正確評估ADC的惡劣條件

高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是太空中使用的許多衛(wèi)星和其他系統(tǒng)的組成部分。重要的是要了解這些設備在惡劣的太空環(huán)境中如何響應，重離子可能會反復撞擊。檢測算法可以充分識別低速精密SAR ［逐次逼近寄存器］ ADC中的單事件效應（SEE），即單事件瞬變（SET）和單事件功能中斷（SEFI），而無需用戶可配置寄存器。此信息可用于充分確定ADC對空間應用的適用性。

使用檢測算法來評估高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）在太空中的表現(xiàn)，將ADC置于一組實際工作條件下，以符合其實際使用情況的方式測試器件。應用此方法要求ADC在其輸入電壓范圍的中間使用模擬輸入工作。這種格式可以檢測正向和負向的瞬態(tài)事件。在輸入電壓范圍中間工作器件與實際應用中器件的正常工作一致，因為大多數(shù)應用都需要最大的輸入信號范圍。

ADC數(shù)字輸出代碼的觀察可以通過邏輯分析儀或FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）進行。此處提供的示例重點介紹如何使用邏輯分析器執(zhí)行此方法。該方法旨在檢測數(shù)字輸出代碼超過指定閾值的任何事件。根據(jù)此類事件的長度，可以確定這些事件是 SET 還是 SEFI ［單事件瞬態(tài)或單事件功能中斷］。用于事件檢測的閾值特定于設備，取決于許多因素。其中一些因素包括分辨率和固有ADC噪聲以及環(huán)境噪聲因素。在施加輻射之前，必須在SEE測試設施中進行校準運行，以確定預期的代碼和適當?shù)臋z測閾值范圍。

至少，應在 1 至 86 MeV?cm2/mg 的 LET ［線性能量轉(zhuǎn)移］ 值范圍內(nèi)使用至少四個重離子進行 SEE 測試。使用至少四個重離子進行測試可提供足夠的數(shù)據(jù)點來生成合適的威布爾擬合曲線（以顯示概率）。在沒有觀察到SEE的最低LET值下，無需在任何較低的LET值下進行測試。

此處的方法可以有多個實現(xiàn)。這里的主要重點是利用邏輯分析儀，但檢測算法也可以在FPGA中實現(xiàn)。ADC的輸出數(shù)據(jù)以并行格式輸入到邏輯分析儀。由于大多數(shù)低速精密SAR ADC使用SPI［串行外設接口］總線進行數(shù)據(jù)輸出，因此必須收集每個數(shù)據(jù)位并將其組合在一起以形成采樣字。板載復雜可編程邏輯器件（CPLD）或類似邏輯器件可以向ADC提供轉(zhuǎn)換開始信號和串行數(shù)據(jù)時鐘，并執(zhí)行串行到并行轉(zhuǎn)換。

什么用來測試？

邏輯分析儀提供一到四條并行端口輸入總線，足以滿足大多數(shù)測試用例的需求。本例使用了 14 位精密 SAR ADC 和是德科技 16861A 邏輯分析儀。該邏輯分析儀提供兩個 16 位并行總線輸入，每個輸入都有一個時鐘輸入。邏輯分析儀設置為在每個樣本的基礎上檢測指定窗口之外的代碼偏差 （SET）。該SET檢測算法可識別單個樣本瞬變以及連續(xù)樣本瞬變。圖1顯示了ADC的完整輸出代碼范圍，其中輸出代碼示例圖為綠色，示例SET閾值為藍色。示例瞬態(tài)事件以紅色突出顯示。（圖 1。

［圖1 |圖：單事件瞬態(tài)（SET）檢測窗口。

邏輯分析儀軟件設置為自動記錄檢測到SET事件的時間。需要額外的單獨軟件來執(zhí)行數(shù)據(jù)的后處理，以根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)和時間確定單個和多個樣本事件的數(shù)量和幅度。

在任何SET運行之前，應觀察每個設備，不施加輻射以找到合適的SET窗口。窗口的設置應使其剛好高于ADC的固有噪聲電平和來自測試環(huán)境的任何噪聲。在以下示例中，窗口設置為 ±8 個代碼，以平均中間代碼 8200 為中心。將ADC輸入設置為中間電平代碼，可以在正方向和負方向上觀察到瞬態(tài)偏移。為了正確設置邏輯分析儀，可以使用是德科技168161邏輯分析儀的高級觸發(fā)功能，如圖 2 所示進行訪問。

［圖2 |圖：是德科技邏輯分析儀的高級觸發(fā)功能。

選擇高級觸發(fā)器菜單

需要注意的是，高級觸發(fā)操作中的每個步數(shù)對應于一個輸入時鐘周期。這將樣品的處理限制在邏輯分析儀中的簡單檢測，但如前所述，使用外部軟件來處理數(shù)據(jù)。高級觸發(fā)菜單在檢測窗口中設置。當樣本在此指定范圍內(nèi)時，邏輯分析儀不存儲樣本。使用計數(shù)器功能，可以編程為所需的最大SET數(shù)。（圖 3。

［圖3 |圖：Keysight 16861A 邏輯分析儀上的高級觸發(fā)菜單設置。

在測試操作期間的任何時候，都可以停止邏輯分析儀中算法的執(zhí)行，此時存儲的樣本將保存到文件中;也就是說，如果已達到最大通量但尚未達到最大計數(shù)。此步驟通過單擊運行/停止菜單下的“停止”來完成。（圖 4。

［圖4 |圖為：運行/停止菜單選擇。

邏輯分析儀必須配置為捕獲適當?shù)臄?shù)據(jù)并將其保存到已知位置。這是在運行/停止菜單下選擇的，如圖 5 所示。從運行/停止菜單中選擇運行屬性選項，以指定當高級觸發(fā)器檢測到超出指定閾值的樣本時捕獲的內(nèi)容。在此窗口中，邏輯分析器指定在每次采集后保存，在運行之間遞增文件名，并在 10 次采集后停止運行（此停止主要只是一種預防措施，因為只需要一次采集）。此外，還指定了數(shù)據(jù)的文件位置和文件類型。記錄的數(shù)據(jù)包括波形中的所有數(shù)據(jù)，包括違反閾值的樣本以及每個數(shù)據(jù)點的時間戳。將時間戳與數(shù)據(jù)一起保存可提供每個 SET 的長度。此步驟通過使用軟件計算時間戳之間的時間增量來查找記錄的SET事件之間的采樣周期數(shù)，從而識別單樣本和多樣本事件。（圖 5。

［圖5 |圖為：運行屬性菜單選擇。

如果計數(shù)器達到最大值，則可以識別 SEFI 事件。如果發(fā)生這種情況，則使用邏輯分析儀中的標準數(shù)據(jù)捕獲對ADC輸出代碼進行二次讀取。如果ADC輸出代碼保持在預期窗口之外的值，則可能發(fā)生SEFI。確定此條件后，應執(zhí)行設備的重置（如果可用）。重置后，將執(zhí)行另一個標準數(shù)據(jù)捕獲以查看條件是否已修復。否則，應執(zhí)行電源循環(huán)，然后進行另一次標準數(shù)據(jù)采集。如果ADC輸出代碼仍未返回到預期范圍，則ADC可能會造成永久性損壞。

此測試完成的內(nèi)容

該測試方法可檢測精密SAR ADC的SET和SEFI，這意味著可以識別單樣本瞬態(tài)事件、多樣本瞬態(tài)事件和SEFI。該測試方法練習并觀察ADC的整個范圍，以模擬實際應用的體驗。使用該方法的測試結(jié)果可以通過繪制飽和橫截面的威布爾擬合曲線并使用CRèME96模型在適當?shù)能壍郎项A測ADC的SEE性能。

審核編輯：郭婷