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文档简介
犌犅/犜41270.9—2022
目次
前言…………………………Ⅲ
引言…………………………Ⅳ
1范围………………………1
2规范性引用文件…………………………1
3术语和定义………………1
4缩略语……………………1
5计算方法…………………2
5.1通用计算方法………………………2
5.2总故障率计算方法…………………2
5.3软故障率计算方法…………………2
5.4硬故障率计算方法…………………3
6计算程序…………………4
6.1计算流程图…………………………4
6.2输入…………………5
6.3计算步骤……………5
6.4输出…………………6
附录A(资料性)计算案例………………7
附录B(资料性)敏感器件清单…………11
附录C(资料性)大气中子辐射应力计算方法…………13
附录D(资料性)单粒子效应截面数据典型值…………19
参考文献……………………20
Ⅰ
书
犌犅/犜41270.9—2022
前言
本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件是GB/T41270《航空电子过程管理大气辐射影响》的第9部分。GB/T41270已经发布
了以下部分:
———第7部分:航空电子产品设计中单粒子效应分析过程管理;
———第9部分:航空电子设备单粒子效应故障率计算程序与方法。
本文件由全国航空电子过程管理标准化技术委员会(SAC/TC427)提出并归口。
本文件起草单位:中国航空综合技术研究所、北京圣涛平试验工程技术研究院有限责任公司、中国
航空工业集团公司西安飞机设计研究所。
本文件主要起草人:王群勇、邵文韬、陈冬梅、阳辉、白桦、施发健、严拴航、梁力、闫攀峰、王晓炜。
Ⅲ
犌犅/犜41270.9—2022
引言
0.1目标
本文件是为了航空电子设备电子产品单粒子效应故障率的分析计算的需要而制定的。
0.2技术概述
大气层内工作的航空电子设备,其关键器件在遭受大气中子辐射下会产生多种单粒子效应,传递至
航空电子设备,会产生单粒子效应软故障和/或硬故障,会影响飞机的安全性。考虑到只有设备级SEE
故障率才参与系统级、飞机级的安全分析过程。因此,在飞机安全性评估过程中需要提供设备级的
SEE故障率及其计算方法与程序,为航空电子设备安全性分析提供基础数据。
GB/T34955—2017《大气辐射影响航空电子系统单粒子效应试验指南》和GB/T34956—2017
《大气辐射影响航空电子设备单粒子效应防护设计指南》共同构成航空电子产品开展单粒子效应设计
与分析的基础技术标准。
GB/T41270规定了大气中子单粒子效应分析、试验、评价方法与程序,拟由两个部分构成。
———第7部分:航空电子产品设计中单粒子效应分析过程管理。目的在于规定航空电子产品设计
中电子元器件单粒子效应分析的方法和程序。
———第9部分:航空电子设备单粒子效应故障率计算程序与方法。目的在于规定航空电子设备单
粒子效应故障率通用、总故障率、软故障率、硬故障率计算方法与计算程序。
0.3相关专利情况说明
本文件的发布机构提请注意,声明符合本文件时,可能涉及单粒子效应故障率、大气中子辐射应力、
器件敏感截面、降额因子相关的专利的使用。
本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。
该专利持有人已向本文件的发布机构承诺,他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下,
就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。
表1中列出的专利权人持有本文件涉及的专利。
表1持有本文件涉及专利的专利权人相关信息
专利持有人地址
北京圣涛平试验工程技术研究院有限责任公司北京市海淀区紫竹院路69号中国兵器大厦708室
请注意除上述专利外,本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的
责任。
Ⅳ
犌犅/犜41270.9—2022
航空电子过程管理大气辐射影响
第9部分:航空电子设备单粒子效应
故障率计算程序与方法
1范围
本文件给出了航空电子设备单粒子效应故障率通用计算方法、总故障率计算方法、软故障率计算方
法、硬故障率计算方法与计算程序。
本文件适用于35km以下高空内工作的航空电子设备的研制、试验和维护。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T34955—2017大气辐射影响航空电子系统单粒子效应试验指南
GB/T34956—2017大气辐射影响航空电子设备单粒子效应防护设计指南
3术语和定义
GB/T34956—2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
大气中子辐射应力犪狋犿狅狊狆犺犲狉犻犮狀犲狌狋狉狅狀狉犪犱犻犪狋犻狅狀狊狋狉犲狊狊
飞行任务过程中,航空电子设备遭受的大气辐射环境中子注量率。
注:大气中子辐射应力的单位为每平方厘米小时[/(cm2·h)]。
3.2
单粒子效应故障率狊犻狀犵犾犲犲狏犲狀狋犲犳犳犲犮狋犳犪狌犾狋狉犪狋犲
加电工作状态下,单位时间内大气中子辐射导致的航空电子设备单粒子效应故障次数。
注:单粒子效应故障率的单位为次每小时(次/h)。
4缩略语
下列缩略语适用于本文件。
ADC:模拟数字转换器(analogtodigitalconverter)
AD/DA:模数/数模转换(analogtodigital/digitaltoanalogconvert)
APS:高级成像系统(advancedphotosystem)
CCD:电荷耦合元件(chargecoupleddevice)
CMOS:互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor)
CPU:中央处理器(centralprocessingunit)
DAC:数字模拟转换器(digitaltoanalogconverter)
DRAM:动态随机存取存储器(dynamicalrandomaccessmemory)
1
犌犅/犜41270.9—2022
DSP:信号处理器(digitalsignalprocessing)
EEPROM:带电可擦可编程只读存储器(electricalerasableprogrammablereadonlymemory)
FPGA:现场可编程逻辑门阵列(fieldprogrammablegatearray)
IGBT:绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor)
MBU:单粒子多位翻转(multiplebitupset)
MCU:单粒子多单元翻转(multiplecellupset)
MOSFET:金属氧化物半导体场效应管(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor)
SDRAM:同步动态随机存取存储器(synchronousdynamicalrandomaccessmemory)
SEB:单粒子烧毁(singleeventburnout)
SEE:单粒子效应(singleeventeffect)
SEFI:单粒子功能中止(singleeventfunctionalinterrupt)
SEGR:单粒子栅穿(singleeventgaterupture)
SEL:单粒子锁定(singleeventlatchup)
SET:单粒子瞬态(singleeventtransient)
SEU:单粒子翻转(singleeventupset)
SRAM:静态随机存取存储器(staticrandomaccessmemory)
5计算方法
5.1通用计算方法
设备级或功能板级单粒子效应故障率通用计算方法如公式(1)所示。
λ=狉SEE×Π…………(1)
式中:
λ———大气中子辐射导致的单粒子效应故障率,单位为次每小时(次/h);
狉SEE———大气中子辐射导致的单粒子效应率,单位为次每小时(次/h);
Π———降额因子,取值范围为[0,1]。借用降额因子来指代单粒子效应率转化为单粒子效应故障
率的转化程度。
单粒子效应率的通用计算方法如公式(2)所示。
狉SEE=犳×σ…………(2)
式中:
犳———大气中子辐射应力,单位为每平方厘米小时[/(cm2·h)];
σ———敏感器件单粒子效应截面,单位为平方厘米每比特(cm2/bit)或平方厘米每器件(cm2/dev)。
5.2总故障率计算方法
半导体器件单粒子效应种类包括SEU、SET、SEFI、SEL、SEB等。其中,SEU、SET、SEFI、SEL等
单粒子效应会导致设备单粒子效应软故障;SEL、SEB等单粒子效应会导致设备单粒子效应硬故障。
航空电子设备单粒子效应总故障率计算方法如公式(3)所示。
λtotal=λsoft+λhard…………(3)
式中:
λtotal———大气中子辐射导致的航空电子设备单粒子效应总故障率,单位为次每小时(次/h);
λsoft———大气中子辐射导致的航空电子设备单粒子效应软故障率,单位为次每小时(次/h);
λhard———大气中子辐射导致的航空电子设备单粒子效应硬故障率,单位为次每小时(次/h)。
5.3软故障率计算方法
航空电子设备单粒子效应软故障现象是指可自动恢复的故障或断电重启后可恢复的故障。
2
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航空电子设备单粒子效应软故障率的计算方法如公式(4)所示。
λsoft=λsoft-SEU+λsoft-SET+λsoft-SEFI+λsoft-SEL………………(4)
式中:
λsoft-SEU———大气中子辐射导致的航空电子设备单粒子翻转软故障率,单位为次每小时(次/h);
λsoft-SET———大气中子辐射导致的航空电子设备单粒子瞬态软故障率,单位为次每小时(次/h);
λsoft-SEFI———大气中子辐射导致的航空电子设备单粒子功能中止软故障率,单位为次每小时(次/h);
λsoft-SEL———大气中子辐射导致的航空电子设备单粒子锁定软故障率,单位为次每小时(次/h)。
航空电子设备单粒子翻转软故障率的计算方法如公式(5)所示。
λsoft-SEU=(狉SEU-犻×ΠSEU-犻×Πused-犻)×Πerror………………(5)
∑犻
式中:
犻———第犻个大气中子单粒子效应敏感器件,简称器件犻;
狉SEU犻———器件犻单粒子翻转率,单位为次每小时(次/h);
ΠSEU犻———器件犻单粒子翻转减缓措施降额因子,取值范围为[0,1]。如果该器件采取了有效减缓
措施,降额因子宜取值0,没有采取有效减缓措施,宜取值1;
Πused-犻———器件犻资源利用率,取值范围为[0,1],取值为应用所占用资源与全部存储资源的比率;
Πerror———单粒子翻转在航空电子设备中传播并导致设备软故障的传递率,取值范围在[0,1]。软
故障传递率可选推荐值1/52。
航空电子设备单粒子瞬态软故障率的计算方法如公式(6)所示。
λsoft-SET=(狉SET-犻×ΠSET-犻)×Πerror……(6)
∑犻
式中:
狉SET-犻———器件犻单粒子瞬态率,单位为次每小时(次/h);
ΠSET-犻———器件犻单粒子瞬态减缓措施降额因子,取值范围为[0,1]。如果采取了有效减缓措施,
宜取值0,没有采取有效减缓措施,宜取值1。
航空电子设备单粒子功能中止软故障率的计算方法如公式(7)所示。
λsoft-SEFI=狉SEFI-犻…………(7)
∑犻
式中:
狉SEI-犻———器件犻单粒子功能中止率,单位为次每小时(次/h)。
航空电子设备单粒子锁定软故障率的计算方法如公式(8)所示。
λsoft-SEL=(狉SEL-犻×ΠSEL-犻)…………(8)
∑犻
式中:
狉SEL-犻———器件犻单粒子锁定率,单位为次每小时(次/h);
ΠSEL-犻———器件犻单粒子锁定限流防护措施降额因子,取值范围为[0,1]。如果该器件采取了限流
防护措施,其降额因子宜取值1;如果未采取限流防护措施,其降额因子宜取值0。
注:单粒子多位翻转(MBU)、单粒子多单元翻转(MCU)导致的设备单粒子效应软故障率可以按照相似性原理见
公式(5)计算。
5.4硬故障率计算方法
航空电子设备单粒子效应硬故障率计算方法如公式(9)所示。
λhard=λhard-SEL+λhard-SEB…………(9)
式中:
λhard-SEL———大气中子辐射导致的航空电子设备单粒子锁定硬故障率,单位为次每小时(次/h);
λhard-SEB———大气中子辐射导致的航空电子设备单粒子烧毁硬故障率,单位为次每小时(次/h)。
航空电子设备单粒子锁定硬故障率计算方法如公式(10)所示。
3
犌犅/犜41270.9—2022
λhard-SEL=狉SEL-犻×(1-ΠSEL-犻)………………(10)
∑犻
航空电子设备单粒子烧毁硬故障率计算方法如公式(11)所示。
λhard-SEB=狉SEB-犻×ΠSEB-犻…………(11)
∑犻
式中:
狉SEB-犻———器件犻单粒子烧毁率,单位为次每小时(次/h);
ΠSEB-犻———器件犻单粒子烧毁减缓措施降额因子,取值范围为[0,1]。针对高压器件,如果采取了
降额使用电压措施,例如,当MOSFET的工作电压小于300V时,降额因子宜取值0,
当其工作电压大于300V时,降额因子宜取值1。
注:单粒子栅穿(SEGR)导致的设备单粒子效应硬故障率可以按照相似性原理见公式(11)计算。
6计算程序
6.1计算流程图
航空电子设备单粒子效应故障率计算流程图如图1所示。
附录A给出了导航接收机的单粒子效应故障率计算案例。
图1计算流程图
4
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6.2输入
航空电子设备单粒子效应故障率计算需要的主要输入信息如下:
a)航空电子设备半导体器件清单;
b)飞机飞行的高度、纬度、经度或飞行航线,是否考虑太阳极端事件;
c)指标要求。
6.3计算步骤
6.3.1确定敏感器件清单
根据器件单粒子效应敏感特性,确定航空电子设备的单粒子效应敏感器件清单:
a)根据器件单粒子效应敏感特性,见附录B的表B.1,确定单粒子效应敏感器件;
b)参考航空电子设备单粒子效应敏感器件清单模板,见表B.2,填写敏感器件信息。
6.3.2计算大气中子辐射应力
根据飞行航线,以及是否考虑太阳极端事件的需求,按照大气中子辐射应力计算方法,计算大气中
子辐射应力。附录C给出了5种大气中子辐射应力计算方法,可根据需求选择其中的一种方法:
a)典型值法;
b)平均值法;
c)坐标点法;
d)峰值法;
e)极端值法。
6.3.3确定单粒子效应截面
根据器件类型、工艺类型或试验数据,确定敏感器件单粒子效应截面:
a)数据来源一:在设计初期,可根据附录D中表D.1中的器件类型单粒子效应截面典型值,获取
敏感器件单粒子效应截面数据;
b)数据来源二:在详细设计阶段,可根据器件型号的工艺类别/工艺参数,参考GB/T34956—
2017,获取相似器件工艺的单粒子效应截面数据;
c)数据来源三:根据厂家提供的器件数据表,获取单粒子效应截面数据;或开展地面模拟单粒子
效应试验,试验方法应符合GB/T34955—2017,获取器件截面试验数据。
6.3.4确定降额因子
根据设备的功能应用特征,确定下列降额因子:
a)资源利用率;
b)单粒子效应防护/减缓措施降额因子;
c)单粒子效应软故障传递率。
6.3.5计算单粒子效应总故障率
根据第5章中航空电子设备单粒子效应故障率计算公式,计算航空电子设备的单粒子效应故障率
如下:
a)航空电子设备单粒子效应软故障率;
b)航空电子设备单粒子效应硬故障率;
5
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c)航空电子设备单粒子效应总故障率。
6.4输出
输出航空电子设备的单粒子效应故障率计算报告,报告目录如下:
1概述
2计算方法
3计算程序
4计算结果
4.1航空电子设备基本信息
4.2大气中子辐射应力
4.3单粒子效应敏感器件清单
4.4航空电子设备单粒子效应率
4.5航空电子设备单粒子效应故障率
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附录犃
(资料性)
计算案例
犃.1计算案例概述
某机载卫星导航接收机(以下简称导航接收机),无冗余,其主要功能是接收导航卫星信号,经过下
变频处理、数字基带处理、软件解算,实时给出导航接收机的位置和速度信息。本案例给出导航接收机
在大气中子辐射影响下单粒子效应故障率的计算过程与计算结果。计算过程如下。
犃.2输入
导航接收机单粒子效应故障率计算需要的主要输入信息如下。
a)导航接收机器件清单。
该设备使用的器件包括1个DSP、1个SRAM和2个SRAM型FPGA。
b)飞行航线(高度、纬度、经度),是否考虑太阳极端事件。
参照附录B.1典型值法,假设飞行航线为高度为12.2km,纬度为北纬45°。不考虑太阳极端
事件。
c)指标要求。
指标要求见本文件规范性引用文件,并引用导航接收机的设计要求。
犃.3计算步骤
犃.3.1确定敏感器件清单
依据输入,通过参考表B.1常见器件大气中子单粒子效应敏感特性,进行器件单粒子效应敏感性分
析,获得该导航接收机设备使用的1个DSP、1个SRAM和2个SRAM型FPGA的敏感器件清单。参
照表B.2单粒子效应敏感器件清单模板,填写导航接收机单粒子效应敏感器件清单信息,如表A.1
所示。
表犃.1导航接收机单粒子效应敏感器件清单
工艺SEUSETSELSEFISEB
功器器生器类型/减减防降
序设件件件总存资缓缓护额
号备能类型产数工艺储容源截面措截面措截面措截面截面使
利2施2施2施22用
板型号商量参数量用cm/bit因cm/dev因cm/dev因cm/devcm/dev因
nmbit率子子子子
导——
1板DSP190
航1——
2接SRAM1130
3收板2FPGA——145
4机板3FPGA——145
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犃.3.2计算中子辐射应力犳
根据飞行航线,以及是否考虑太阳极端事件,见附录B,计算大气中子辐射应力。计算方法包括典
型值法、平均值法、坐标点法、峰值法、极端值法。
本案例不考虑太阳极端事件,采用C.1典型值法,即高度12.2km,北纬45°,能量10MeV以上的大
气中子注量率典型值为6000/(cm2·h)。
犃.3.3确定犛犈犈截面σ
数据来源一:在设计初期,器件类型初步确定的前提下,可参考表D.1确定不同器件类型的单粒子
效应截面数据典型值。在导航接收机单粒子效应敏感器件清单表B.1基础上,填写基于器件类型的单
粒子效应截面数据典型值,如表A.2所示。
表犃.2导航接收机单粒子效应敏感器件清单(敏感器件截面:数据来源一)
器器器工艺SEUSETSELSEFISEB
功生类型/总存减减防降
序设件件件资缓缓护额
号备能类型产数工艺储容源截面措截面措截面措截面截面使
利2施2施2施22用
板型号商量参数量用cm/dev因cm/dev因cm/dev因cm/devcm/dev因
nmbit率子子子子
1导DSP——190——41.0×10-8———22.0×10-9—84.0×10-10——
板1
航————-7———-9—-10——
2接SRAM113022.0×1022.0×1084.0×10
3收板2FPGA——145——21.0×10-7———22.0×10-9—13.0×10-9——
4机板3FPGA——145——21.0×10-7———22.0×10-9—13.0×10-9——
数据来源二:在研制阶段,已知具体器件型号的情况下,根据厂家提供的器件工艺类别和工艺参数,
参考GB/T34956—2017,获取相似器件工艺的单粒子效应截面数据典型值。在导航接收机单粒子效
应敏感器件清单表A.1基础上,填写基于器件工艺类别和工艺参数的单粒子效应截面数据典型值,如
表A.3所示。
表犃.3导航接收机单粒子效应敏感器件清单(敏感器件截面:数据来源二)
器器器工艺SEUSETSELSEFISEB
功生类型/总存减减防降
序设件件件资缓缓护额
号备能类型产数工艺储容源截面措截面措截面措截面截面使
利2施2施2施22用
板型号商量参数量用cm/bit因cm/dev因cm/dev因cm/devcm/dev因
nmbit率子子子子
1导DSP——1908388608—10.0×10-13———22.06×10-9—25.81×10-9——
板1
航———-13———-9—-10——
2接SRAM11301887436810.0×1019.56×1086.11×10
3收板2FPGA——14533909664—10.0×10-13———25.25×10-9—54.53×10-10——
4机板3FPGA——14533909664—10.0×10-13———25.25×10-9—54.53×10-10——
8
犌犅/犜41270.9—2022
数据来源三:根据厂家提供的器件数据表(datasheet)获取单粒子效应截面;或开展地面模拟单粒
子效应试验,获得截面数据。功能板1的DSP和SRAM器件截面数据来自14MeV单能中子源的器件
单粒子效应试验结果,功能板2和3的FPGA器件截面数据来自厂家数据表。在导航接收机单粒子效
应敏感器件清单表A.1基础上,填写基于数据来源三的器件单粒子效应截面数据。填写结果如表A.4
所示。
表犃.4导航接收机单粒子效应敏感器件清单(敏感器件截面:数据来源三)
器器器工艺SEUSETSELSEFISEB
功生类型/总存减减防降
序设件件件资缓缓护额
号备能类型产数工艺储容源截面措截面措截面措截面截面使
利2施2施2施22用
板型号商量参数量用cm/bit因cm/dev因cm/dev因cm/devcm/dev因
nmbit率子子子子
1导DSP——1908388608—22.75×10-14———0—0——
板1
航———-14——————
2接SRAM11301887436825.23×1000
3收板2FPGA——14533909664—10.00×10-14———0—0——
4机板3FPGA——14533909664—10.00×10-14———0—0——
犃.3.4确定降额因子Π
根据设备的功能应用特征,确定每个敏感器件的资源利用率、单粒子效应减缓/防护措施因子、设备
单粒子效应软故障传递率等降额因子。以数据来源三为例,考虑了资源利用率、未采取单粒子翻转减缓
措施,SEU减缓措施因子宜取值1,填写结果如表A.5所示。
表犃.5导航接收机单粒子效应敏感器件清单(降额因子)
器器器工艺SEUSETSELSEFISEB
功生类型/总存减减防降
序设件件件资缓缓护额
号备能类型产数工艺储容源截面措截面措截面措截面截面使
利2施2施2施22用
板型号商量参数量用cm/bit因cm/dev因cm/dev因cm/devcm/dev因
nmbit率子子子子
1导DSP——1908388608122.75×10-141——0—0——
板1
航——-14—————
2接SRAM1130188743680.2525.23×10100
3收板2FPGA——145339096640.710.00×10-141——0—0——
4机板3FPGA——145339096640.710.00×10-141——0—0——
犃.3.5计算总故障率
根据第5章给出的计算方法,采用软故障传递率推荐值1/52,分别计算导航接收机单粒子故障率。
导航接收机单粒子效应软故障率、硬故障率与总故障率,计算结果如表A.6所示。
9
犌犅/犜41270.9—2022
表犃.6导航接收机单粒子故障率计算结果
器件单粒子效应截面器件单粒子效应率设备单粒子效应故障率
序器件软故障率硬故障率总故障率
号类型σSEUσSEFIσSEL狉SEU狉SEFI狉SEL
cm2/bitcm2/devcm2/dev(次/h)(次/h)(次/h)λSEUλSEFIλSELλtotal
(次/h)(次/h)(次/h)(次/h)
1DSP2.275×10-14001.145×10-3002.202×10-5002.202×10-5
2SRAM2.523×10-14002.857×10-3001.374×10-5001.374×10-5
3FPGA1.000×10-14002.035×10-3002.739×10-5002.739×10-5
4FPGA1.000×10-14002.035×10-3002.739×10-5002.739×10-5
合计8.071×10-3009.053×10-5009.053×10-5
犃.4输出
输出导航接收机单粒子效应故障率计算结果报告。
其中,导航接收机单粒子效应故障率计算结果如下。
a)单粒子效应总故障率
导航接收机单粒子效应总故障率为9.053×10-5次/h。
b)单粒子效应软故障率
导航接收机单粒子效应软故障率为9.053×10-5次/h。
c)单粒子效应硬故障率
导航接收机单粒子效应硬故障率为0次/h。
犃.5试验验证
犃.5.1试验结果
本案例开展了导航接收机设备14MeV单能中子源地面模拟验证试验,试验累计注量为1.011×
109/cm2,监测到了死机、无定位和定位超差等软故障共28次。大气中子辐射应力取典型值6000/
(cm2·h),得到导航接收机的单粒子效应软故障率为1.661×10-4次/h,硬故障率为0次/h。
犃.5.2计算结果与试验结果的误差对比分析
通过对比导航接收机单粒子效应故障率计算结果(A.4)与14MeV单能中子源地面模拟试验结果
(A.5.1),验证了计算结果与试验结果的对比误差在50%范围以内。导航接收机单粒子效应故障率误
差对比分析如表A.7所示。
表犃.7导航接收机单粒子效应故障率误差对比分析
故障率故障率计算值故障率试验值相对误差
软故障率/(次/h)9.053×10-51.661×10-4-45.5%
硬故障率/(次/h)000
总故障率/(次/h)9.053×10-51.661×10-4-45.5%
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犌犅/犜41270.9—2022
附录犅
(资料性)
敏感器件清单
犅.1常见器件大气中子单粒子效应敏感特性
表B.1给出了常见器件的大气中子单粒子效应敏感特性。
表犅.1常见器件大气中子单粒子效应敏感特性
常见器件分类敏感特性
器件器件
类型工艺类别功能SELSEGRSEBSEUMBU/MCUSEFISET
SRAM√a——√√——
DRAM/a
SDRAM√——√√√—
a————
数字FPGA√√√
/
CMOSEEPROM√a————√—
BiCMOSFlashMemory
集成SOI
电路微处理器/
微控制器√——√—√—
混合ADC√a——√—√√
信号DAC√a——√—√√
线性—√a————√
数字——————
双极√√
线性————√——√
光耦——————√
光电器件CCD——————√
APS(CMOS)√————√√
—通道功率—————
高压NMOSFET√√
器件P—通道MOSFET—√—————
(通常工作IGBTs——√————
电压大于双极功率晶体管——√————
200V)
二极管——√————
aSOI工艺除外。
11
犌犅/犜41270.9—2022
犅.2航空电子设备单粒子效应敏感器件清单模板
表B.2给出了航空电子设备单粒子效应敏感器件清单模板。
表犅.2航空电子设备单粒子效应敏感器件清单模板
工艺SEUSETSELSEFISEB
功器器生器类型/减减防降
序设件件件总存资截面缓缓护额
号备能类型产数工艺储容源(cm2/bit)措截面措截面措截面截面使
利施2施2施22用
板型号商量参数量用或因cm/dev因cm/dev因cm/devcm/dev因
nmbit率(cm2/dev)子子子子
———————————————————
12
犌犅/犜41270.9—2022
附录犆
(资料性)
大气中子辐射应力计算方法
犆.1典型值法
高度12.2km,北纬45°,能量10MeV以上的大气中子注量率典型值为6000/(cm2·h)。
犆.2平均值法
计算飞行任务期间大气中子累积注量如公式(C.1)所示。
Fluence=狋2flux(狓(狋),狔(狋),狕(狋))d狋……(C.1)
∫狋1
式中:
Fluence———飞行任务累积大气中子注量,单位为每平方厘米(/cm2);
狋1———任务开始时刻;
狋2———任务结束时刻;
狋———任务期间的某时刻;
flux(狓(狋),狔(狋),狕(狋))———狋时刻,经度狓、纬度狔,高度狕坐标点的大气中子注量率,单位为每平
方厘米小时[/(cm2·h)];
狓———经度,单位为度(°);
狔———纬度,单位为度(°);
狕———高度,单位为米(m)。
平均注量率等于累积注量除以任务持续时间,如公式(C.2)所示。
Fluence
犳=狋2-狋1…………(C.2)
式中:
犳———大气中子辐射平均注量率,单位为每平方厘米小时[/(cm2·h)]。
犆.3坐标点法
飞行航线中某坐标点经度狓、纬度狔、高度狕处的大气中子辐射注量率,可参照Boeing模型、NASA
模型(见GB/T34956—2017)及修正模型进行计算。
修正模型如公式(C.3)所示。
犳=犳0×犃E×犃XY×犃Z…………(C.3)
式中:
犳———坐标点处的大气中子辐射注量率,单位为每平方厘米小时[/(cm2·h)];
犳0———高度12.2km,北纬45°,能量10MeV以上大气中子辐射注量率的典型值6000/(cm2·h);
犃E———高度12.2km,北纬45°时,器件阈值能量以上大气中子注量率与10MeV以上大气中子注
量率的比值,犃E系数见表C.1;
犃XY———高度12.2km,不同截止刚度下大气中子注量率与典型值的比值。可根据坐标点的经纬度
查表C.2、表C.3确定截止刚度,再根据截止刚度查表C.4获取犃XY系数;
犃Z———北纬45°,不同高度的大气中子注量率与典型值的比值,犃Z系数见表C.5。
13
犌犅/犜41270.9—2022
犆.4峰值法
选取任务期间大气中子注量率的峰值。
犆.5极端值法
太阳极端事件期间,大气中子注量率会剧烈增加。例如:1956年2月的太阳耀斑,在12km,截止
刚度为0GV的地区,其SEE率会增加263倍;在12km处,在最劣太阳耀斑时期,高纬度地区会发生极
高的SEE率,SEE率会增加300倍。
表C.1给出了犃E系数取值与器件工艺参数及器件阈值能量之间的关系。
表犆.1犃犈系数
序号器件工艺参数/nm能量阈值/MeV犃E系数
1900.51.67
213011.53
316021.38
418031.28
525051.17
6400101.00
表C.2给出了全球经纬度对应的地磁截止刚度的数值,经度范围为0°~180°。
表犆.2全球经纬度对应的截止刚度(经度:0°~180°)
纬度/东经/(°)
(°)0153045607590105120135150165180
900.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.01
850.010.010.020.020.030.030.030.030.030.030.030.020.02
800.030.040.060.070.080.090.090.100.100.090.090.070.06
750.090.130.150.170.190.180.210.230.210.220.220.200.17
700.240.320.380.410.430.430.460.480.510.540.520.510.42
650.590.680.740.830.840.870.910.971.011.101.121.070.91
601.101.281.401.451.531.611.611.721.821.941.991.911.69
552.012.252.352.392.492.592.712.792.983.193.183.062.74
503.303.533.693.743.943.984.184.324.534.904.764.534.18
454.915.135.235.295.475.715.886.066.416.706.706.285.44
407.137.357.367.447.788.238.658.929.369.779.618.807.73
359.769.749.9510.2710.7411.2811.2211.4111.7411.9911.5010.509.43
3011.6111.7611.9312.3312.8213.5314.0014.1614.1213.8713.3612.6311.59
2513.2913.6413.9414.2614.7215.2215.5415.5915.4014.9914.3713.6412.91
2014.1914.5814.9115.2815.7816.3116.6216.6116.3215.8015.1314.4313.76
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犌犅/犜41270.9—2022
表犆.2全球经纬度对应的截止刚度(经度:0°~180°)(续)
纬度/东经/(°)
(°)0153045607590105120135150165180
1514.6215.0615.4515.8916.4416.9917.2917.2516.9016.3315.6715.0314.44
1014.6415.1215.5816.0816.7017.2617.5717.5217.1616.6016.0015.4514.95
514.3014.7815.2915.8816.5517.1317.4617.4317.1016.5916.0815.6615.27
013.6214.0914.6415.3016.0216.6216.9616.9816.7016.2915.9115.6315.37
-512.7013.1013.6714.3915.1515.7516.1016.1715.9715.6615.4415.3215.19
-1011.5611.9112.4813.2313.9814.5314.8614.9814.8714.6714.6014.6714.72
-1510.1310.4711.0311.7812.4312.9613.2113.3313.2513.2313.3313.6013.87
-208.528.759.209.8310.3310.6510.7310.8010.8410.5410.6611.8412.57
-257.077.237.597.998.127.827.427.387.407.658.409.489.99
-305.785.725.835.875.715.375.235.165.095.375.826.547.90
-354.724.334.334.344.183.943.493.363.373.574.114.905.55
-403.853.523.473.272.892.572.182.062.032.222.583.184.11
-453.162.782.542.291.921.561.281.101.101.201.472.072.62
-502.552.161.901.611.310.930.680.530.510.600.751.091.66
-552.001.681.421.100.810.530.330.230.220.240.360.550.90
-601.511.210.960.740.500.280.130.080.060.070.120.250.46
-651.190.900.660.470.270.140.060.020.010.010.030.090.20
-700.790.610.430.290.150.070.020.000.000.000.010.030.08
-750.530.380.250.160.080.040.010.000.000.000.000.010.04
-800.300.240.150.100.060.030.010.000.000.000.000.010.03
-850.160.130.100.080.060.040.030.020.020.020.020.030.04
-900.080.080.080.080.080.080.080.080.080.080.080.080.08
表C.3给出了全球经纬度对应的地磁截止刚度的数值,经度范围为180°~360°。
表犆.3全球经纬度对应的截止刚度(经度:180°~360°)
纬度/东经/(°)
(°)180195210225240255270285300315330345360
900.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.01
850.020.010.010.000.000.000.000.000.000.000.000.010.01
800.060.040.020.010.000.000.000.000.000.000.010.020.03
750.170.120.080.040.010.000.000.000.000.010.030.050.09
700.420.330.190.110.050.020.010.010.010.040.080.160.24
650.910.730.490.300.160.070.040.030.060.180.300.470.59
15
犌犅/犜41270.9—2022
表犆.3全球经纬度对应的截止刚度(经度:180°~360°)(续)
纬度/东经/(°)
(°)180195210225240255270285300315330345360
601.691.320.930.640.380.220.170.170.250.440.680.941.10
552.742.201.681.210.800.500.380.420.580.911.321.792.01
504.183.432.752.071.441.010.780.801.081.622.322.933.30
455.444.834.093.132.381.721.381.381.892.653.794.514.91
407.736.435.434.643.562.742.202.182.854.145.376.387.13
359.438.917.676.035.064.053.213.214.155.688.129.379.76
3011.5910.429.668.666.785.364.334.285.588.5710.5511.1811.61
2512.9112.2611.5910.719.377.435.935.837.9810.7312.0912.8513.29
2013.7613.1912.6712.0010.988.877.417.059.5612.0613.0613.7214.19
1514.4413.9313.4812.9612.1010.548.999.2511.6012.7913.5914.1514.62
1014.9514.5014.1013.6512.9912.0311.1011.3312.3613.1813.7714.2014.64
515.2714.8914.5114.1113.6112.9112.2612.2612.7413.3013.6413.9114.30
015.3715.0514.7114.3413.9213.4012.8712.6512.8813.1713.2613.3413.62
-515.1914.9714.6914.3714.0013.5713.0812.7812.8012.8512.6912.5512.70
-1014.7214.6214.4314.1913.8913.5213.0812.7112.5512.3611.9211.5211.56
-1513.8713.9713.9313.8113.6013.3012.8912.4612.1411.7311.0510.2610.13
-2012.5712.9613.1613.2113.1312.9112.5412.0711.5910.889.878.938.52
-259.9911.0211.8412.3912.4912.3812.0611.5510.889.938.687.587.07
-307.909.309.0510.7511.6311.7011.4610.879.988.907.376.545.78
-355.556.507.878.259.8710.8510.7310.079.117.706.385.454.72
-404.114.665.526.698.159.699.679.148.096.605.734.523.85
-452.623.334.224.896.067.748.648.107.346.234.693.773.16
-501.662.212.913.754.585.476.786.906.084.803.903.112.55
-550.901.361.912.623.354.184.764.814.503.883.162.452.00
-600.460.781.191.732.282.973.583.743.493.072.431.971.51
-650.200.420.651.041.501.942.412.532.392.201.871.471.19
-700.080.210.380.600.911.211.481.611.631.471.241.030.79
-750.040.100.200.340.510.650.810.930.950.870.800.660.53
-800.030.060.110.180.250.340.420.470.480.460.460.360.30
-850.040.060.080.110.120.170.210.190.230.220.190.190.16
-900.080.080.080.080.080.080.080.080.080.080.080.080.08
16
犌犅/犜41270.9—2022
表C.4给出了不同地磁截止刚度的大气中子注量率与典型值的比值犃XY。
表犆.4地磁截止刚度与犃犡犢系数对应表
截止刚度截止刚度截止刚度截止刚度
GV犃XYGV犃XYGV犃XYGV犃XY
0.001.352.201.228.380.4613.430.27
0.011.352.301.218.990.4213.500.26
0.021.352.321.199.230.4013.570.26
0.031.352.401.189.560.3913.620.26
0.051.352.561.169.570.3913.760.26
0.061.352.731.119.660.3913.770.26
0.081.352.751.1110.170.3713.800.26
0.091.352.851.0910.550.3513.880.26
0.131.353.011.0710.810.3413.920.26
0.141.353.051.0610.970.3414.060.25
0.171.353.201.0310.980.3414.100.25
0.191.353.301.0111.100.3314.190.25
0.201.353.560.9611.230.3214.200.25
0.241.353.680.9211.250.3314.350.25
0.251.353.710.9311.320.3214.370.25
0.271.354.180.8611.590.3214.460.24
0.281.354.280.8311.610.3214.640.24
0.361.354.300.8611.660.3114.650.24
0.381.354.330.8311.670.3114.710.24
0.421.354.550.8011.720.3114.940.24
0.521.354.710.7912.220.3014.950.24
0.551.354.900.7512.350.2915.160.23
0.681.355.020.7512.360.2915.370.23
0.741.355.370.7012.390.2916.000.22
0.781.355.430.6912.670.2917.000.20
0.791.355.580.6712.
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