单粒子效应对器件及系统特性的影响

空间中存在着各种诱发单粒子效应的辐射环境因素，在讨论单粒子效应对航天器系统的影响时，一般都开展辐射因素对航天器性能和工作状态影响的分析预估。人们通过航天器在轨运行工作及维护的工程实践活动，观测到了许多与单粒子效应相关的航天器故障，这些故障主要表现在电子设备和系统方面。

本章主要借鉴可靠性的概念和方法，对已公开发表的有关技术文献进行总结分析，主要目的不仅仅是将相关的实际观测与预示分析相联系，以便从系统级设计层面提高对空间辐射效应知识的认知程度；也希望为从事航天器电子设备的设计师们，设计出具有更好耐辐射能力的电子仪器和设备而提供一些设计参考依据。从相关研究工作的分析和技术资料报道来看，就单粒子效应对电子器件及系统特性的影响方面来说，其可以分为两大类，即单粒子软错误和单粒子硬错误，其在电子设备或系统上造成的故障现象多种多样，具体从器件的失效，到设备及部件功能的丧失，甚至造成整个航天器任务的失败。单粒子软错误通常会造成卫星各种电子系统发生逻辑错误或功能异常，而硬错误则直接导致卫星电子器件永久性损伤或破坏。如微处理器中发生的单粒子翻转可能造成系统正常工作紊乱，而CMOS集成电路的单粒子锁定和单粒子烧毁可能造成电子系统直接损坏等。

一般来说，并非所有的电子系统或设备对所有种类的单粒子效应都具有一定的敏感性。所以在电子系统设计时，应当了解单粒子效应诱发电子系统故障的特点，如什么样的系统，何种装置及哪类器件和集成电路对哪种类型的单粒子效应比较敏感，主要的故障特征是什么？有鉴于此，本章节结合一般故障分类的方法和单粒子诱发过程的特征，将单粒子效应诱发航天器电子设备和系统的故障从存储器数据出错、重要数据表改写、微处理器挂起和中断、软件出错、硬件损伤到任务失败等多个方面进行叙述和说明。(www.xing528.com)

针对航天器使用的电子部件和子系统，研究工作主要是针对辐射效应影响及危害性评估开展的地面模拟试验，所以大部分技术文献也是关于采用地面模拟试验源开展的试验测试工作的报道。本章主要结合具体电子系统，特别是典型的电子器件和集成电路，结合地面试验测试和验证结果，介绍单粒子软错误造成的系统故障模式和单粒子硬错误造成的系统故障模式。