенкина Д.В. Влияние электрического режима на уровень дозовой стойкости аналоговых коммутаторов // Спецтехника и связь. - 2011. - № 4-5. - С. 48-51.
2. Некрасов П.В. Методы и средства прогнозирования радиационной стойкости микропроцессорных СБИС: дисс. канд. техн. наук. - М.: НИЯУ МИФИ, 2010. - 126 с.
3. Кессаринский Л.Н. Методы и средства прогнозирования и повышения стойкости импульсных стабилизаторов напряжения к воздействию радиационных факторов космического пространства: дисс. канд. техн. наук. - М.: НИЯУ МИФИ, 2012. - 160 с.
4. Калашников О.А., Никифоров А.Ю., Демидов А.А., Яненко А.В. Особенности контроля функционирования БИС в ходе радиационных испытаний // Радиационная стойкость электронных систем: сб. науч. тр. - М.: МИФИ-СПЭЛС, 1998. - Вып. 1. - С. 111, 112.
5. http://www.ni.com.
6. Тараскин А.С., Новиков А.А. Аппаратно-программные средства контроля температуры образцов при испытаниях ЭРИ на ускорителе ионов // Науч. сессия МИФИ - 2012: тез. докл. - М.: НИЯУ МИФИ, 2012.
7. Рихтер Дж. CLR via C#. Программирование на платформе Microsoft .NET Framework 2.0 на языке C#. Мастер-класс. - М.: Русская Редакция, 2007. - 656 с.
8. Трэвис Дж., Кринг Дж. LabView для всех. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 880 с.
9. Яненко А.В. Средства функционального контроля для радиационных испытаний БИС ОЗУ // Научная сессия МИФИ-99: сб. науч. тр. - М.: МИФИ, 1999. - Т. 6. - С. 146, 147.
10. Трэвис Дж., Кринг Дж. LabView для всех. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 880 с.
11. Некрасов П.В. Особенности функционального контроля микропроцессоров при радиационных испытаниях // Петербургский журнал электроники. - 2009. - № 1. - С. 44-50.
12. Бобровский Д.В. Методы и средства прогнозирования стойкости ПЛИС к воздействию радиационных факторов космического пространства: автореферат дисс. канд. техн. наук. - М.: НИЯУ МИФИ, 2011.
Статья поступила 26 апреля 2012 г.
Бобровский Дмитрий Владимирович - кандидат технических наук, научный сотрудник ИЭПЭ НИЯУ МИФИ (г. Москва). Область научных интересов: стойкость ПЛИС и БМК к радиационным факторам космического пространства.
Давыдов Георгий Георгиевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИЭПЭ НИЯУ МИФИ. Область научных интересов: исследование воздействия ионизирующего излучения на изделия ЭКБ, изготовленные по технологии с диэлектрической изоляцией элементов.
Петров Андрей Григорьевич - научный сотрудник ИЭПЭ НИЯУ МИФИ. Область научных интересов: методы и средства исследования стойкости микросхем памяти (СОЗУ, ДОЗУ, Флеш) к воздействию радиационных факторов космического пространства и к дозовому воздействию.
Яненко Андрей Викторович - кандидат технических наук, ведущий специалист ИЭПЭ НИЯУ МИФИ. Область научных интересов: исследование радиационной стойкости электронной компонентной базы при воздействии отдельных ядерных частиц по локальным радиационным эффектам.
Ахметов Алексей Олегович - младший научный сотрудник ОАО «ЭНПО СПЭЛС» (г. Москва). Область научных интересов: радиационная стойкость интерфейсных СБИС, одноплатные компьютеры и периферийные модули.
Боруздина Анна Борисовна - инженер ОАО «ЭНПО СПЭЛС» (г. Москва). Область научных интересов: методы и средства исследования стойкости микросхем памяти (СОЗУ, ДОЗУ, Флеш) к воздействию радиационных факторов космического пространства и к дозовому воздействию.
Калашников Олег Арсеньевич - кандидат технических наук, доцент, руководитель НТК-2 ОАО «ЭНПО СПЭЛС» (г. Москва). Область научных интересов: исследование эффектов накопленной дозы в цифровых КМОП ИС, развитие методов и средств функционального контроля цифровых СБИС при радиационных испытаниях.
Кессаринский Леонид Николаевич - кандидат технических наук, научный сотрудник ОАО «ЭНПО СПЭЛС» (г. Москва). Область научных интересов: исследование эффектов накопленной дозы в цифровых КМОП ИС, развитие методов и средств функционального контроля цифровых СБИС при радиационных испытаниях. Некрасов Павел Владимирович - кандидат технических наук, руководитель группы ОАО «ЭНПО СПЭЛС» (г. Москва). Область научных интересов: исследование стойкости микропроцессоров и микроконтроллеров к радиационным факторам космического пространства.
Никифоров Александр Юрьевич - профессор, генеральный директор ОАО «ЭНПО СПЭЛС» (г. Москва). Область научных интересов: исследование радиационной стойкости и разработка радиационно-стойких интегральных преобразователей информации, изделий наноэлектроники и микромеханики. Методическое обеспечение проведения испытаний изделий электронной техники на воздействие радиационных факторов.
Уланова Анастасия Владиславовна - кандидат технических наук, доцент, ОАО «ЭНПО СПЭЛС» (г. Москва). Область научных интересов: исследование стойкости микросхем памяти к воздействию радиационных факторов, разработка методов и средств проведения испытаний, методическое обеспечение проведения испытаний микросхем памяти к воздействию радиационных факторов. E-mail: avulan@spels.ru
