МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ СРОКОВ АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА В. С. Анашин (ФГУП НИИ космического приборостроения)
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ 1. Снижение удельной стоимости информации. 2. Увеличение функциональной сложности: • увеличение числа корпусов ЭКБ; • увеличение степени интеграции ЭКБ; • переход на СБИС, СНК и СВК. 3. Увеличение срока активного существования КА. ИИ КП – ГЛАВЕНСТВУЮЩИЙ ЕСТЕСТВЕННЫЙ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ФАКТОР, ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ СРОК АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Дозовые эффекты (ДЭ) Протоны и электроны ЕРПЗ Параметрические и функциональные отказы Одиночные эффекты (ОЭ), 8 типов Протоны и ионы СКЛ, ГКЛ и ЕРПЗ Обратимые (сбои) и необратимые (катастрофические) отказы 45 55% 25 35% 5 15% ЭС ОЭ ДЭ 5 15% другие ИИ КП стимулируют другие виды отказов (в первую очередь, электростатические) 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). * * H. C. Koons et al. , The impact of the space environment on space systems, Aerospace technical Report TR 99 (1670) – 1, 1999)
УСРЕДНЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА Вид излучения Состав Энергия частиц, Мэ. В Плотность потока, част. /м 2 с Радиационные пояса Земли: внутренний внешний Протоны 1– 30 3· 1010 30 2· 108 0, 05– 0, 5 2· 1012 0, 5 5· 1010 0, 1 1· 1012 0, 05– 1, 5 2· 1011 1, 5 2· 1012 1– 104 107– 108 Электроны Протоны Электроны Солнечные космические лучи Протоны Ядра гелия Галактические космические лучи 4· 103 3· 102 Легкие ядра (Z* = 3– 5) Средние ядра (Z* = 6– 9) 103– 1014 (для всех групп ядер) Тяжелые ядра Z* = 10 30 * – порядковый номер в периодической системе. 6, 2 2· 10 7, 8
ВИДЫ ОДИНОЧНЫХ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ № ОРЭ Характеристика ОРЭ 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 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 вторичного пробоя Характер отказа в n-МДП-КНИ Обратимый
Экспериментальные Нормативно методические Системный (КА) ● ● ● ● Приборный (РЭА) ● ● ● ● Элементный (ЭКБ) ● ● ● ● Структурно алгоритмические Конструктивно технологические Расчетные УРОВНИ Информационные МЕТОДЫ Организационные УРОВНИ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫСОКИХ САС ТКС
СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЛЕКТАЦИИ РЭА КА Проектирование Изготовление Испытания Дизайн- Кремниевая Корпус Финишное Испытацентр фабрика произво- тельный дство центр Закупка ЭКБ требуемых (Space) характеристик Требуются ДОИ зарубежный производитель Изготовление по ЭКБ отраслевой КД требуемых (Space) характеристик отечественный производитель Требуется сертификация отечественный производитель зарубежный производитель Финишное изготовление зарубежный и (отраслевой «сборочный отечественный дом» ) производитель пластин Отраслевое производотечественный ство полного цикла производитель пластин Отбор и Отбор ЭКБ повышенных отечественные отбраковка из потребительских свойств и зарубежные потенциально (отраслевой производители годной ЭКБ испытательный центр) общего Отбраковка отечественные применения потенциально ненаи зарубежные (COTS) дежной (аномальной) производители ЭКБ (отраслевой испытательный центр) отечественный, зарубежный. Требуются подтверждающие испытания Требуются ДОИ
ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЕ (ЭКБ) КОСМИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ (КП) И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ ● Стойкость к специфическим дестабилизирующим факторам космического пространства: – стойкость к дозовым эффектам (низкоинтенсивным) ~ 105 – 106 рад (Si); –стойкость к одиночным эффектам > 60 – 128 Мэ. В см 2/мг (<10 7 – 10 10 ош/бит день); 0 –термостойкость – 150 С (max, без конструктивных способов) + 1250 С; –баростойкость до 10 13 мм рт. ст. ● Высокие требования к надежности и долговечности: –наработка на отказ > 1, 5 – 2 105 ч; –интенсивность отказов <10 9 – 10 10. ● Широкая номенклатура (> 6000). ● Малая (10 – 1000) серийность (размер партии). ● Технологические особенности: –топологическая норма 0, 5 – 0, 35 мкм; –соответствие покрытий (лужение пайка) выводов; –отсутствие массопереноса материалов корпуса.
Зарубежная Отечественная * Подтверждение характеристик и отбор ** Определение характеристик и отбор QML Q, V (SPACE, MIL) зел. высокий, жел. средний, крас. низкий, черн. отсутствует Доступность Цель испытаний по стойкости к ИИ КП Возможность применения без ДОИ Возможность применения в БА финансовая Характеристики временная администра тивная достовер ность в т. ч. по стойкости рованность документи Полнота номенклатурного набора Классы Технико технологический уровень ЭКБ СПЕЦИФИКА ЭКБ КП Приемка 1 Приемка 5, 9 * COTS (INDUSTRI AL) **
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ СРОКА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭКБ (Ткэ – Тио) Задачи: увеличение времени окончания эксплуатации (Tкэ) Интен сивность отказов уменьшение времени начала эксплуатации (=Tио) уменьшение крутизны кривой на участке эксплуатации max. I Ткэ. I > 10 – 15 лет QMLQ, V (QML) Ткэ. QML > 20 – 25 лет Industrial, COTS (I) Космический Индустриальный max QML д 0 0 Тио QML Тио. I Испытания/Отбраковка д допустимая интенсивность отказов 0 базовая интенсивность отказов max максимальная интенсивность отказов Ткэ. QML Ткэ. I Эксплуатация Старение Тио время окончания испытаний/отбраковки Ткэ время окончания эксплуатации Время
ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ К ИИ КП НА ЭТАПЕ ПРОИЗВОДСТВА ЭКБ Использование специализированных техпроцессов изготовления СБИС и специализированных материалов ( «Кремний на сапфире» (КНС), «Кремний на изоляторе» (КНИ), использование гетероструктур и т. п. ) Высокая цена, отсутствие необходимых материалов и оборудования Использование библиотек элементов с мажоритированием на уровне вентилей, кодеров, декодеров Хэмминга, т. н. "усиленных" библиотек элементов, отбор библиотечных компонентов Возможность реализации на стандартных техпроцессах, относительная дешевизна конструктивные способы Использование специальных корпусов, покрытий и т. п. Необходимость применения специализированных материалов для корпусов моделирование эффектов ИИ КП на этапе проектирования ЭКБ Прогнозирование стойкости элементов и аппаратуры на этапе проектирования с использованием специализированных компонентов САПР и моделей компонентов Отсутствие программных продуктов технологические способы схемотехнические способы
ПРОЦЕСС ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ПРОИЗВОДСТВА И ИСПЫТАНИЙ ЭКБ, СТОЙКОЙ К ДФКП Результаты проектирования Проектирование ЭКБ Моделирование воздействий ДФКП Результаты моделирования Задание на разработку и изготовление ЭКБ отбраковочных испытаний в части ДФКП Результаты испытаний Программы и методики испытаний Задание на обеспечение стойкости ЭКБ к ДФКП Задание на обеспечение технических характеристик ЭКБ ИД: объем дополнительных производства ИД: объем испытаний в процессе ИД: доработка технологии Особенности технологии Результаты проектирования испытания отбор и отбраковка Производитель ЭКБ Образцы ЭКБ Испытания по воздействию ДФКП (экспериментальное измерение (подтверждение) характеристик, дополнительные отбраковочные испытания) ДФКП − дестабилизирующие факторы космического пространства ИД − исходные данные
АЛГОРИТМ СЕРТИФИКАЦИИ РЭА КА (В ЧАСТИ СТОЙКОСТИ К ИИ КП) Проверка требований по стойкости (этап выдачи и согласования ТЗ (ТТЗ)) Система мониторинга Расчет локальных условий эксплуатации аппаратуры Отраслевое ПО Выбор ЭКБ Порядок выбора ЭКБ Проверка стойкости выбранной ЭКБ ИСС , отраслевое ПО, порядок оценки стойкости Расчетная оценка стойкости аппаратуры Отраслевое ПО Выявление критических элементов Отраслевое ПО Расчет локальных условий ЭКБ и требований к методам повышения стойкости Отраслевое ПО Реализация методов повышения стойкости Проверка специальных мероприятий (этап эскизного проекта, как правило) Определение состава, уровней воздействия и коэффициентов запаса К з (Коэ= 10, Кдэ= 3) Методы повышения стойкости Экспериментальное подтверждение стойкости ЭКБ Проверка расчетной оценки стойкости (все этапы проектирования) Проверка экспериментальных результатов стой кости (этап наземной экспериментальной отработки) Сертификация Соответствие методов оценки требованиям НД Соответствие результатов оценки требованиям ТЗ Испытательные стенды Отраслевое ПО Необходимость проведения экспериментальной оценки Соответствие состава и методов испытаний требованиям нормативной документации Соответствие испытательного центра требованиям ФСС КТ Подтверждение стойкости изделия космической техники Порядок выбора типовых представителей и состава испытаний
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ СТОЙКОСТИ К ИИ КП 1 Непосредственный контроль ИИ КП: бортовой сегмент: • микроминиатюрные сенсоры накопленной дозы; • микроминиатюрные сенсоры тяжелых заряженных частиц; наземный сегмент: • система наземных измерений. • система сбора и обработки информации. 2 3 Методы определения характеристик стойкости ЭКБ и РЭА : • определение стойкости к ДЭ и ОЭ; • отбор повышенной стойкости; • отбраковка потенциально ненадежной; • определение базовой стойкости; • уточнение надежностных характеристик. Методы повышения стойкости ЭКБ (РЭА) к ИИ КП: • программно переключаемый резерв; • локальное экранирование; • защита от локального тиристорного эффекта; • временное отключение аппаратуры. 4 методы обеспечения стойкости ЭКБ (РЭА) к ИИ КП: • отраслевая информационно справочная система (ИСС); • нормативные документы; • пакеты программ расчета (оценки). 5 Отраслевой центр испытаний ЭКБ с набором. технологических стендов: • контроля ОЭ (8 видов); • неразрушающего контроля ДЭ; • отбора и отбраковки; • акусто радиографического контроля; • декорпусирование и определение состава корпусов; • дизайн центр испытаний; • контроля стойкости к естественным нейтронным потокам.
1. ОТРАСЛЕВАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ИИ КП (ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РЭА КА) КА СБИ И НИС КА СБИ И Воздействие ИИ КП … НИС НС НС … … ЦУП НС КА СБИ И • Не альтернатива, а дополнение к научным системам контроля ИИ КП. • Изменение не характеристик ИИ КП, а результатов их воздействия на ЭКБ. • Метод контроля воздействия ИИ КП максимально приближен к специфике эффектов, протекающих в реальной ЭКБ. Назначение: • Измерение характеристик воздействия ИИ КП на РЭА КА. СГК • Расчет и контроль остаточного ресурса КА. ● • Управление структурно алгоритмическими методами ЛННС ЛНС ИСС ● для повышения САС РЭА КА. • Прогнозирование изменения (в т. ч. опасного) воздействия ИИ Центр оперативного ЦНС КП на РЭА КА. радиационного мониторинга и Центр мониторинга воздействия ИИ моделирования • Уточнение ТТ к РЭА КА. КП на РЭА КА • Уточнение норм и методов наземных испытаний РЭА(ЭКБ) КА – космический аппарат СГК – стенд генерального КА. СБИИ – система бортовых конструктора • Получение полетных данных по измерений ИИ КП ЛННС – локальная наземная научная стойкости РЭА (ЭКБ) КА. НИС – наземная измерительная станция • Уточнение механизмов влияния станция ЛНС ИСС –локальная наземная ИИ КП на РЭА КА. НС – наземная станция отраслевой информационно • Уточнение моделей космоса. ЦУП – центр управления справочной системы по стойкости к • Прогноз «космической погоды» . полетами ИИ КП ЦНС –центральная наземная станция Бортовой сегмент малые масса, габариты, потребление, устанавливается на всех КА. Наземный сегмент базируется на существующем оборудовании и линиях связи. ● …
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СБИИ 1. обеспечение возможности установки на все КА, микроминиатюрность (веса и габариты) и низкое потребление энергии; 2. адаптивность, гибкая архитектура и открытость ; 3. функциональная модульность и функциональный минимализм; 4. использование только стандартных внутренних и внешних интерфейсов; 5. использование стандартных средств разработки и отработки; 6. ограничение набора измеряемых параметров – контроль воздействия ИИ КП на РЭА КА (в области дозовых и одиночных эффектов, а также возможно, всплесков рентгеновского излучения); 7. технологическая реализуемость и доступность; 8. использование твердотельных сенсоров накопленной дозы и сигнализаторов ТЗЧ; 9. измерение интегральной накопленной дозы, а не эффективной мощности дозы; 10. контроль (1 3) уровней воздействия ТЗЧ; 11. возможность применения в виде набора ГИМС ЧЭ и сенсоров сигнализаторов для интегрирования в аппаратуру и в виде самостоятельного прибора; 12. максимальное использование отраслевого задела и передового зарубежного опыта.
МИКРОМИНИАТЮРНАЯ СИСТЕМА БОРТОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ИИ КП (МСБ ИИ) МСБ ИИ – малая масса, ПСО МСБ ИИ СНД габариты и потребление для установки на всех КА Роскосмоса. БИД блок интерфейсный дозовых сенсоров УИД УДИ ДЧЭ БИДС – блок интерфейсный БИД дополнительных сенсоров БИО блок интерфейсный n сенсоров одиночных эффектов СТЗЧ БКУ бортовой комплекс управления БО – блок обработки БО БКУ БС – блок сопряжения БКУ Б ДС – дополнительные сенсоры СТЗЧ ДЧЭ –дозовый чувствительный С 1 элемент ЦС ЦС УИО УОИ ОЧЭ –чувствительный элемент одиночных эффектов БИО ПСО – подсистема сбора и обработки m СБИИ система бортовых измерений ИИ КП ДС 1 СНД сенсор дозовых нагрузок ТМС УИО УОИ ОЧЭ БИДС СТЗЧ – сигнализатор тяжелых температура заряженных частиц ТМС телеметрическая система Х RAY ЦС целевые системы l УДИ –узел дозовых измерений УИД – узел интерфейсный для СНД • Внешние интерфейсы с подсистемами КА: • Внутренние интерфейсы : УИО –узел интерфейсный для МКО ГОСТ Р 52070 2003 (0 10 м); цифровой интерфейс (1 200 к. Гц) (0 5 м); СТЗЧ RS 485, RS 322 (0 2 м); аналоговый интерфейс (0, 5 5, 0 В) (0 2 м); УОИ – узел одиночных Space Wire (0 10 м); измерений RS 485. Служебные системы Полезная нагрузка … ПСОИ 1 . . . … . . . последовательный синхронный (ТЛМ).
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ СЕНСОРА НАКОПЛЕННОЙ ДОЗЫ Типы ЧЭ дозиметров • детекторы на основе цилиндра Фарадея; • цилиндрические электростатические анализаторы; • полупроводниковые детекторы: поверхостно барьерные; дифузионно дрейфовые; • МДП дозиметры. Преимущества МДП дозиметров • наличие электрического Электрическая схема Внешний вид МЭД Ч 01 информационного сигнала ЧЭ пропорционального дозе ИИ; • возможность регистрации накопленной дозы в реальном масштабе времени (а не мощности дозы); • наличие рабочего объема (подзатворный диэлектрик) и его конструкционных особенностей аналогичных области, чувствительной к дозовым отказам в метал оксид полупроводниковых (МОП) приборах; Схема включения ЧЭ Дозовые характеристики в СНД • малые габариты и энергопотребление. МДП ЧЭ МЭД-Ч-01
БАЗОВЫЙ БОРТОВОЙ СЕНСОР НАКОПЛЕННОЙ ДОЗЫ Технические характеристики: Структурная схема СНД Вторичный источник питания «Земля» +Vсс = 30 В Управляющий модуль Преобразователь напряжение/ частота U +Vсс f~U fвых Чувствительный элемент +24 - +32 В Выходной модуль Uвых Калибровочные характеристики ЭО СНД Экспериментальные зависимости изменения частоты на выходе Экспериментальные зависимости изменения напряжения на выходе Перспективные технические характеристики: • 0, 5 102 5 105 рад; • до 16 каналов; • потребление ≤ 1 Вт/канал; • масса ≤ 0, 1 кг /канал; • питание 5 (9) В. • Нитрид МДП чувствительный элемент. • Диапазон измерения – 102… 105 рад. • Частотный выход – 1 200 к. Гц. • Аналоговый выход – 0, 5 В. • Напряжение питания – 27 В. • Потребление ≤ 2 В т. • Масса ≤ 0, 35 кг (в защитном корпусе); ≤ 0, 08 кг (без корпуса). • Управление по напряжению вместо токового управления, требующего точного поддержания электрических параметров для линеаризации выходных характеристик. • Температурная стабилизация за счет выбора рабочей точки (рабочего тока) по минимальному изменению ВАХ ЧЭ в диапазоне температур).
ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ БОРТОВОЙ ДОЗИМЕТРИИ 1. REM OXFORD Ltd. England UK REM CC 9. 3 /TOT 601 B 9 2. Tyndall National Institute Republic of Ireland ESAPMOS 4 Принцип: ионизация положительного заряда в подзатворном диэлектрике МДП структуры (МДП дозиметр). Диапазон: Доза 10 – 100000 c. Gy (2 5000 c. Gy) (+9 В) Окисел средние толстые окислы в перспективе 2 – 2000000 c. Gy (4 200000 c. Gy) (0 В) Массо габариты: 0, 635 мм х 1, 25 мм х 0, 5 мм. Недостатки : • конструктивное исполнение – бескорпусное; • нестандартное напряжение питания; • низкая доступность. ионизация положительного заряда в подзатворном диэлектрике МДП структуры (МДП дозиметр. ) Диапазон: 10 Рад – 500000 Рад. Массо габариты: 14 выводной корпус.
Направления развития МДП ЧЭ • Использование МНОП ЧЭ для повышения линейности. • Использование дублированных ЧЭ для повышения надежности и точности. • Использование многоотсчетных ЧЭ для расширения диапазона. • Понижение напряжения питания (с 27 В до 5 В) для упрощения применения. ΔUвых~D 0, 9 ΔUвых~D 0, 5 Радиационная чувствительность МДП структур пропорциональна квадрату толщины подзатворного диэлектрика , увеличивается при подаче во время облучения на затвор положительного напряжения. Разрез МНОП транзистора LSi. O 2 Наибольшая радиационная чувствительность МНОП структур при фиксированной общей толщине подзатворного диэлектрика достигается при одинаковых толщинах Si. O 2 и Si 3 N 4. Чувствительность МНОП структуры LSi. O, нм LSi 3 N 4, нм Диапазон, рад VT 1 300± 30 150± 15 50 104 VT 2 70± 7 5· 103 105 VT 3 23± 2 5· 104 5· 105 2 Для минимизации температурной нестабильности параметров ЧЭ используется метод выбора рабочей точки МНОП транзистора по току стока.
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ СЕНСОРА ТЯЖЕЛЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Принцип Фиксация не ТЗЧ, а вызываемого эффекта SEE: - SEL, SEHE, SEB, SEGR, SESB (катастроф. ); - SEU, SEFI, SET (обратимые). SEU наиболее предпочтителен. Типы СТЗЧ • сцинцилляторы; • ионизационные камеры; • диоды: –поверхностно барьерные детекторы, –фото диоды, –pin –диоды; • твердотельные бистабильные элементы (ТБСЭ): –динамические, –статические. Передаточная характеристика – зависимость сечения SEU от ЛПЭ ТЗЧ для КМОП СОЗУ Полупроводниковый кристалл КМОП СОЗУ AT 60142 F 512 к 8 ● Преимущества статических ТБСЭ • проявление наиболее вероятного (SEU) эффекта; • возможность исключения других (катастрофических) эффектов; • относительная простота пространственного разнесения для исключения множественных эффектов; • малые габариты; • малое потребление; • относительная простота фиксации сбоя; • возможность изменения чувствительности; • относительная простота увеличения площади чувствительной области; • относительно низкая угловая чувствительность; • возможность использования серийных элементов. Зависимость сечения одиночных сбоев в КМОП СОЗУ HM 6508 -RH(1 k бит) от угла падения ионов при различных напряжения питания. Var (VDD) Var (V Электрическая схема ячейки КМОП СОЗУ. Var Sensitive СОЗУ: • серийного изготовления каждой партии ( отбор, калибровка по зависимостям от ЛПЭ ионов , энергии протонов, углов); • специализированные (заказные).
БАЗОВЫЙ БОРТОВОЙ СЕНСОР ТЗЧ • На базе серийных СОЗУ с выраженным порогом Типы СТЗЧ • спектрометры; • твердотельные телескопы; • твердотельные фиксаторы сбоя (СОЗУ) , чувствительные: –к протонам, –к ТЗЧ. СОЗУ 1. 1 ● ● ● СОЗУ 1. N СОЗУ 2. 1 ● ● СОЗУ 3. 1 ● СОЗУ 2. N СОЗУ 1…N для увеличения площади ЧЭ СОЗУ 1 порог ~ 1 3 Мэ. В (мг/см 2) СОЗУ 2 ~ 10 12 Мэ. В (мг/см 2) СОЗУ 3 ~ 20 25 Мэ. В (мг/см 2) ● ● ● СОЗУ 3. N Byte канал Микроконтроллер RS 485 СОЗУ 1 СОЗУ N … Byte канал Микроконтроллер RS 485 Перспективные технические характеристики: • ЧЭ СОЗУ с управляемой чувствительностью; • диапазон 1 60 Мэ. В (мг/см 2 ) с дискретой 1 5 Мэ. В (мг/см 2 ); • до 4 х каналов; • потребление ≤ 2, 4 Вт/канал; • масса ≤ 0, 15 кг /канал. • На специализированных СОЗУ управляемой чувствительности Sensitive= f (Voff)
ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ФИКСАЦИИ ТЗЧ Протонный монитор (Thomson & Nielson Electronics Ltd , Канада) Назначение: регистрация протонов. Год разработки: 1999 г. Технические характеристики: масса: 350 г; габариты; 13, 5 х10 х2, 5 см; мощность 300 м. Вт. SREM (Contraves Spfct AG, Германия) Назначение: регистрация протонов и электронов. Год разработки: 2000 г. Технические характеристики: масса: 2, 6 кг; габариты: 9, 5 х12 х24 см; мощность 1, 5 Вт. CEASE (АМРТЕК , США) Назначение: регистрация потоков высокоэнергетичных протонов и тяжелых заряженных частиц. Год разработки: 2000 г. Технические характеристики: масса: 1, 3 кг; габариты10 х10 х8 см; мощность 2 Вт.
СТРУКТУРА НАЗЕМНОГО СЕГМЕНТА СМ ИИ КП СБИ • • • ЦУП НСС ИИ КП • Прогноз • Предварительный алерт • Алерт • Бортовые измерения НС ВП ЦНС РНС НСС КП ЛННС ЛНСП • Наземные измерения • Адаптированные бортовые измерения РНСО ЛНС ИСС • Прогноз • Предварительный алерт ЛННС локальная наземная научная станция ЛНС ИСС локальная наземная станция отраслевой информационно справочной системы ЛНСП локальная наземная станция прогнозов ЛНС • Прогноз • Уточненный прогноз • Предварительный алерт • Адаптированные бортовые измерения НСС КП наземная система сбора и предобработки измерений космического пространства РНС региональная наземная станция РНСО региональная наземная система обмена НС ВП наземная система выработки и выдачи прогноза СБИ – система бортовых измерений НСС ИИ КП наземная система сбора бортовых измерений ИИ КП ЦУП центр управления полетами ЦНС центральная наземная станция
СТРУКТУРА АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ЛНС ИСС ППЭВМ ОПЭВМ К И Н Т Е Р Н Е Т Web Сервер ПЭВМ ЛНС АПЭВМ ППЭВМ – Пультовая ПЭВМ ОПЭВМ – Операторская ПЭВМ АПЭВМ – Архивная ПЭВМ К концентратор ПЭВМ ЛНС – ПЭВМ Локальной наземной станции
БОРТОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ СНД (КА ГЛОНАСС) Графики зависимости дозовых воздействий ИИ КП на КА ГЛОНАСС № 25 29 от времени СНД № 1 Аппроксимация прямых измерений СНД № 1 СНД № 2 • Изменение накопленной дозы во времени, в целом соответствует темпам накопления дозы от электронов и протонов ЕРПЗ (в соответствии с “моделью космоса”); • выделено несколько зон "дребезга" измерений (продолжительность 1 150 циклов, амплитуда 0, 01 0, 02 у. е. , не влияющих на достоверность измерений); • измерения СНД на КА № 26 29 отличаются не более 7%; • измерения СНД на КА № 25 отличаются не более 24% • СНД на КА № 25 29 имеют относительную разницу измерений , не превышающую 1, 7 %; • зон с аномально низкими(высокими) темпами роста дозы не обнаружено.
ПРОГНОЗ ОПАСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ИИ КП (СОЛНЕЧНАЯ ВСПЫШКА) P(>10 Me. V) P(>100 Me. V) January, 2005 January, Δ Δ> 10 мин Временная задержка относительно начала вспышки для рентгеновского, наземного и протонного возрастания на примере события 14 июля 2000 г. Пример выделения алертного сигнала рентгеновской вспышки на уровне Х 1 на примере событий в январе 2005 Характеристики протонного события зависят и от мощности, и от гелиодолготы солнечного источника. Прогноз резкого возрастания потока протонов возможен по резкому возрастанию интенсивности рентгеновского излучения (бортовые измерения) и резкому возрастанию нейтронных событий (наземные измерения). Пример выделения алертного сигнала протонного возрастания на примере событий в январе 2005
НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ РАБОТ Бортовой сегмент Наземный сегмент • создание ряда ГИМС ЧЭ для СНД ; • создание ГИМС ЧЭ для СТЗЧ; • создание ряда ЧЭ СТЗЧ на базе выбора и испытаний серийных ИМС; • создание СНД: –микроминиатюрный прибор, –система в корпусе; • создание ПСО: –система в корпусе, –система на кристалле; • создание модификаций МСБ ИИ: –малогабаритный прибор, –микроминиатюрный прибор; • создание ЧЭ рентгеновского детектора (микроминиатюрный прибор); • создание рентгеновского детектора: –микроминиатюрный прибор, –система в корпусе. • адаптация существующих каналов связи для отраслевой системы мониторинга ИИ КП; • создание наземной системы сбора и обработки информации; • создание ЦНС; • создание ЛНС ИСС; • организация инфраструктуры выработки сигнала предупреждения (алертного сигнала).
2 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТОЙКОСТИ ЭКБ К ИИ КП Цель: обеспечение широкой номенклатуры ЭКБ для комплектации РЭА и сокращение затрат на ЭКБ за счет использования индустриальной. Результаты используются для: расчетов стойкости (надежности) РЭА; выбора ( в т. ч. предварительного) ЭКБ; обеспечения отбора (отбраковки) ЭКБ. ДЭ МОП Неразрушающий контроль (НК) дозовой стойкости (ДС) экстраполяцией изменения критериальных параметров (КП) в процессе облучения отжига Определение индивидуальной ДС Отбор повышенной ДС Отбраковка по аномальному поведению НК ДС с моделированием низкоинтенсивного излучения среднеинтенсивным при оптимальной температуре НК ДС и надежности по реакции на оптимизированное совместное воздействие электромагнитного, ионизирующего и температурного полей Контроль стойкости к ОЭ ОЭ SEU SEL SEHE SEFI SEB SEGR SET + + + + ? ? ● ● ● ● ? + БП ? ? ? ? ● + + ● ● Отбор повышенных потребительский свойств Отбраковка по величине дрейфа параметров ● ● Отбор повышенных потребительских свойств Отбраковка по величине дрейфа параметров ● ● ● Определительные и квалификационные испытания Отбор и отбраковка Контроль стойкости к естественным Определительные и нейтронным потокам квалификационные испытания Отбор и отбраковка Базовые уровни стойкости к ИИ КП типовых классов ЭКБ ● ● Уточнение надежностных характеристик ЭКБ ● ●
Экспериментально аналитический метод определения индивидуальных характеристик дозовой стойкости прогноз Пi(D) = Пiну + АDn П отбор Di ≥ Dуэ·Кз отбраковка Пном ● ● I Пij – Пij ср I ≥ δ Пк Пв ● ● Пу ● I Пiуст – Пiну I ≥ Δ ● Dк DПНД у DПНД р D
ЭФФЕКТ НИЗКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ Модель эффективности выхода радиационного заряда n. Дозовые зависимости сдвига порога p n. Скорость деградации зависит от канального МОП транзистора текущего значения мощности дозы Моделирование конкуренции усиления выхода заряда и отжига при повышении температуры облучения Кинетическое уравнение для описания накопления радиационно индуцированных рекомбинационных центров на границе раздела кремний – полевой окисел над p n переходом эмиттер база Дозовые зависимости дискретных биполярных транзисторов Эффект низкой интенсивности следствие повышенной рекомбинации при высоких интенсивностях и, вследствие этого, снижения выхода радиационного заряда Это – чисто дозиметрический эффект Возможность введения эффективности выхода заряда, зависящей от температуры, мощности дозы, электрического поля. Возможность введения эффективной дозы Возможность расчета коэффициента запаса Нормированная эффективность выхода радиационного Рассчитанные эффективность выхода заряда как функция интенсивности и температуры облучения
МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ СТОЙКОСТИ К ОЭ При проведении облучений ЭКБ на ускорителях протонов и ТЗЧ регистрируют количество ОРЭ определенного типа (SEU, SEL) и интегральные потоки протонов и ТЗЧ, вызвавших эти ОРЭ. Для обеспечения регистрации ОРЭ в процессе облучений ЭКБ на ускорителях протонов и ТЗЧ проводится дистанционная функциональная диагностика испытываемых изделий, обеспечивающая полноту регистрации ОРЭ во всех функциональных элементах изделия. При проведении испытаний ЭКБ на воздействие одиночных ВЭП и ТЗЧ КП на ускорителях заряженных частиц облучения изделий проводят при комнатной и предельно допустимой повышенной температуре. Для получения дополнительных параметров моделей прогнозирования частот и вероятностей возникновения ОРЭ на борту КА (с учетом изотропного потока частиц в КП) облучение испытываемых электронных компонентов проводят как при нормальном падении пучка частиц на полупроводниковый кристалл изделия, так и при угле падения пучка частиц 60 градусов между нормалью к плоскости полупроводникового кристалла изделия и осью пучка ТЗЧ. НДС Роскосмоса, включает: • требования к параметрам пучка заряженных частиц ускорителей протонов и ТЗЧ; • методы статистической обработки результатов испытаний. Результаты испытаний используются в качестве исходных данных для НДС «Методы расчета показателей стойкости элементов интегральных микросхем к одиночным радиационным эффектам космического пространства»
ПОРЯДОК ИСПЫТАНИЙ НА СТОЙКОСТЬ К ОЭ Испытания ЭКБ на воздействие одиночных высокоэнергетических протонов (ВЭП) и тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) КП проводят раздельно методом прямого облучения испытываемых изделий на ускорителях протонов и ТЗЧ, соответственно. Определительные испытания ЭКБ на воздействие одиночных ВЭП и ТЗЧ КП Квалификационные испытания ЭКБ на воздействие одиночных ВЭП и ТЗЧ КП (проводятся только в части одиночного тиристорного эффекта) Цель: получение эксперимен тальной зависимости сечения одиночного радиационного эффекта (ОРЭ) типа SEU, SEL от энергии протонов в диапазоне от 25 Мэ. В до 400 Мэ. В и ЛПЭ ТЗЧ в диапазоне от 0, 5 Мэ. В×см 2/мг до 60 Мэ. В×см 2/мг. Цель: установление факта возможности возбуждения одиночного тиристорного эффекта. Квалификационные испытания проводят на ускорителях ТЗЧ при значении ЛПЭ ТЗЧ равном 60 Мэ. В×см 2/мг или при значении, заданном в предъявляемых Заказчиком испытаний к ЭКБ требованиях.
УТОЧНЕНИЕ БАЗОВОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ОТКАЗОВ ЭКБ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИИ КП p 0 – ВБР ИМС ; б – базовая интенсивность отказов; Кст, Ккорп, Кv, Кэ, Кпр, Кис коэффициенты, учитывающие температуру и сложность ИМС, тип корпуса, напряжение питания, условия эксплуатации (класс исполнения), уровень качества изготовления, освоенность технологического процесса изготовления ИМС; Кии – коэффициент, учитывающий влияние ионизирующего излучения (радиационный коэффициент) «Компонентный» подход интенсивность отказов ИМС складывается из интенсивностей отказов «компонентов ненадежности» ии и 0 – интенсивности случайных отказов ИМС после и до воздействия ИИ КП; i – доля отказов i ого «компонента ненадежности» ИМС; *i и i – интенсивности отказов i ого «компонента ненадежности» ИМС; k – количество «компонентов ненадежности» , зависящих от ИИ КП.
ГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ОТКАЗОВ «КОМПОНЕНТОВ НЕНАДЕЖНОСТИ» ИМС ДЛЯ ПРЕДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДОЗЫ Испытуемая выборка – не менее 7 ИМС Для «компонентов ненадежности» критичных к ИИ КП: X Xп Xср+ Xср- - интенсивность отказов i ого «компонента ненадежности» ИМС 1 Dпред D Хп – предельное значение критериального параметра по ТУ Xср – среднее значение критериального параметра для предельной эксплуатационной дозы – среднее квадратичное отклонение величины Xср Кривая 1 – нормальный закон распределения величины Xср Заштрихованная область – вероятность отказа ИМС плотность распределения вероятности нормального закона распределения вероятность отказа интеграл от нормального закона распределения от ∞ до Xп
Интерпретация интенсивности отказов «компонентов ненадежности» ИМС. Определение функции зависимости радиационного коэффициента от накопленной дозы X 3 Формируется выборока с количеством ИМС не менее 7 штук. Облучение выборок в трех точках D 1=ПНД/8; D 2=ПНД/4; D 3=ПНД/2. Xп Xсрj+ j Xсрij j Xсрj+ j Определение Xср1. . Xсрi и 1. . i Аппроксимация функции зависимости критериальных параметров 2 Xср1 Xсрj- j 1 Dj Кривая 1 – нормальный закон распределения величины Xср1 Кривая 2 – нормальный закон распределения величины Xсрi Кривая 3 – дозовая зависимость средних значений критериальных параметров D Определение интенсивности отказов в точках облучения Определение радиационного коэффициента в точках облучения Kииj Аппроксимация функции зависимости радиационного коэффициента от накопленной дозы
ПОТОКИ НЕЙТРОНОВ В АТМОСФЕРЕ – ИСТОЧНИК ОЭ Потоки нейтронов – результат взаимодействия СКЛ и ГКЛ с конструктивными материалами КА и атмосферой Земли § Максимальные потоки нейтронов от 10 до 20 км § Макс. плотность потока на высоте ~ 18 км ~ 4 нейтрон /cм²с § 9 км ~1. 3 ~нейтрон /cм²с § Уровень моря 0. 01 нейтрон/cм²с
3 КОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ЭКБ (РЭА) К ИИ КП 3. 1 Локальное экранирование (повышение стойкости к ДРЭ до 5 раз) Задача локального экранирования – минимизация радиационно эффективных частиц (без увеличения ГМХ). Типовая формула защитного материала: 80 – 90% вещество с высоким атомным номером; 20 – 10% вещество с низким атомным номером. 3. 2 Оптимальное управление резервом в РЭА (повышение САС до 3 раз) Программно переключаемый резерв 3. 3 Исключение катастрофического развития одиночных эффектов в РЭА Микросборка ограничения тока потребления (в т. ч. по информационным цепям) для защиты от тиристорного эффекта 3. 4 Оптимальное управление (учет) режимами РЭА (повышение САС до 3 раз) САС = f (р*, е, Т) р* – вариации локальных условий ИИ КП; е – электрический режим; Т – температурный режим 3. 5 Временное отключение
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ЛОКАЛЬНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ Поле ИИ космического пространства Элементы конструкции КА Поле КА Локальный экран Поле ЭКБ К Р И С Т А Л Л Изменение ИИ КП : – уменьшение потоков низкоэнергетических частиц ИИ КП; – вторичное излучение высокоэнергетических частиц. Задача локального экранирования – минимизация радиационно эффективных частиц. Форма и химический состав дополнительного защитного элемента определяются для конкретных условий и оптимизируются с учетом необходимой степени защиты. Типовая формула защитного материала: 80 – 90% вещество с высоким атомным номером 20 – 10% вещество с низким атомным номером.
ЛОКАЛЬНЫЕ ЭКРАНЫ Корпусирование ИМС в автономный корпус Корпусирование ИМС с удлинением контактных выводов в автономный дополнительный корпус
РЕЖИМ ПРОГРАММНОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ П – критериальный параметр Пu = П(0)+ Аu Dn , включенное состояние Пo = П(0)+ Аo Dn , выключенное состояние Аu, Аo коэффициенты, определяемые экспериментально. n – параметр модели (определяет кривизну) n = 1 – прямая ПППР = Пi. D exp[ (Dik Diи)/Di] Di – постоянная времени, определяемая экспериментально ∆ППР = П ППР – Пu выигрыш за счет ППР Цель: оптимизация параметров ППР (время переключения, кратность резервирования и т. п. ) для минимизации разницы между Пo и ПППР с экспериментальным определением А и Di.
ППР, КАК СИСТЕМНЫЙ МЕТОД УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БА Режим работы системы объектов: а)доведение до отказа (холодный резерв); б)чередование пассивного и активного режимов (ППР)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ППР а) 3 горячих, 1 холодный б) 1 горячий, 1 холодный (увеличение САС 1, 3 раза) (увеличение САС 2 раза) Зависимость деградации минимального напряжения функционирования от дозы при доведении до отказа и принудительном переключении режима
ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКА ПОТРЕБЛЕНИЯ Микросборка, работающая в паре с защищаемой ИМС (группой ИМС), отключает питание быстрее, чем развивается тиристорный эффект Основные параметры устройства защиты Параметры Значения параметров 1 Порог срабатывания защиты по току, А 0, 15; 0, 3; 0, 9; 1, 5; 3 2 Диапазон рабочих токов защищаемой микросхемы, А 0 0, 05; 0 0, 1; 0 0, 3; 0 0, 5; 0 1 3 Задержка между срабатыванием компаратора и отключением питания, мкс 10 4 Время автоматического восстановления питания, с 1 5 Напряжение питания защищаемой микросхемы, В 3, 5, 15 Механические воздействия Воздействующие факторы Значения характеристик Синусоидальная вибрация Диапазон частот от 5 до 2500 ГЦ Амплитуда ускорения 196 м/с2 (20 g) Механический удар многократного действия Пиковое ударное ускорение 1470 м/с2 (150 g) Длительность действия ударного ускорения 10 мс Механический удар однократного действия Пиковое ударное ускорение 9800 м/с2 (1000 g) Длительность действия ударного ускорения 2 мс Линейное ускорение 98, 1 м/с2 (10 g) Акустический шум Диапазон частот от 100 до 10000 Гц Уровень звукового давления 150 д. Б
УЧЕТ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ Внутри этапа Pi, Ui, Ti = CONST • РД В 319. 03. 39 -2000. Изделия электронной техники. Контроль и прогнозирование безотказности в условиях длительного совместного воздействия низкоинтенсивных ионизирующих излучений и термотоковых нагрузок по результатам ускоренных испытаний. – М. : ТК по военной стандартизации № 319 МО РФ, 2000. – 39 с. . РД 11 1003 -2000. Изделия полупроводниковой электроники. Метод прогнозирования надежности в условиях низкоинтенсивного ионизирующего облучения. – СПб. : РНИИ «Электронстандарт» , 2000. – 27 с.
• • Временное отключение аппаратуры повышенной чувствительности (при попадании в аномалии ЕРПЗ, при развитии солнечных вспышек и т. п. ). Временное локальное экранирование оптических элементов.
4 ИНФОРМАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ Цель: обеспечение • предварительных расчетов стойкости (и надежности) РЭА; • предварительного отбора ЭКБ, а также для нормативно методического и информационного обеспечения работ по контролю стойкости, включая обеспечение аналитических и экспериментальных оценок. 4. 1 Ведение отраслевой информационно справочной системы (ИСС) по стойкости ЭКБ к ИИ КП: • пополнение БД ИСС (испытания, штатная эксплуатация, литература); • обмен данными с зарубежными БД; • пополнение «справочного» тома; • состояние «космической погоды» . НМО 4. 2 Отраслевые нормативные документы по стойкости ЭКБ (РЭА) к ИИ КП. ПО 4. 3 Отраслевые пакеты программ расчета (оценки) стойкости РЭА к ИИ КП: • расчет локальных условий ИИ КП в РЭА; • расчет САС РЭА при штатной эксплуатации (вариации интенсивности ИИ КП, электрического и температурного режимов ); • оценка достаточности конструктивно технологических мер защиты РЭА от ИИ КП; • расчет защитных свойств локальных экранов. Расчет ЛУ Расчет стойкости Методы испытаний Монито ринг Методы защиты
РАЗВИТИЕ ОТРАСЛЕВОЙ ИНФОРМАЦИОННО СПРАВОЧНОЙ СИСТЕМЫ ПО СТОЙКОСТИ ЭКБ К ИОНИЗИРУЮЩИМ ИЗЛУЧЕНИЯМ www. kosrad. ru КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА Назначение: обеспечение предварительного выбора с предоставлением разносторонней информации по стойкости к ИИ КП. В настоящий момент база данных содержит более 12000 наименований, справочный раздел – более 2000 записей и постоянно пополняется. Структура аппаратных средств Web сайт Структура ИСС: 1. Web сайт • Образ базы данных • Структура справочного раздела • Средства удалённого доступа 2. База данных • описание • характеристики (детализированные и интегральные) Ш дозовые эффекты Ш одиночные эффекты • ссылки 3. Справочный раздел • Нормативные документы • Библиография • Справочные БД • Конференции • Программное обеспечение • Ссылки 4. Состояние и прогноз «космической погоды» Особенности: • авторизация доступа • защита от несанкционированного использования • регистрация через Роскосмос Расширение функций в части технологических особенностей (типы корпусов, покрытие выводов, специфика пайки и монтажа и т. п. ) и характеристик по надежности, вибро и термопрочности. ППЭВМ К АПЭВМ ОПЭВМ ППЭВМ – пультовая ПЭВМ ОПЭВМ – операторская ПЭВМ АПЭВМ – архивная ПЭВМ с основной БД К – концентратор
ОТРАСЛЕВОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Цель: обеспечение стандартизированными и верифицированными средствами: • информационно аналитического сопровождения работ по контролю стойкости; • аналитической обработки результатов испытаний ЭКБ; • предварительных расчетов стойкости (и надежности) радиоэлектронной аппаратуры; • предварительного выбора ЭКБ. Программное Задачи: обеспечение • расчет локальных условий эксплуатации; • расчет сроков активного существования радиоэлектронной аппаратуры при вариациях интенсивности ионизирующего излучения космического пространства, электрического и температурного режимов; Расчет Методы Мони • расчет защитных свойств конструкционных условий испытаний торинг эксплуатации материалов; • автоматизация расчетов стойкости ЭКБ по результатам испытаний; Расчет Методы • обеспечение функционирования стойкости защиты отраслевой системы мониторинга; • аналитическая оценка достаточности конструктивно технологических мер защиты радиоэлектронной аппаратуры от ионизирующего излучения космического • аналитическое обеспечение предварительного выбора ЭКБ для РЭА КА; пространства; • аналитическое обеспечение выбора типовых представителей для испытаний; • аналитическое распространение результатов испытаний типовых представителей.
НОРМАТИВНО МЕТОДИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ ОЭ Проект Согласование и утверждение НДС «Методы прямых испытаний на ускорителях заряженных частиц стойкости цифровых СБИС к ОРЭ( в части сбоев и тиристорного эффекта), возникающих при воздействии ВЭП и ТЗЧ КП» НДС «Методы определения уровня стойкости цифровых СБИС к ОРЭ ( в части сбоев и тиристорного эффекта), возникающих при воздействии ВЭП и ТЗЧ КП, по результатам прямых испытаний на ускорителях заряженных частиц» 2008 2009 Комплект НДС «Методы прямого контроля стойкости аналоговых, цифровых и аналого цифровых УЭМ к одиночным эффектам типа SEHE, SEFI, SEB, SEGR, SET» Отраслевые НДС Название 2009 2010 ПО Разработка ОСОТ А 2008 2009 Отладка и сдача в ФАП 2009 2010
СТРУКТУРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНТРОЛЯ ОЭ Пользователь И Н Т Е Р Ф Е Й С П О Л Ь З О В А Т Е Л Я Диспетчер программ и Расчет условий эксплуатации Экспериментальные данные Обработка эксперимен тальных данных интерфейса пользователя Двух параметрический расчет стойкости к ОРЭ Четырех параметрический расчет стойкости к ОРЭ
НОРМАТИВНО МЕТОДИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ ДЭ Проект Согласование и утверждение НДС Учет невосстановления критериальных параметров при неразрушающем определении предельной накопленной дозы интегральных микросхем. Отраслевые НДС Название 2004 2005 НДС Экспериментально аналитическое определение радиационного коэффициента интенсивности отказов интегральных микросхем. 2006 2007 2008 НДС Обеспечение защиты радиоэлектронной аппаратуры за счет локального экранирования критических узлов. 2007 2008 Комплект НДС Неразрушающее определение индивидуальных характеристик дозовой стойкости интегральных микросхем. 2007 2008 2009 2010 НДС Экспериментально аналитическое определение оптимальных характеристик переключения режима функционирования интегральных микросхем. НДС Отбор интегральных микросхем повышенной стойкости. НДС Отбраковка потенциально ненадежных (аномально нестойких) интегральных микросхем. ПО Разработка DSG 2008 Отладка и сдача в ФАП 2010
СТРУКТУРА ПО РАСЧЕТА ДОЗОВЫХ НАГРУЗОК Запуск ПК диалоговый режим сообщения оператору О П Е Р А Т О Р ПМ расчета для протонов ЕРПЗ ПМ расчета для протонов СКЛ ПМ расчета для протонов ГКЛ ПМ расчета для электронов ЕРПЗ Флеш память Результат Печать Логическая структура ПК "DSG d" Блок инициализации Блок Результат расчета Блок обработки данных файлы параметры файлы со спектрами файлы логи результирующий файл Структура типового программного модуля
5 ОТРАСЛЕВОЙ ЦЕНТР ИСПЫТАНИЙ ЭКБ НА СТОЙКОСТЬ К ИИ КП Цель: комплексное обеспечение испытаний ЭКБ в части: • создания нормативно методического и программного обеспечения; • создания аппаратуры (в т. ч. нестандартизованной) стендов; • закупки стандартных измерительных и моделирующих средств; • ведения отраслевой БД (результаты испытаний и электронных архивов по программам методикам испытаний ( вкл. КД РМ)). В широкой кооперации с Испытательными Центрами, аккредитованными в ФСС КТ, работающими по согласованному нормативно методическому обеспечению. СОСТАВ: 5. 1 Стенд контроля одиночных радиационных эффектов ЭКБ. 5. 2 Стенд неразрушающего контроля индивидуальной дозовой стойкости ЭКБ. 5. 3 Стенд контроля (отбора) и отбраковки ЭКБ повышенных потребительских свойств. 5. 4 Стенд декорпусирования ЭКБ и определения состава корпусов. 5. 5 Стенд неразрушающего акусто радиографического контроля ЭКБ. 5. 6 Дизайн Центр испытаний ЭКБ на стойкость к ИИ КП (разработка программ и методик, создание специализированных приспособлений и оснастки). 5. 7 Стенд контроля стойкости ЭКБ к естественным нейтронным потокам. РЕЗУЛЬТАТЫ: • контроль стойкости всех типов ЭКБ к ИИ КП (в части ДЭ и ОЭ всех классов); • повышение эксплуатационных характеристик ЭКБ за счет отбора; • снижение случайных отказов ЭКБ за счет отбраковки; • расширение номенклатуры потенциально применимой ЭКБ за счет использования класса «Industrial» ; • Снижение затрат на проведение испытаний.
− отраслевая испытательная лаборатория (испытательный центр) Роскосмоса является функциональным элементом межотраслевого испытательного центра, использует все доступные установки, моделирующие воздействие ионизирующего излучения космического пространства, вне зависимости от ведомственной принадлежности; − единство подходов к метрологической аттестации испытательного и измерительного оборудования; − все испытательные лаборатории должны быть аттестованы в ФСС КТ и использовать гармонизированные и согласованные с Роскосмосом методы испытаний; − комплексный подход к обеспечению испытаний – одновременное создание аппаратных средств и комплекса отраслевого нормативно методического и программного обеспечения; ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
СТРУКТУРА ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СТЕНДОВ КОНТРОЛЯ ДОЗОВЫХ ЭФФЕКТОВ Назначение: • контроль индивидуальной дозовой стойкости ЭКБ • отбор ЭКБ повышенных потребительских свойств • отбраковка потенциально ненадежной ЭКБ дозиметрия Контроль обстановки среды Управление объектом Рабочее место оператора Контроль отжига Предварительный Перемещение объекта контроль характеристик Общий (полный) контроль характеристик объект Термическая обработка Шахта хранилище ИРТ (МИФИ)
СТРУКТУРА ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СТЕНДОВ КОНТРОЛЯ ОДИНОЧНЫХ ЭФФЕКТОВ 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) Манипулирование объектом ГНЦ РФ ИТЭФ Кольцо ускорителя Пучок высокой энергии фокусировка Пучок пониженной энергии Текущий контроль Контроль вторичных факторов, защиты, ловушка Контроль пучка объект Коррекция траектории Аварийный контроль Манипулирование пучком Вакуумный тракт транспортировки пучков Контроль объекта Рабочее место оператора и испытателя
СХЕМА «МЕДЛЕННОГО» ВЫВОДА ПУЧКА К РАБОЧЕМУ МЕСТУ (РМ) СМ ИК ПМ ВК КНП а к РМ РМ пучк Путь СМ – Септум Магнит ВК – Вакуумный канал КНП – Канал в нейтр. полюсе ИК – Ионизац. Камера ПМ – Повор. магнит ~3 х6 м 2 Энергия, Мэ. В/A Длительность импульса Минимальная интенсивность ч/см 2 с Максимальная интенсивность ч/см 2 с 18 -150 ~0. 3 с ~103 ~106
ПАРАМЕТРЫ ПУЧКОВ ИОНЫ • 2 режима (высокоэнергетичный и низкоэнергетичный) • Плотность потока в импульсе 103 -106 частиц /см 2 х с • Длительность импульса облучения ~ 0, 3 с • Период облучения ~ 4 с • диаметр пучка ~ 30 мм • Неравномерность поля в пучке 15 ≤% • Энергия 25 Мэ. В - 1 Гэ. В • Плотность потока в импульсе 105 -108 частиц /см 2 х с • Длительность импульса облучения ~ 0, 3 с ПРОТОНЫ • Период облучения ~ 4 с • диаметр пучка ~ 30 мм • Неравномерность поля в пучке 15 ≤% Дополнительные возможности Позиционирование образца от 00 до 1050 (дискретность 50, точность ± 0, 50 ) Позиционирование пучка от 0 до 300 мм (дискретность 1 мм, точность ± 0, 25 мм )
кольцо ускорителя Система медленного вывода (СМВ) Аппаратура смены типа ионов СТРУКТУРА КАНАЛА ТРАНСПОРТИРОВКИ ПУЧКОВ ПРОТОНЫ АПИЭП МИК РС 2 АК (КТП) ЧК МПК ПФ ИПП(П) АМО АМ Л 1 Л 2 ВМКЭВ 1 ВРС 1 ВПК 1 ПМ 1 ВПК 2 КГ 50 Л 3 ПМ 2 Л 4 Л 5 ВМКЭВ 2 контроль исходного пучка пониженной интенсивности контроль действующего пучка ИОНЫ 10 12 м контроль исходного пучка высокой интенсивности аварийный контроль исходного пучка Вакуумная труба ЧК ПФ ИПП(И) АМО Вакуумная область транспортного канала контроль действующего пучка,
Скачать презентацию МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ СРОКОВ АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ
7cc8c601d3ac1383556779efb0bc9a37.ppt