专利名称：一种存储器电路的通用单粒子效应检测方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件的抗空间单粒子效应能力的验证方法。
背景技术：
现场可编程逻辑门阵列(FPGA)可以完成本来需要多个分立逻辑器件和存储芯片 完成的功能，同时降低系统的功耗和成本，缩短研制周期，因而在半导体器件的测试、嵌入 式系统开发设计等领域占据着越来越重要的位置。
当存储器电路应用在空间环境中时，空间高能粒子会穿透半导体器件内部并在 路径上产生电离，电路节点会吸收电离产生的电子和空穴从而导致电路错误，这种效应称 为单粒子效应。粒子轰击在存储器电路内部所引起的单粒子效应主要有单粒子翻转效应 (SEU)、单粒子闩锁效应(SEL)两种，其中单粒子翻转效应指存储器电路中各个地址单元存 储的数据在辐照条件下发生翻转，导致存储信息的丢失；单粒子闩锁效应指单个离子在器 件内部电路中产生电流脉冲，使得PN-PN结构导通，造成器件电流大幅增大。单粒子闩锁效 应的检测较为简单，主要是对半导体器件的工作电流进行实时监控，而单粒子翻转效应的 检测则较为复杂。
现有的存储器电路单粒子效应测试方法主要是通过向存储器电路写入固定的测 试向量，在辐照过程中不断读存储器，若发生错误则将错误地址改写为正确值，并将错误总 数、错误地址及数据发回上位机。这种方法主要存在着以下两个不足一是可以统计出整个 电路的翻转总数及翻转地址和错误数，但是当有大量翻转时很难定位多位翻转及统计O翻 1，1翻O的情况，这就为存储器电路的数据分析造成了难度；二是不具有通用性，目前针对 存储器电路的单粒子效应检测方法还是特定方法针对特定电路，当有新的存储器电路时， 还需要重新研究方法及搭建测试系统，且同步存储器和异步存储器的测试方法和系统不具 有兼容性。发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种适用于各种存储器 电路的通用单粒子效应检测方法。
本发明的技术解决方案是一种存储器电路的通用单粒子效应检测方法，步骤如 下
(I)配置待测存储器电路为写状态，对于同步存储器电路还需要确定其工作时钟 频率；
(2)选择测试向量并将测试向量写入待测存储器电路的各个地址单元，然后将待 测存储器电路置于辐照环境中开始辐照；在辐照过程中实时监测待测存储器电路的工作电 流直至测试结束，当工作电流发生异常并超过正常工作电流的1. 5倍时判定发生闩锁；
(3)选择是进行动态测试或者静态测试，若为动态测试则进入步骤⑷，若为静态 测试则进入步骤(6)；
(4)将待测存储器电路配置为读状态，将待测存储器电路的各个地址单元存储的数据读出并与写入的数据进行比较，将比较结果不一致的地址单元的数量作为总错误计数，然后进入步骤(5)；(5)对于比较结果不一致的各地址单元均进行以下操作，记被操作的地址单元为地址单元i,(51)将地址单元i的写入数据Si的每一位取反并和地址单元i的读出数据Si+1的相应位进行逻辑与的操作，得到相应的一组数据序列T(i，j)，其中i代表该地址单元，j为该地址单元的数据位数，若T(i，j)的值为1，则判定地址单元i中的第j位的数据发生了 0->1的翻转；gT(i，j)的值为0，则判定地址单元i中的第j位的数据没有发生0->1翻转；(52)将地址单元i的写入数据Si的每一位和地址单元i的读出数据Si+Ι的相应位的非进行逻辑与的操作，得到相应的一组数据序列K(i，j)，若K(i，j)的值为1，则判定地址单元i中的第j位的数据发生了 1->0翻转；SK(i，j)的值为0，则判定地址单元i中的第j位的数据没有发生1->0翻转；(53)分别统计T(i，j)和K(i，j)两组数据序列，根据数据序列中j的取值情况，得到地址单元i发生2位或者2位以上数据翻转的情况，结束测试；(6)将待测存储器电路配置为不读不写状态，对于同步存储器电路还需要设定其时钟信号停止，当辐照过程中的累计辐照粒子达到标准后停止辐照；对于同步存储器电路设定其时钟信号回复，然后顺序读出待测存储器电路各地址单元内的数据并与写入数据进行比较，对于异步存储器电路则直接顺序读出待测存储器电路各地址单元内的数据并与写入数据进行比较，将比较结果不一致的地址单元的数量作为总错误计数，结束测试。所述的测试向量为“00”，“FF”，“55”，“AA”，“55”+“AA，，，“00，，+ “FF”，或者 MARCH。本发明与现有技术相比的优点在于(I)本发明方法可以检测出存储器电路由单粒子轰击引起的单粒子翻转及单粒子闩锁情况，既适用于同步存储器的单粒子效应测试，也适用于异步存储器的单粒子效应测试；(2)本发明方法可以向被测存储器电路提供多种测试向量，满足存储器电路的不同测试需求；(3)本发明方法可以通过模式选择指令完成存储器电路的动态测试和静态测试两种模式的测试，丰富了试验方法，使得检测功能更加全面；(4)本发明方法能够分别统计出O翻1，I翻O及多位翻转情况，从而精确地分析存储器电路的存储状态对单粒子翻转的敏感性；(5)本发明方法可精确定位发生翻转的地址位和数据位，可分析高地址位和低地址位，以及高数据位和低数据位对单粒子翻转的敏感性，从而指导芯片设计人员改进设计；(6)本发明方法在试验过程中能够实时在线观测被测存储器的单粒子翻转情况，可分析粒子注量率和注量对存储器件的抗单粒子翻转性能的影响。
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明存储器电路通用的单粒子效应检测方法的流程图。开始测 试后，首先通过配置待测存储器器件的管脚信号，使得待测存储器工作在写状态或者读状 态或者不读不写状态三种不同的工作模式下。
在写状态下，根据测试指令，向待测存储器的所有地址写入测试向量(“00”、“FF”、 “55”，“AA”，“55”+ “AA，，，“00，，+ “FF”，MARCH等)。在试验过程中可以通过上位机输入指 令选择所需的测试向量使得存储器电路的单元的存储状态和工作状态处于特定状态下，进 而全面的考核存储器电路的抗单粒子效应性能。
在读状态下，检测待测存储器的数据输出端，并将接收到的数据与在写状态下向 待测存储器器件写入的测试向量进行比较，若不一致则认为发生翻转，并将翻转的地址及 地址数据，翻转总数记录下来。
在不读不写状态下，被测存储器件处于复位状态。
辐照过程中，若选择动态试验，则待测存储器处在读状态，单粒子翻转发生后，则 将错误地址重新写入正确的值，同时将单粒子翻转情况进行记录；若选择静态试验，则将测 试向量写入待测存储器的各个地址单元后，使得待测存储器处在不读不写状态直至辐照结 束，然后将待测存储器的各地址单元的数据一次读出并统计单粒子翻转情况。在进行单粒 子翻转测试的同时，可实时监测器件的工作电流，一旦器件工作电流发生异常(超过正常 工作电流的1. 5倍)则认为发生闩锁。
具体的工作流程如下
(I)工作模式选择如果被测器件为同步存储器电路则需要确定器件的工作时钟 频率、读或写控制、动态测试和静态测试选择、测试向量选择(写“00”、“FF”、“55”，“AA”， “55”+ “AA”，“00”+ “FF”，MARCH等)；如果被测器件为异步存储器电路时则需要确定读或 写控制、动态测试和静态测试选择、测试向量选择；
(2)配置存储器电路为写状态，将测试向量写入存储器电路的各个地址单元，完 成初始化配置，打开束流开始辐照，若为动态测试，跳转步骤(3)，若为静态测试，跳转步骤(4)；
(3)将存储器电路的工作状态设为读状态，将存储器电路的各个地址单元存储的 数据读出并与写入数据进行比较，若比较错误则将错误计数加I并将错误地址的数据改写 为正确数据，同时将错误地址和数据及错误计数记录下来进行数据分析和处理。
单粒子翻转数据统计分析的方法如下
在数据处理过程中，同一地址单元i翻转前的数据Si的每一位取反与Si翻转后 的数据Si+ι的相应位相与，得到相应的一组新数据序列T(i，j)，设j为存储器单元的数据 位数，那么若T(i，j)的值为I，则地址单元i中的j位的数据发生了 0->1翻转；若T(i，j) 的值为0，则地址i中的j位的数据没有发生0->1翻转。
同理，同一地址单元i翻转前的数据Si的每一位与Si翻转后的数据Si+Ι的相 应位的非相与，得到相应的一组新数据序列K(i，j)，设j为存储器单元的数据位数，那么若 K(i, j)的值为I，则地址单元i中的j位的数据发生了 1->0翻转；若1((1，j)的值为0，则地址单元i中的j位的数据没有发生1->0翻转。
根据统计的T(i，j)和K(i，j)两组数据再对多位翻转进行分析，若对于同一地址 单元i有多位数据发生翻转(j有多个取值)，或者同一条地址线上有多个存储单元的数据 发生反转，则定义为该地址发生多位翻转，并分别统计发生2位翻转，3位翻转，4位翻转或 以上的次数，这能够更加全面的分析单粒子效应对存储器电路功能的影响，有利于提升存 储器电路的抗辐射性能。
(4)将存储器电路的工作状态配置为不读不写状态(若为同步存储器电路则时钟 信号停止)，累计辐照粒子达到标准后停止辐照，(若为同步存储器电路则恢复同步时钟信 号)，顺序读出存储单元内的数据并与写入数据进行比较，统计错误数并记录。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
权利要求
1.一种存储器电路的通用单粒子效应检测方法，其特征在于步骤如下(1)配置待测储器电路为写状态，对于同步存储器电路还需要确定其工作时钟频率；(2)选择测试向量并将测试向量写入待测存储器电路的各个地址单元，然后将待测存储器电路置于辐照环境中开始辐照；在辐照过程中实时监测待测存储器电路的工作电流直至测试结束，当工作电流发生异常并超过正常工作电流的1. 5倍时判定发生闩锁；(3)选择是进行动态测试或者静态测试，若为动态测试则进入步骤(4)，若为静态测试则进入步骤(6)；(4)将待测存储器电路配置为读状态，将待测存储器电路的各个地址单元存储的数据读出并与写入的数据进行比较，将比较结果不一致的地址单元的数量作为总错误计数，然后进入步骤(5)；(5)对于比较结果不一致的各地址单元均进行以下操作，记被操作的地址单元为地址单元i，(51)将地址单元i的写入数据Si的每一位取反并和地址单元i的读出数据Si+Ι的相应位进行逻辑与的操作，得到相应的一组数据序列T(i，j)，其中i代表该地址单元，j为该地址单元的数据位数，若T(i，j)的值为1，则判定地址单元i中的第j位的数据发生了 0->1的翻转；若T(i，j)的值为0，则判定地址单元i中的第j位的数据没有发生0->1翻转;(52)将地址单元i的写入数据Si的每一位和地址单元i的读出数据Si+Ι的相应位的非进行逻辑与的操作，得到相应的一组数据序列K(i，j)，若K(i，j)的值为1，则判定地址单元i中的第j位的数据发生了 1_>0翻转；若K(i，j)的值为0，则判定地址单元i中的第j 位的数据没有发生1_>0翻转；(53)分别统计T(i，j)和K(i，j)两组数据序列，根据数据序列中j的取值情况，得到地址单元i发生2位或者2位以上数据翻转的情况，结束测试；(6)将待测存储器电路配置为不读不写状态，对于同步存储器电路还需要设定其时钟信号停止，当辐照过程中的累计辐照粒子达到标准后停止辐照；对于同步存储器电路设定其时钟信号回复，然后顺序读出待测存储器电路各地址单元内的数据并与写入数据进行比较，对于异步存储器电路则直接顺序读出待测存储器电路各地址单元内的数据并与写入数据进行比较，将比较结果不一致的地址单元的数量作为总错误计数，结束测试。
2.根据权利要求1所述的一种存储器电路的通用单粒子效应检测方法，其特征在于 所述的测试向量为“00”，“FF”，“55”，“AA”，“55”+ “AA，，，“00，，+ “FF”，或者 MARCH。
全文摘要
一种存储器电路的通用单粒子效应检测方法，步骤为(1)配置待测存储器为写状态并写入测试向量，然后将待测存储器置于辐照环境中；(2)若进行动态测试，则将待测存储器配置为读状态，将各地址单元存储的数据读出并与写入数据比较，将比较结果不一致的地址单元的数量作为总错误计数，并进一步分析各地址单元发生2位或以上数据翻转的情况；(3)若是静态测试，则将待测存储器配置为不读不写状态，当辐照过程中的累计辐照粒子达到标准后，顺序读出各地址单元内的数据并与写入数据比较，将比较结果不一致的地址单元的数量作为总错误计数。在辐照过程中，实时监测待测存储器的工作电流，当工作电流超过正常工作电流的1.5倍时判定发生闩锁。
文档编号G11C29/44GK103021469SQ201210512620
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者陈莉明, 董攀, 郑宏超, 范隆, 岳素格, 陆时进, 杜守刚, 马建华, 王煌伟, 陈茂鑫, 文圣泉, 毕潇 申请人:北京时代民芯科技有限公司, 北京微电子技术研究所