Испытательные средства нормативно-Испытательные средства нормативно-методического и программного методического и программного

обеспечения контроля одиночных обеспечения контроля одиночных радиационных эффектов в ЭКБрадиационных эффектов в ЭКБ

АНАШИН В.С.1, ЕМЕЛЬЯНОВ В.В.2, ЗЕБРЕВ Г.И.3, ИШУТИН И.О.1,3, КУЗНЕЦОВ Н.В.4

1ОАО НИИ космического приборостроения, Москва2ФГУП НИИ приборов, Лыткарино, Московская обл.3Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»4НИИ ядерной физики МГУ, Москва

Дозовые эффекты (ДЭ)Протоны и

электроны ЕРПЗПараметрические

и функциональные отказы

Одиночные эффекты (ОЭ), 8 типов

Протоны и ионы СКЛ, ГКЛ и ЕРПЗ

Обратимые (сбои) и необратимые (катастрофические)

отказы

* H.C.Koons et al., The impact of the space environment on space systems,Aerospace technical Report TR-99 (1670) – 1, 1999)

Из-за эффектов одиночных событий зафиксированы отказы космических аппаратов: Feng Yun I

(Yun 1998), S II Jan (1998), Iron 9906 (1997); из-за дозовых эффектов – Hipparkos (Aug.1993). *

45-55%

ЭС

25-35%

ОЭ

5-15%

ДЭ

5-15%

другие

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА – ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА – ГЛАВЕНСТВУЮЩИЙ ЕСТЕСТВЕННЫЙ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ГЛАВЕНСТВУЮЩИЙ ЕСТЕСТВЕННЫЙ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ

ФАКТОР, ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ СРОК АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ ФАКТОР, ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ СРОК АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВКОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Стимулируют другие виды отказов (в первую очередь, электростатические)

УСРЕДНЁННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ УСРЕДНЁННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВАКОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА

Вид излучения Состав Энергия частиц, МэВ

Плотность потока, част./м2с

Радиационные пояса Земли:

внутреннийвнешний

Протоны

Электроны

1–30 3·1010

30 2·108

0,05–0,5 2·1012

0,5 5·1010

Протоны

Электроны

0,1 1·1012

0,05–1,5 2·1011

1,5 2·1012

Солнечные космические

лучиПротоны 1–104 107–108

Галактические космические

лучи

Протоны

103–1014

(для всех групп ядер)

4·103

Ядра гелия 3·102

Легкие ядра(Z* = 3–5)

6,2

Средние ядра(Z* = 6–9)

2·10

Тяжелые ядраZ* = 10 -30

7,8

* – порядковый номер в периодической системе.

ВИДЫ ОДИНОЧНЫХ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВВИДЫ ОДИНОЧНЫХ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ

№ ОРЭ Характеристика ОРЭ Характер отказа

1. SEU (Single Event Upset)

Обратимые сбои в БИС с регулярной логикой, проявляющиеся в виде потери информации в бистабильных структурах

Обратимый

2. SEL (Single Event Lаtchup

Радиационное защелкивание, вызванное включением паразитных тиристорных структур при попадании в чувствительный объем БИС отдельных заряженных частиц

Катастрофический

3. SEHЕ (Single Event Hard Error)

Одиночный микродозовый эффект, связанный с локальным выделением энергии в чувствительном объеме активных элементов БИС при попадании ЗЧ КП с последующим "дозовым" отказом данного элемента; после термического отжига обычно наблюдается возврат в рабочее состояние

Катастрофический

4. SEFI (Single Event Functional Interrupt)

Одиночный эффект функционального прерывания. Обратимый

5. SEB (Single Event Burnout)

Одиночный эффект выгорания в мощных МДП- транзисторах, связанный с открыванием паразитного биполярного транзистора при попадании ЗЧ КП

Катастрофический

6. SEGR (Single Event Gate Rapture)

Одиночный эффект пробоя подзатворного диэлектрика в МДП -структурах

Катастрофический

7. SESB (Single Event Snappback)

Одиночный эффект вторичного пробоя в n-МДП-КНИ транзисторах.

Катастрофический

8. SET (Single Event Transient)

Переходная ионизационная реакция, вызванная попаданием ЗЧ КП в чувствительную область БИС; эффект может проявляться в виде импульсов тока в выходных цепях в аналоговых ЭРИ и в ЭРИ смешанного типа, а также может привести к искажению информации в высокочастотных оптических линиях передачи информации

Обратимый

Проверка требований по стойкости

(этап выдачи и согласования ТЗ (ТТЗ))

Определение состава, уровней воздействия и коэффициентов запаса

К з (Коэ= 10, Кдэ= 3)

Проверка специальных мероприятий

(этап эскизного проекта, как правило)

Расчет локальных условий эксплуатации аппаратуры

Выбор ЭКБ

Расчетная оценка стойкости аппаратуры

Выявление критических элементов

Реализация методов повышения стойкости

Экспериментальное подтверждение стойкости ЭКБ

Проверка расчетной оценки стойкости

(все этапы проектирования)

Соответствие методов оценки требованиям НД

Соответствие результатов оценки требованиям ТЗ

Необходимость проведения экспериментальной оценки

Проверка экспериментальных

результатов стой-кости (этап наземной

экспериментальной отработки)

Порядок выбора типовых представителей и состава

испытаний

Соответствие состава и методов испытаний требованиям нормативной документации

Подтверждение стойкости изделия космической техникиСертификация

Расчет локальных условий ЭКБ и требований к методам повышения стойкости

Отраслевое ПО

Испытательные стенды

Методы повышения стойкости

Отраслевое ПО

Отраслевое ПО

Система мониторинга

ИСС , отраслевое ПО, порядок оценки стойкости

Отраслевое ПО

АЛГОРИТМ СЕРТИФИКАЦИИ РЭА КА (В ЧАСТИ СТОЙКОСТИ К ИИ КП)АЛГОРИТМ СЕРТИФИКАЦИИ РЭА КА (В ЧАСТИ СТОЙКОСТИ К ИИ КП)

Соответствие испытательного центра требованиям ФСС КТ

Проверка стойкости выбранной ЭКБ

Отраслевое ПО

Порядок выбора ЭКБ

Плу ≤ ПРЭА

Плу ~ Ктр·Кослк·Птз(ттз)

ПРЭА ~ Кз·КослРЭА·Ктм·ПЭКБ.мин

УСЛОВИЯ СЕРТИФИКАЦИИ КТУСЛОВИЯ СЕРТИФИКАЦИИ КТ

Ктр=Ктм=1Кз = 1 для испытанийКз = 3-10 для оценки

сейчас

ЛУ- локальные условия;Тр – точность расчета;ОСЛ К– ослабление конструктивными элементами КА;ТЗ(ТТЗ) – требования ТЗ (ТТЗ)ОСЛ РЭА - ослабление конструктивными элементами РЭА;ТМ- точность метода;З – запас;ЭКБ мин – минимальное значение стойкости ЭКБ

• Испытания:- квалификационные- определительные

• Оценка:- Экспериментальная- Экспериментально-

аналитическая- аналитическая

• Обеспечение стойкости в процессе производства ЭКБ

• Исследования- Экспериментальные- Экспериментально-

аналитические- аналитические

ВИДЫ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ КОНТРОЛЯ СТОЙКОСТИ ЭКБ К ИИ КПВИДЫ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ КОНТРОЛЯ СТОЙКОСТИ ЭКБ К ИИ КП

• Испытания:- прямые- моделирующие- имитирующие

• Расчеты:- верифицированное ПО- ПО

• Экспертная оценка

СОСТАВ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА ПРЯМОГО КОНТРОЛЯ СОСТАВ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА ПРЯМОГО КОНТРОЛЯ ОДИНОЧНЫХ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ (ИС ОРЭ)ОДИНОЧНЫХ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ (ИС ОРЭ)

Состав ИС ОРЭ Состав ИС ОИ (400) Состав ИС ОПИ Примечание

1 Оборудование моделирования воздействия ВЭЧ ИИ КП на ЭКБ с использованием исходных пучков

1.1 Оборудование контроля характеристик пучков протонов и ионов

АКХИПАКХДП

АКХИПАКХДП

АКХИП – аппаратура контроля характеристик исходного пучкаАКХДП – аппаратура контроля характеристик действующего пучка

1.2 Оборудование манипулирование пучками

УНП АМП

УНП АМП

УНП – устройство наведения пучкаАМП – аппаратура манипулирования пучком

1.3 Оборудование манипулирование объектами испытаний

ОПО ОФ ОИ

АФО ОМО

ОПО –оборудование позиционирования объектаОФ ОИ – оборудование фиксации объекта в ионахАФО – аппаратура фиксации объектаОМО – оборудование манипулирования объектом

1.4 Контроль вторичных излучений и защита внешней среды от первичных и вторичных излучений

– ОРБ Контроль и защита от вторичных излучений на ИС ОИ (400) обеспечи-вается штатными средствами циклотрона У 400

ОРБ- оборудование радиационной безопасности

2 Оборудование смены типа ионов ОСИ Мишень многослойная ОСИ – оборудование смены типа ионов

3 Оборудование контроля характеристик объекта (включая электрические и неэлектрические параметры):

АПКЭХ АОКЭХ

АПКЭХАОКЭХ

АПКЭХ - аппаратура предварительного контроля электрических характеристикАОКЭХ- аппаратура окончательного контроля электрических характеристик

4 Оборудование обеспечения процесса испытаний, включая обработку данных.

РМ ОИ РМ ОПИ РМ ОИ– рабочее место облучения ионамиРМ ОПИ-рабочее место облучения протонами-ионами

В состав ИС ОРЭ входят: - испытательный стенд облучения протонами и ионами (ИС ОПИ), базирующийся на выводе 212 ускорительного комплекса ГНЦ РФ ИТЭФ (г. Москва); - испытательный стенд облучения ионами (ИС ОИ (400)), базирующийся на циклотроне У-400, расположенного в лаборатории ядерных реакций ОИЯИ (г. Дубна, Московской области).

СТРУКТУРА ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СТЕНДОВ КОНТРОЛЯ ОДИНОЧНЫХ СТРУКТУРА ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СТЕНДОВ КОНТРОЛЯ ОДИНОЧНЫХ ЭФФЕКТОВЭФФЕКТОВ

Назначение:

• контроль 2-х типов (SEU и SEL) эффектов в цифровых СБИС (2009);

• контроль 5-ти типов (SEHE, SEFI, SEB, SEGR, SET) эффектов в аналого-цифровых БИС (2010)

Исходный пучок

Вакуумный тракт транспортировки пучков

•Контроль

Действующий пучок

•Наведение пучка

объект

•Манипулирование пучком

Обеспечение рад. безопасности

•Контроль вторичных факторов•Защита•Ловушка

Манипулирование объектом

•Позиционирование

•Фиксация

Рабочее место

оператора и испытателя

Контроль объекта

•Предварительный

•Общий

•Контроль

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИС ОРЭХАРАКТЕРИСТИКИ ИС ОРЭ№ п/п

Наименование параметра

Требования ТЗ к ИС ОРЭ (п. 3.2.1)

Характеристики ИС ОРЭ ПримечаниеИС ОПИ ИС ОИ (400)

11.1

ИоныНабор ионов

С, Al, Fe, Bi; Fe Ne,Ar,Kr,Xe, (Bi) Набор достаточен для обеспечения требуемых ЛПЭ

1.2 Пробег в Si, мкм – ≥ 30 ≥ 30 Соответствие зарубежным стандартам1.3 Энергия, МэВ/А 18– 150

(на входе в канал транспортировки

)

18– 150 (на мишени)

3 –6 (на мишени)

Уточняется место измерения и характеристики, достаточные для обеспечения испытаний (ЛПЭ и пробег)

1.4 Плотность потока, частиц/см 2х с

103 -106 102 -105 (средняя) 102 -105 (средняя) Уточнение по величине и сути , т.к. > 105 возможны множественные эффекты

1.5 Максимальная плотность потока, частиц /см 2х с

– не должна приводить к мощности дозы > 106 рад/с(Si)

Исключение возможности проявления эффектов мощности дозы

1.6 Неравномерность, % 15%(на пятне 8х8 мм)

30%(на пятне 30 х 30

мм)

15%(на пятне 30 х 30 мм)

30%(на пятне 50 х 100

мм)

Уточнена количественная характеристика применительно к зоне облучения

2 Протоны

2.1 Энергия, МэВ 25 МэВ – 400 МэВ 100 – 400 МэВ – Понижение энергии до 25 МэВ осуществляется применением дополнительных экранов

2.2 Плотность потока , частиц /см 2х с

105 -108 105 -108 –

2.3 Максимальная плотность потока, частиц /см 2х с

– не должна приводить к

мощности дозы > 106 рад/с(Si)

–

2.4 Неравномерность, % 15%(на пятне 8 х 8

мм)

30%(на пятне 30 х 30

мм)

–

3 Угол поворота объекта от 00 до 90 0 (дискретность 50,

точность ± 10)

от 00 до 90 0 (дискретность 50,

точность ± 10

от 00 до 60 0 (дискретность 50,

точность ± 10

Подтверждается конструктивным исполнением.

ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЭП И ТЗЧВИДЫ ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЭП И ТЗЧ

Определительные Контрольные

Зависимость сечения ОРЭ от:энергии ВЭП (25 E (МэВ) 400);

ЛПЭ ТЗЧ (0,3 ЛПЭ (МэВМэВ×см2/мг) 60)

Возможность возбуждения SEL приэнергии и ЛПЭ,

заданных в требования к СБИС (или требованиях заказчика)

Регистрация:- количество событий определенного типа;- интегральные потоки протонов и ТЗЧ.

Регистрация:Не менее одного события SEL или набора потока 1010 протонов/см2 (107 ионов/см2)=N/(Ф×бит)

АЛГОРИТМ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙАЛГОРИТМ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ

=N/(Ф×бит), N- зарегистрированное число событий, Ф – поток частиц

Расчёт норм испытаний(ОСОТ, НДС)

Проведение испытаний(НДС)

Обработка результатов испытаний (ОСОТ)

Расчёт интенсивности сбоев (ОСОТ)

Получение зависимости (Λ)

Аппроксимация экспериментальных данных аналитической кривой и получение параметров для расчёта интенсивности сбоев

•2-х параметрический расчёт при отсутствии экспериментальных данных по протонам •4-х параметрический расчёт при наличии полных экспериментальных данных

ПРИМЕР РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙПРИМЕР РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Толщинапоглотителя,мм

Энергия ионов Fe, МэВ/нуклон

ЛПЭ ионов Fe,

МэВ/нуклон

ФлюенсФ, част/см2

Кол-во Событий.

N

сеч. σ,см-2/бит

3,00 40 7,8 (3,60±0,88) ×104 331 1,75×10-8

3,44 20 11,5 (3,62±0,88) ×104 674 3,55×10-8

3,66 10 18,2 (3,36±0,85) ×104 943 5,35×10-8

3,71 5 23,7 (3,69±0,90) ×104 689 3,6×10-8

0,00E+00

1,00E-08

2,00E-08

3,00E-08

4,00E-08

5,00E-08

6,00E-08

0 5 10 15 20 25

ЛПЭ, МэВ*см2/мг

Сеч

ени

е, с

м2

Значения сечений одиночных сбоев в СБИС СОЗУ 1637РУ1 при воздействии пучка ионов Fe.

0,00E+00

2,00E-14

4,00E-14

6,00E-14

8,00E-14

1,00E-13

1,20E-13

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Энергия протонов, МэВ

Сеч

ени

е сб

оев

, см

2/б

ит

Значения сечений одиночных сбоев в СБИС СОЗУ 1637РУ1 при воздействии протонов.

НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕНОРМАТИВНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1. РД 134-0175-2009 Методы испытаний цифровых сверхбольших интегральных микросхем на воздействие отдельных высокоэнергетических протонов и тяжелых заряженных частиц космического пространства на ускорителях заряженных частиц. (НДС-1)

2. РД 134-0174-2009 Методы расчета показателей стойкости интегральных микросхем к воздействию заряженных частиц космического пространства по одиночным сбоям и отказам по результатам прямых испытаний на ускорителях заряженных частиц. (НДС-2)

3. Набор программ и методик испытаний4. Техническое описание ИС ОРЭ5. Инструкция по эксплуатации ИС ОРЭ

СОСТАВ ПРОГРАММ И МЕТОДИК (ПМ) ИСПЫТАНИЙ ИС ОРЭСОСТАВ ПРОГРАММ И МЕТОДИК (ПМ) ИСПЫТАНИЙ ИС ОРЭ

1. Программа и методика испытаний базового профилометра НПК-1-06/219 ПМ;2. Программа и методика базового измерителя потока плотности частиц НПК-1-06/261 ПМ;3. Программа испытаний ЛВ НПК-1-06/144 ПМ1;4. Методика испытаний ЛВ НПК-1-06/144 ПМ2;5. Программа и методика испытаний БАОПИП, включая: - программу испытаний БАОПП НПК-1-06/271 ПМ1; - методику испытаний БАОПП НПК-1-06/271 ПМ2; - программу испытаний БАОИП НПК-1-06/264 ПМ1; - методику испытаний БАОИП НПК-1-06/264 ПМ2; 6. Программа испытаний АФО на тестовом пучке протонов НПК-1-07/220 ПМ; 7. Методика испытаний АФО на тестовом пучке протоновНПК-1-07/220 ПМ1; 8. Программы и методики испытаний локальной и глобальной защит, ловушек, включая: - программу автономных испытаний (отдельные блоки) на тестовом пучке нейтронов НПК-1-07/264 ПМ3; - методику автономных испытаний (отдельные блоки) на тестовом пучке нейтронов ИТЭФ/208-108-1/96 ПМ3; - программу совместных испытаний МО ГЗ, ЛЗ и ловушки на тестовом пучке НПК-1-07/264 ПМ2; - методику совместных испытаний МО ГЗ, ЛЗ и ловушки на тестовом пучке ИТЭФ/208-108-1/ПМ2; - программу комплексных испытаний МО ГЗ, ЛЗ и ловушки на пучке протонов произвольных характеристик НПК-1-07/264

ПМ1; - методику комплексных испытаний МО ГЗ, ЛЗ и ловушки на пучке протонов произвольных характеристик ИТЭФ/208-108-

1/ПМ1;9. Программа и методика совместных проверок микроконтроллерного тестера НПК-1-08/220 ПМ;10. Программа и методика совместных испытаний микроконтроллерного тестера НПК-1-08/220 ПМ1; 11. Программа и методика автономных проверок аппаратуры связи НПК-1-08/222 ПМ ;12. Программа и методика автономных испытаний аппаратуры связи НПК-1-08/222 ПМ1;13. Программа и методика автономных проверок микроконтроллерного модуля НПК-1-08/103 ПМ;14. Программа и методика автономных испытаний микроконтроллерного модуля НПК-1-08/103 ПМ1;15. Программа и методика автономных проверок аппаратуры отображения НПК-1-08/221 ПМ;16. Программа и методика автономных испытаний аппаратуры отображения НПК-1-08/221 ПМ1;17. Программа испытаний МИК ИТЭФ-01Л/08-459 П;18. Методика испытаний МИК ИТЭФ-01Л/08-459 М;19. Программа и методика испытаний АППф ИТЭФ-01Л/08-438 ПМ;20. Программа и методика испытаний ИППЧ ИТЭФ-01Л/08-461 ПМ;21. Программа испытаний МПК ИТЭФ-01Л/08-438 П;22. Методика испытаний МПК ИТЭФ-01Л/08-461 М;23. Программа и методика испытаний АМ ИТЭФ-01Л/08-462 ПМ;24. Программа испытаний ЛП ИТЭФ-01Л/08-223 П;25. Методика испытаний ЛП ИТЭФ-01Л/08-223 М;26. Программа и методика испытаний функционирования АОКЭХ НПК-1-08/774 ПМ;27. Программа и методика испытаний автономного функционирования узлов АОКЭХ НПК-1-08/774 ПМ1.

СОСТАВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПО ИС ОРЭСОСТАВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПО ИС ОРЭ

1. ТПО базового профилометра НПК-1-07/01-01;2. ТПО базового измерителя потока плотности частицНПК-1-07/03-01;3. ТПО БАОПИП включая: - ТПО БАОПП НПК-1-07/123-01; - ТПО БАОИП НПК-1-07/126-01;

- ТПО проведения автономных проверок АФО НПК-1-07/254-01; - ТПО проведения совместных проверок АФО НПК-1-07/255-01; - ТПО проведения испытаний АФО НПК-1-07/256-01; - ТПО локальной и глобальной защит, ловушек, включая:

- ТПО измерений при совместных и автономных испытаниях НПК-1-07/238-01; - ТПО пересчета результатов совместных испытаний на результаты комплексных испытаний НПК-1-07/239-01; микроконтроллерн. тестер:4. Технологическое ПО совместных проверок НПК-1-08/220-01.01;5. Технологическое ПО совместных испытаний НПК-1-08/220-02.01;микроконтроллерный модуль:6. Технологическое ПО автономных проверок НПК-1-08/103-01.01;7. Технологическое ПО автономных испытаний НПК-1-08/103-02.01; Аппаратура отбражения8. Технологическое ПО автономных проверок НПК-1-08/221-01.01;9. Технологическое ПО автономных испытаний НПК-1-08/221-02.01;10. Технологическое ПО профилометра НПК-1-08/483;11. Технологическое ПО МИК НПК-1-08/484;12. Технологическое ПО АППФ НПК-1-08/485;13. Технологическое ПО ИППЧ НПК-1-08/486;14. Технологическое ПО МПК НПК-1-08/487;15. Технологическое ПО испытаний функционирования АОКЭХ НПК-1-08/817;Технологическое ПО испытаний автономного функционирования узлов АОКЭХ НПК-1-08/818;16. Технологическое ПО ОСИ ЦДКТ.00151-01, из состава АСТИ; 17. Технологическое ПО аппаратуры рабочего места оператора (АРМО), включая удаленное управление пучками:17.1 Технологическое ПО РМ ОПИ в части:- Технологическое ПО РМ ОПИ-О ЦДКТ.464971.004,- Технологическое ПО РМ ОПИ-И ЦДКТ.464971.005.17.2 Технологическое ПО РМ ОИ в части:- Технологическое ПО РМ ОИ-И ЦДКТ.464971.008.

ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ПО) для обработки результатов ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ПО) для обработки результатов испытанийиспытаний

ОСОТ (Одиночные Сбои и ОТказы) -Программный комплекс, предназначенный для расчёта норм испытаний, обработки результатов испытаний ЭКБ на стойкость к ИИ КП, расчета частоты сбоев ЭКБ под воздействием ВЭП и ТЗЧ ЕРПЗ, ГКЛ, СКЛ и моделирования радиационной обстановки на орбите.

Структура программного комплекса ОСОТ

И Н Т Е Р Ф Е Й С П О Л Ь З О В А Т Е Л Я

Расчет условий эксплуатации

Обработка эксперимен-

тальных данных

Четырех-параметрическийрасчет стойкости

к ОРЭ

Пользователь

Двух- параметрический расчет

стойкости к ОРЭ

Диспетчер программ и

интерфейса пользователя

Экспериментальные

данные

МОДУЛИ ОСОТМОДУЛИ ОСОТ

Модуль расчёта условий эксплуатацииДля заданной орбиты, времени запуска, активности солнечного цикла производится расчёт энергетических

Спектров протонов и ионов ГКЛ, СКЛ, ЕРПЗ, а также электронов ЕРПЗ

Модуль обработки экспериментальных данных Производит аппроксимацию 2-х типов:

0

1 exp ,

0,

csat c

c

L LL L

W

L L

exp 10 csat

L

L

S0 – площадь поверхности чувствительного объёма,f(s) – функция распределения длин хорд,S – длина хорды, L –ЛПЭ, (L) – дифференциальный спектр ЛПЭ

Модуль 4-параметрического расчёта интенсивности сбоев

WsaLLWc

QsLK c )/(exp1),;,,(

max max

min

0

0)(),,()()4/(

s L

LL

cQsLKdLsfdsSR

Модуль 2-параметрического расчёта интенсивности сбоевРасчёт по модели тонкого слоя

1 2

3

1 – моделирования спектров на заданной орбите, для определённой защиты

2 – аппроксимация экспериментальных данных и извлечение параметров модели для исследуемой ИМС

3 – расчет интенсивности сбоев по 2-м модулям: «Эффект-1» и «Эффект-2»

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

ВЕРИФИКАЦИЯ ОСОТ. СРАВНЕНИЕ С ВЕРИФИКАЦИЯ ОСОТ. СРАВНЕНИЕ С CREME96CREME96 (СПЕКТРЫ) (СПЕКТРЫ)

Спектры ТЗЧСпектры ТЗЧ ГКЛГКЛ Спектры ВЭП ГКЛСпектры ВЭП ГКЛ

Пример: Геостационарная орбита, минимум солнечной активности, защита – Пример: Геостационарная орбита, минимум солнечной активности, защита – 1г/см1г/см22

Проведено сравнение ЛПЭ-спектров для ТЗЧ и энергетических спектров ВЭП, рассчитанных по моделям ОСОТ и CREME96 для 4 различных орбит (Геостационарная, МКС, ГЛОНАСС, «Молния») и толщин защиты: 0,5 г/см2, 1 г/см2, 3 г/см2. В результате сравнение получено, что спектры ОСОТ и CREME96 совпадают в пределах 15%.

ВЕРИФИКАЦИЯ ОСОТ. СРАВНЕНИЕ С ВЕРИФИКАЦИЯ ОСОТ. СРАВНЕНИЕ С CREME96CREME96 (ИНТЕНСИВНОСТЬ (ИНТЕНСИВНОСТЬ СБОЕВ НА ГСО)СБОЕВ НА ГСО)

Входные данные:X=Y= 10 мкм, (поверхностные размеры ЧО)W=5 МэВ см2/мг (параметр модели), S=2 (параметр модели). защита – 1г/см2

Для расчёта использовались спектры CREME96, таким образом проведена верификация расчётного метода

L0, МэВ см2/мг

(пороговая ЛПЭ)

d, мкм(глубина

ЧО)

0,1 1 10 100

2

ОСОТ(«Эффект-2»)

4,24e-3 1,21e-3 2,75e-4 1,09e-5

Creme96 7,86e-3 1,26e-3 2,75e-4 1,11e-5

7

ОСОТ(«Эффект-2»)

1,01e-3 1,87e-4 5,36e-5 5,44e-7

Creme96 1,22e-3 1,89e-4 5,33e-5 6,05e-7

40

ОСОТ(«Эффект-2»)

2,13e-5 8,06e-6 1,81e-9 2,26e-12

Creme96 2,18e-5 7,99e-6 1,73e-9 2,84e-12

ВЕРИФИКАЦИЯ ОСОТ. СРАВНЕНИЕ С ВЕРИФИКАЦИЯ ОСОТ. СРАВНЕНИЕ С CREME96CREME96 (ИНТЕНСИВНОСТЬ (ИНТЕНСИВНОСТЬ СБОЕВ НА МКС)СБОЕВ НА МКС)

Входные данные:X=Y= 10 мкм, (поверхностные размеры ЧО)W=5 МэВ см2/мг (параметр модели), S=2 (параметр модели). защита – 1г/см2

Для расчёта использовались спектры CREME96, таким образом проведена верификация расчётного метода

L0, МэВ см2/мг

(пороговая ЛПЭ)

d, мкм(глубина ЧО)

0,1 1 10 100

2

ОСОТ («Эффект-2»)

1,31e-6 1,18e-6 1,77e-7 5,99e-9

Creme96 1,56e-6 1,30e-6 1,77e-7 6,16e-9

7

ОСОТ («Эффект-2»)

3,42e-7 2,34e-7 2,88e-8 2,95e-10

Creme96 3,97e-7 2,50e-7 2,87e-8 3,30e-10

40

ОСОТ («Эффект-2»)

1,98e-8 4,53e-9 2,18e-12 7,38e-15

Creme96 2,13e-8 4,49e-9 2,14e-12 9,21e-15

ВЕРИФИКАЦИЯ ОСОТ. ПОЛЁТНЫЕ ДАННЫЕ 1.ВЕРИФИКАЦИЯ ОСОТ. ПОЛЁТНЫЕ ДАННЫЕ 1.

Данные получены с двух спутников (G1, G2) в период 2001-2006 гг., точками показана средняя интенсивность сбоев за месяц. На график нанесены результаты расчёта по программам ОСОТ и CRÈME96 для минимума и максимума солнечной активности, из которых видно, что совпадение с полётными данными лучше (до 1,5 раз) у ОСОТ.

Источник - “Flight data analysis report”, 1 July 2003.

Полётные данные (SEU/день)

CREME96 (SEU/день)

«ЭФФЕКТ-2» (SEU/день)

Солн. Мин 167-255 938 851

Солн. Макс 447 425Толщина защиты 1440mils (Al)

Полётные данные (SEU/день)

CREME96 (SEU/день)

«ЭФФЕКТ-2» (SEU/день)

Солн. Мин 167-255 414 390

Солн. Макс 238 232

Толщина защиты 100mils (Al)

Исходные данные:

Толщина чувствительной области – 4 мкмУстройство - COTS DRAM HITACHI MDM1400G-120, 4 Mx1 bit, 220 DRAM per FDR.

Хотя в данном эксперименте точная толщина защиты не известна, для наиболее вероятных значений, указанных в статье, результаты расчёта «ОСОТ» ближе к полётным данным.

ВЕРИФИКАЦИЯ ОСОТ. ПОЛЁТНЫЕ ДАННЫЕ 2.ВЕРИФИКАЦИЯ ОСОТ. ПОЛЁТНЫЕ ДАННЫЕ 2.

ПОРЯДОК СДАЧИ ОО ИС ОРЭ В ОПЫТНУЮ ЭКСПЛУАТАЦИЮПОРЯДОК СДАЧИ ОО ИС ОРЭ В ОПЫТНУЮ ЭКСПЛУАТАЦИЮ

1. Подтверждение готовности ОО ИС ОРЭ к комплексным испытаниям (Уведомление от 06.11.2009 № НПК-1/194):

– соответствие ОО ИС ОРЭ требованиям ТЗ (Акт от 06.11.2009 № НПК-1/192);

– соответствие ОО ИС ОРЭ комплекту КД ЦДКТ.412110.001 (Акт от 05.11.2009 № НПК-1/189);

– Завершение разработки комплекта КД ЦДКТ.412110.001 (Акт от 05.11.2009 № НПК-1/190).

2. Проведение комплексных испытаний ОО ИС ОРЭ (Акт от 30.11.2009 № НПК-1/211 с рекомендацией о вводе в опытную эксплуатацию (ОЭ):

– разработка программы и методики проведения комплексных испытаний ОО ИС ОРЭ ЦДКТ.412110.001 ПМ;

– проведение комплексных испытаний ОО ИС ОРЭ(Протокол от 30.11.2009 № НПК-1/209):

· проверка работоспособности ОО ИС ОРЭ и его составных частей;

· подтверждение соответствия ОО ИС ОРЭ требованиям ТЗ;

· метрологическая аттестация ОО ИС ОРЭ (Протокол от 25.11.2009 № НПК-1/200);

· подтверждение возможности проведения испытаний СБИС (завершение отработки НДС и отладки ПО «ОСОТ»).

3. Ввод ОО ИС ОРЭ в опытную эксплуатацию (Акт от 02.12.2009 № НПК-1/214).

ВЫВОДЫВЫВОДЫ• Создан испытательный стенд прямого контроля одиночных радиационных эффектов (ИС ОРЭ)

-ПО разработанной КД изготовлен опытный образец

-Проведены комплексные испытания

-Проведена метрологическая аттестация

- Сдан ИС ОРЭ сдан в опытную эксплуатацию

• Разработано программное обеспечение ОСОТ

-Проведена обширная верификация ПО

-ПО сдано в отраслевой фонд алгоритмов и программ (ФАП)

• Разработано нормативно-методическое обеспечение (НМО) стенда

- Проведено согласование с предприятиями отрасли

- НМО зарегистрировано и сдано в архив ЦКБС