一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置及其方法制造方法及图纸

一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置及其方法，所述装置主要由程控电源

【技术实现步骤摘要】
一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置及其方法


[0001]本专利技术涉及线性器件的瞬态小信号测试领域，特别涉及单粒子效应引起的瞬态信号测试，属于微电子

。

技术介绍

[0002]模数转换器和数模转换器是数字电路和模拟电路接口的关键器件，被广泛用于雷达
、
通信
、
卫星
、
武器等领域
。
模数转换器的功能是将模拟信号转换成数字信号，如将自然界的声音转换成电子系统识别的数字信号，而数模转换器的功能是将数字信号转换成模拟信号，如将电子系统中的数字信号还原成声音
。
当模数和数模转换器应用于卫星
、
航天器等空间环境中，会面临辐射粒子和射线带来的威胁
。
单粒子效应是指由单个高能带电粒子穿过电子元器件产生的辐射效应，带电粒子在半导体材料中会通过电离作用产生自由载流子，这些载流子被收集后会导致模数和数模转换器出现一系列辐射效应，如单粒子闩锁
、
单粒子功能中断
、
单粒子瞬态等
。
[0003]其中单粒子瞬态效应会导致模数和数模转换器的输出产生信号失真
、
变形，包括输出信号幅值的变化
、
相位的抖动，甚至信号消失等，这会严重影响器件及系统的速度
、
精度及性能
。
在模数和数模转换器的单粒子效应测试中，单粒子瞬态效应的测试难度大
。
原因如下：一
.
>单粒子瞬态信号的持续时间短，通常为纳秒级别，捕捉难度大
。
二
.
环境中存在本底噪声，即便器件不处于辐射环境，器件的输出信号仍然存在一定程度的干扰，如何将单粒子瞬态效应导致的信号失真和变形从本地噪声中区分出来是个技术难题
。
三
.
模数和数模转换器的单粒子瞬态效应的表现形式在不同的器件工作条件下是不同的，如何表征真实工作条件下的单粒子瞬态也是个难题
。
[0004]数模和模数转换器中既包含数字电路又包含模拟电路，其单粒子效应瞬态的捕捉策略有所不同
。
如专利
202211689709.8
中通过
FPGA
设置触发电路来捕捉和记录模拟电路中的电平突变
。
专利
201410188432.X
和
201210548033.0
通过将模数转换器数字电路的输出码值和理论输出码值进行逻辑与运算来判定是否发生单粒子瞬态，达到单粒子瞬态效应信号的检测和捕获
。
本专利采用示波器的模板模式捕捉单粒子瞬态信号，即适用于模拟电路也适用于数字电路
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种便捷的数模
/
模数转换器器件中单粒子瞬态效应测试方法及装置，该方法能够精确识别并数模
/
模数转换器器件受单粒子效应影响产生的失真信号，并统计发生的次数，为器件的单粒子效应机理分析及考核提供试验支持
。
[0006]本专利技术的一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置，其特征在于，包括：程控电源
、
信号发生器
、
示波器
、
测试电路板
、
电流表和可编程门阵列
FPGA
模块；待测器件
DUT
焊接在所述测试电路板上，程控电源为测试电路板和待测器件提供正常工作需要的电流；程控电源的正极通过电线连接电流表输入端口，经过电流表的输出端口连接至测试电路板，
以此来观察器件工作电流的变化情况；信号发生器连接测试电路板，为待测器件提供输入信号；待测器件的输出信号通过测试电路板连接到示波器，来显示输出的数字或模拟信号；
FPGA
模块焊接在测试电路板上，通过测试电路板上的金属布线与待测器件连接
。
[0007]进一步，所述信号发生器通过同轴电缆连接测试电路板的
SMA
接口，为待测器件提供输入信号，
[0008]进一步，所述信号发生器提供输入信号为方波或者正弦波
。
[0009]进一步，所述待测器件的输出信号通过测试电路板的
SMA
接口利用同轴电缆连接到示波器
。
[0010]进一步，所述
FPGA
模块包括
FPGA
芯片
、
电源模块
、Flash、SRAM
配置存储器
、JTAG
串口
、RS232
串口
、MAX3232
外部接口，通过测试电路板上的外部接口与外部上位机连接进行通信，为待测器件提供正常工作所需的时序信号
。
[0011]待测器件中的单粒子瞬态效应利用示波器的模板模式来捕捉并统计，模板参数的设置与器件的输出信号波形和频率一致，触发范围要高于本底噪声窗口
。
当器件输出信号的失真程度超过设置的示波器触发阈值时，判定器件中出现一次单粒子瞬态效应
。
本底噪声窗口的设置需要在试验现场的非试验环境下进行测试，通过不断调试模板的触发范围，直到器件的输出信号不会被模板触发，确定该范围是本底噪声范围
。
待测的输入信号由信号源提供，为了模拟真实的器件工作环境，输入信号设置为方波或正弦波输入，该输入能够覆盖器件的采样范围
。
[0012]本专利技术的另一技术方案在于，提供了一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013]步骤1：连接测试装置
[0014]步骤
1.1
：按照上述装置连接方式，连接数模
/
模数转换器的单粒子效应测试装置；示波器
、
信号发生器为测试电路板提供电源和输入信号，
DUT
为待测的数模
/
模数转换器器件，
FPGA
为现场可编程门阵列器件，为
DUT
提供正常工作所需的时序信号；
[0015]步骤
1.2
：将连接好的装置移动到辐射平台上；
[0016]步骤2：上电初始化配置；
[0017]步骤3：测量噪声窗口；
[0018]步骤4：开展辐射试验
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的方法能够准确识别到单粒子瞬态效应在待测器件中产生的失真信号，不需要基于
FPGA
进行额外的触发电路设计，对采样时间精度要求低，操作简单，适用性强
。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的数模
/
模数转换器单粒子瞬态效应测试程序流程图
。
[0021]图2为本专利技术实施例的数模
/
模数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置，其特征在于，包括：程控电源
、
信号发生器
、
示波器
、
测试电路板
、
电流表和可编程门阵列
FPGA
模块；待测器件
DUT
焊接在所述测试电路板上，程控电源为测试电路板和待测器件提供正常工作需要的电流；程控电源的正极通过电线连接电流表输入端口，经过电流表的输出端口连接至测试电路板，以此来观察器件工作电流的变化情况；信号发生器连接测试电路板，为待测器件提供输入信号；待测器件的输出信号通过测试电路板连接到示波器，来显示输出的数字或模拟信号；
FPGA
模块焊接在测试电路板上，通过测试电路板上的金属布线与待测器件连接
。2.
如权利要求1所述的一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置，其特征在于，所述信号发生器通过同轴电缆连接测试电路板的
SMA
接口，为待测器件提供输入信号
。3.
如权利要求2所述的一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置，其特征在于，所述信号发生器提供输入信号为方波或者正弦波
。4.
如权利要求3所述的一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置，其特征在于，所述待测器件的输出信号通过测试电路板的
SMA
接口利用同轴电缆连接到示波器
。5.
如权利要求4所述的一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置，其特征在于，所述
FPGA
模块包括
FPGA
芯片
、
电源模块
、Flash、SRAM
配置存储器
、JTAG
串口
、RS232
串口
、MAX3232
外部接口，通过测试电路板上的外部接口与外部上位机连接进行通信，为待测器件提供正常工作所需的时序信号
。6.
基于权利要求1‑4任一一种所述的一种数模模数转换器单粒子瞬态效应测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：连接测试装置步骤
1.1
：按照上述装置连接方式，连接数模
/
模数转换器的单粒子效应测试装置；示波器
、
信号发生器为测试电路板提供电源和输入信号，
DUT
为待测的数模
/
模数转换器器件，
FPGA
为现场可编程门阵列器件，为
DUT
提供正常工作所需的时序信号；步骤
1.2
：将连接好的装置移...

【专利技术属性】
技术研发人员：琚安安，汪波，马林东，王烁，陈凡，孔泽斌，王昆黍，楼建设，
申请(专利权)人：上海精密计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：