正确评估ADC的恶劣条件

高精度模数转换器（ADC）是太空中使用的许多卫星和其他系统的组成部分。重要的是要了解这些设备在恶劣的太空环境中如何响应，重离子可能会反复撞击。检测算法可以充分识别低速精密SAR ［逐次逼近寄存器］ ADC中的单事件效应（SEE），即单事件瞬变（SET）和单事件功能中断（SEFI），而无需用户可配置寄存器。此信息可用于充分确定ADC对空间应用的适用性。

使用检测算法来评估高精度模数转换器（ADC）在太空中的表现，将ADC置于一组实际工作条件下，以符合其实际使用情况的方式测试器件。应用此方法要求ADC在其输入电压范围的中间使用模拟输入工作。这种格式可以检测正向和负向的瞬态事件。在输入电压范围中间工作器件与实际应用中器件的正常工作一致，因为大多数应用都需要最大的输入信号范围。

ADC数字输出代码的观察可以通过逻辑分析仪或FPGA（现场可编程门阵列）进行。此处提供的示例重点介绍如何使用逻辑分析器执行此方法。该方法旨在检测数字输出代码超过指定阈值的任何事件。根据此类事件的长度，可以确定这些事件是 SET 还是 SEFI ［单事件瞬态或单事件功能中断］。用于事件检测的阈值特定于设备，取决于许多因素。其中一些因素包括分辨率和固有ADC噪声以及环境噪声因素。在施加辐射之前，必须在SEE测试设施中进行校准运行，以确定预期的代码和适当的检测阈值范围。

至少，应在 1 至 86 MeV•cm2/mg 的 LET ［线性能量转移］ 值范围内使用至少四个重离子进行 SEE 测试。使用至少四个重离子进行测试可提供足够的数据点来生成合适的威布尔拟合曲线（以显示概率）。在没有观察到SEE的最低LET值下，无需在任何较低的LET值下进行测试。

此处的方法可以有多个实现。这里的主要重点是利用逻辑分析仪，但检测算法也可以在FPGA中实现。ADC的输出数据以并行格式输入到逻辑分析仪。由于大多数低速精密SAR ADC使用SPI［串行外设接口］总线进行数据输出，因此必须收集每个数据位并将其组合在一起以形成采样字。板载复杂可编程逻辑器件（CPLD）或类似逻辑器件可以向ADC提供转换开始信号和串行数据时钟，并执行串行到并行转换。

什么用来测试？

逻辑分析仪提供一到四条并行端口输入总线，足以满足大多数测试用例的需求。本例使用了 14 位精密 SAR ADC 和是德科技 16861A 逻辑分析仪。该逻辑分析仪提供两个 16 位并行总线输入，每个输入都有一个时钟输入。逻辑分析仪设置为在每个样本的基础上检测指定窗口之外的代码偏差 （SET）。该SET检测算法可识别单个样本瞬变以及连续样本瞬变。图1显示了ADC的完整输出代码范围，其中输出代码示例图为绿色，示例SET阈值为蓝色。示例瞬态事件以红色突出显示。（图 1。

［图1 |图：单事件瞬态（SET）检测窗口。

逻辑分析仪软件设置为自动记录检测到SET事件的时间。需要额外的单独软件来执行数据的后处理，以根据记录的数据和时间确定单个和多个样本事件的数量和幅度。

在任何SET运行之前，应观察每个设备，不施加辐射以找到合适的SET窗口。窗口的设置应使其刚好高于ADC的固有噪声电平和来自测试环境的任何噪声。在以下示例中，窗口设置为 ±8 个代码，以平均中间代码 8200 为中心。将ADC输入设置为中间电平代码，可以在正方向和负方向上观察到瞬态偏移。为了正确设置逻辑分析仪，可以使用是德科技168161逻辑分析仪的高级触发功能，如图 2 所示进行访问。

［图2 |图：是德科技逻辑分析仪的高级触发功能。

选择高级触发器菜单

需要注意的是，高级触发操作中的每个步数对应于一个输入时钟周期。这将样品的处理限制在逻辑分析仪中的简单检测，但如前所述，使用外部软件来处理数据。高级触发菜单在检测窗口中设置。当样本在此指定范围内时，逻辑分析仪不存储样本。使用计数器功能，可以编程为所需的最大SET数。（图 3。

［图3 |图：Keysight 16861A 逻辑分析仪上的高级触发菜单设置。

在测试操作期间的任何时候，都可以停止逻辑分析仪中算法的执行，此时存储的样本将保存到文件中;也就是说，如果已达到最大通量但尚未达到最大计数。此步骤通过单击运行/停止菜单下的“停止”来完成。（图 4。

［图4 |图为：运行/停止菜单选择。

逻辑分析仪必须配置为捕获适当的数据并将其保存到已知位置。这是在运行/停止菜单下选择的，如图 5 所示。从运行/停止菜单中选择运行属性选项，以指定当高级触发器检测到超出指定阈值的样本时捕获的内容。在此窗口中，逻辑分析器指定在每次采集后保存，在运行之间递增文件名，并在 10 次采集后停止运行（此停止主要只是一种预防措施，因为只需要一次采集）。此外，还指定了数据的文件位置和文件类型。记录的数据包括波形中的所有数据，包括违反阈值的样本以及每个数据点的时间戳。将时间戳与数据一起保存可提供每个 SET 的长度。此步骤通过使用软件计算时间戳之间的时间增量来查找记录的SET事件之间的采样周期数，从而识别单样本和多样本事件。（图 5。

［图5 |图为：运行属性菜单选择。

如果计数器达到最大值，则可以识别 SEFI 事件。如果发生这种情况，则使用逻辑分析仪中的标准数据捕获对ADC输出代码进行二次读取。如果ADC输出代码保持在预期窗口之外的值，则可能发生SEFI。确定此条件后，应执行设备的重置（如果可用）。重置后，将执行另一个标准数据捕获以查看条件是否已修复。否则，应执行电源循环，然后进行另一次标准数据采集。如果ADC输出代码仍未返回到预期范围，则ADC可能会造成永久性损坏。

此测试完成的内容

该测试方法可检测精密SAR ADC的SET和SEFI，这意味着可以识别单样本瞬态事件、多样本瞬态事件和SEFI。该测试方法练习并观察ADC的整个范围，以模拟实际应用的体验。使用该方法的测试结果可以通过绘制饱和横截面的威布尔拟合曲线并使用CRÈME96模型在适当的轨道上预测ADC的SEE性能。

审核编辑：郭婷