高速ADC的单事件效应(SEE)：单事件瞬态(SET)

在上一篇文章中讨论，高速 ADC 的单粒子效应 (SEE)：单粒子闩锁 (SEL)，我们通过观察闩锁引起的 SEL 开始讨论高速 ADC 的 SEE通过辐射。正如我们所知，通常首先执行 SEL 测试，因为闩锁可能具有破坏性。可以采用闩锁缓解技术来解决破坏性的 SEL，但这些对策会增加系统成本和复杂性。通常希望避免展示 SEL 的设备，尤其是在 SEL 具有破坏性的情况下。现在让我们转到下一个 SEE 主题，即单事件瞬变 (SET)。

如果您还记得我 2017 年 12 月的博客，辐射效应快速概述，SET 是软错误，它们本质上是暂时的，设备可以自行恢复，无需重启或重置设备。与 SEL 测试不同，测试标准不要求在评估 SET 时为设备保持较高的外壳温度。通常，测试在环境温度条件下进行，同时监测和记录温度。正如 SEL 测试的情况一样，SET 评估通常在高达 80 MeV-cm 2 /mg的能级和 10 7 离子/cm 2的注量下进行。在某些情况下，能级可以达到 ≥ 120 MeV-cm 2/mg 用于 SET 评估。这取决于所需的应用和情况。评估仍将完成到 10 7 离子/cm 2的注量。我们将再次了解 AD9246S 14 位 125 MSPS ADC。提醒一下，我在这里再次包含了用于 SEE 测试的设置图。

AD9246S 单粒子效应 (SEE) 测试设置

SET 测试的目标是确定 ADC 出现 SET 时的能量水平，以及找到作为 SET 事件饱和点的能量水平。了解瞬变事件的幅度和持续时间很重要。在将 ADC 暴露于不断增加的辐射水平并记录 SET 的数量、幅度和长度的同时，监控设备的 SET 行为。

就 AD9246S 而言，使用了四种不同的离子，可提供五种不同的能级。下表详细列出了用于测试 AD9246S 的离子、离子角和能级。请注意，Xenon 以两个不同的角度使用了两次。使用该角度可以在无需更改离子的情况下增加有效的 LET。根据角度确定 LET 是一个非常简单的计算。为了确定氙离子在 43 度角的 LET，0 度角的 LET 除以该角的余弦。在这种情况下，计算如下：

这是有益的，因为它可以节省回旋加速器设施的时间，因为更换离子可能需要 30 分钟或更长时间。俗话说“时间就是金钱”，设施按小时收费。使用离子角不仅可以节省一些成本，还可以让执行测试的工程师更有效地利用分配的时间。重要的是要提前正确计划并在执行测试时有一个好的时间表，以充分利用在设施中的时间。

表格1

用于 AD9246S SET 测试的离子和 LET

要在查看 SET 时了解测试过程，让我们看一下测试过程。SET 测试的一般程序类似于用于 AD9246S 的程序。对于此设备，使用了以下程序：

给 AD9246S 上电。

选择所需的离子和所需的入射角。

打开离子束，同时观察、监测和记录电源电流并记录瞬态。

当记录到指定数量的瞬变或注量达到 10 7 离子/cm 2时，关闭光束。

重复从第 2 步开始的程序，直到 AD9246S 被照射到所需的 LET 范围（∼ 2 MeV-cm 2 /mg 至 80 MeV-cm 2 /mg）。

使用步骤 1 至 5 测试剩余的 AD9246S 器件，直到测试完所需数量的单元。

当 SET 水平超过噪声带的三西格玛时，AD9246S 在重离子暴露期间的瞬态响应是使用 Xilinx Spartan 6 FPGA 捕获的。通过对 ADC 的输出代码应用数字模板，从比较中去除了 LSB 反射板和设施噪声。对于 AD9246S，6 个 LSB 被屏蔽。下面给出了显示错误阈值掩码（红色虚线）的可视化表示，以说明瞬态错误。掩码外的周期必须是多个时钟周期才能被视为瞬态。例如，第一个 SET 显示为具有三个时钟周期的长度和大于 6 个 LSB 的幅度。

AD9246S 设置误差阈值掩码

通过对 0x3FCO（二进制值 = 11 1111 1100 0000）和每个输出代码执行逻辑与，在数据分析中创建了此掩码。该数字模板代表大约 1/2 mV 的噪声和 2 V P-P 输入满量程范围。有关执行的每个 SET 测试运行的详细信息，请参阅AD9246S 单事件效应测试报告的第 13-15 页。

此信息用于绘制 Weibull 曲线，该曲线显示 SET 行为与辐射能量水平的可视化表示。使用的能级越多，可用于创建 Weibull 曲线的点就越多，从而更准确地描述 ADC 的 SET 响应。显然，由于与使用回旋加速器设备执行测试相关的成本和时间，存在折衷。回想上面的表 1，多个 LET 用于测试。这允许生成下面的曲线。该曲线显示了 SET 开始出现的 LET 起始阈值以及 SET 数量饱和时的 LET 值，这意味着 SET 数量不会随着 LET 的增加而增加。

AD9246S SET 横截面和威布尔曲线

为威布尔曲线收集和计算的信息可用于预测设备在环绕地球的各种轨道上的 SET 性能。威布尔曲线用于计算 SET 发生的概率以及 SET 发生的幅度和长度。存在的模型从 Weibull 曲线获取信息，并提供 SET 事件的概率，该概率取决于设备在最终系统应用中将被放置的轨道。这些模型不仅考虑了轨道，还考虑了最终应用中使用的任何屏蔽。这只是拼图的一部分。

正如我们所讨论的，一般的第一步是 SEL 测试，以寻找破坏性的器件闭锁。我们这里的主题是 SET 测试，它提供有关器件瞬态干扰性能的信息。为了全面了解，还有几个话题需要讨论。我们将在 SEE 测试方面研究的下一个主题是单粒子翻转 (SEU)。敬请关注，我们将继续更清晰地了解高速 ADC 的 SEE。

彩蛋来了

从基础到高级的ADC讲座，将涵盖高速ADC设计的原理、传统架构和最先进的设计。第一部分首先回顾了ADC的基本知识，包括采样、开关电容和量化理论。接下来，介绍了经典ADC架构的基础和设计实例，如闪存、SAR和流水线ADC。然后，本教程将对混合型ADC架构进行总体概述，这就结束了第一部分。在第二部分，首先描述了ADC的度量。然后，介绍混合或非混合架构的各种先进设计。该教程最后将以数字辅助解决技术结束。

审核编辑：汤梓红