СПОСОБ ЗАЩИТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ ПРИ ПОПАДАНИИ В НИХ ТЯЖЕЛЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
METHOD TO PROTECT INTEGRATED MICROCIRCUITS IN CASE OF INGRESS OF HEAVY CHARGED PARTICLES INTO THEM

Изобретение относится к электронике интегральных микросхем (ИМС) и может быть использовано в составе бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА) для защиты от последствий попадания тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ).
Из общедоступных источников авторами не найдены материалы, близкие по технической сущности, которые можно рассматривать в качестве аналогов.
Задачей настоящего изобретения является повышение быстродействия, эксплуатационных возможностей и надежности БРЭА. Задача решается за счет того, что после попадания тяжелых заряженных частиц в область ИМС бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК) системой диагностического контроля (ДК) формируется сигнал о неисправности (ПН) в каком-либо канале специализированной цифровой вычислительной машины (СЦВМ), после чего происходит перевключение процессора и снятие тиристорного эффекта.
Суть изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображена блок-схема БЦВК, на Фиг.2 - программный алгоритм ликвидации последствий попадания тяжелых заряженных частиц в область интегральных микросхем.
Предлагаемый способ защиты не требует ввода дополнительных устройств в состав БРЭА и представляет собой алгоритм контроля тиристорного эффекта в БЦВК С-32М, достигаемый исключительно программными средствами. Преимуществом является также тот факт, что предложенный способ обеспечит защиту не одной, а ряда ИМС из состава БЦВК.
БЦВК С-32М - бортовой цифровой вычислительный комплекс «Салют-32», предназначенный для реализации алгоритмов управления и контроля космического аппарата (КА). Высокая сбоеустойчивость и надежность обеспечивается троированием с послойным мажорированием информации в сочетании с дополнительным резервированием особо ответственных узлов. Троирование обеспечивается наличием трех каналов передачи в БЦВК. СЦВМ имеет резервный комплект и выполнена в трехканальном варианте с использованием элементов восстановления с голосованием «2 из 3». Если происходит искажение информации в одном из трех каналов, мажоритарные элементы, расположенные на магистрали параллельного интерфейса (МПИ) на входах в процессор и запоминающие устройства СЦВМ, передают неразличающиеся значения битов информации двух других каналов. Послойное мажорирование информации позволяет парировать единичные сбои с нулевым временем восстановления после сбоя и позволяет продолжать работу даже при наличии нескольких неисправностей на разных уровнях мажорирования.
Структурная схема БЦВК С-32М представлена на Фиг.1, где AM - адаптер магистрали параллельного интерфейса (1), ЗУМК - запоминающее устройство микрокоманд (2), КВВ - контроллер ввода-вывода (3), МПИ - магистраль параллельного интерфейса (4), МЭ - мажоритарный элемент (5.1, 5.2, 5.3), ОЗУ - оперативное запоминающее устройство (6), ПЗУ - постоянное запоминающее устройство (7), СПрц - сопроцессор (8), СЦВМ - специализированная цифровая вычислительная машина (9), ЦП - центральный процессор (10).
Мажоритарные элементы (МЭ) 5.1, 5.2, 5.3 исправляют ошибки в канале, но это лишь в случае единичного сбоя. При попадании же ТЗЧ в область самих МЭ ошибки остаются неисправленными и устанавливается постоянный признак сбоя. Для регистрации сбоев в СЦВМ 9 предусмотрена система диагностического контроля (ДК). В контроллере ввода-вывода (КВВ) 3 имеется узел диагностического контроля процессора. Система ДК служит для сбора информации о состоянии каналов КВВ и СЦВМ. В схеме КВВ 3 ДК исполнена в виде радиационно стойкой ИМС RTAX1000SCQ352B-5962-0422101QXC производства ACTEL USA. Критерием признака неисправности СЦВМ (ПН СЦВМ) является несовпадение момента обращения процессоров трех каналов к ЗУМК 2. При обнаружении, что моменты обращения своего канала к ЗУМК не совпадают с двумя другими каналами, узел диагностики формирует импульс длительностью 700 нс, который фиксируется в регистре заявок диагностического контроля (РЗДК). В случае тиристорного эффекта импульсы будут идти постоянно с периодом 1,25 МГц, т.е. при последующем чтении вектора снова будет возникать ПН СЦВМ. Опрос РЗДК производится 4 раза для того, чтобы не было срабатывания защиты на единичные самоустраняющиеся сбои.
При всех обменах по магистрали МПИ 4 происходит сравнение входных и выходных сигналов магистрали в каждом из каналов А, В и С. В случае обнаружения несовпадений установится соответствующий разряд РЗДК: 6,5 и 4 разряды для каналов А, В и С соответственно. После многократного (4 раза) несовпадения формируется признак неисправности МПИ (ПН МПИ). Счетчик сбоев записывает их количество в поле телеметрии (ТМ).
Появление какого-либо из признаков: ПН СЦВМ или ПН МПИ или обоих признаков вместе будет свидетельством возможного тиристорного эффекта в области ИМС высокой интеграции. Меры защиты включают в себя своевременное обнаружение признака неисправности, имитацию «зависания» БЦВК и активацию аварийной логики блока управления бортового комплекса управления.
Аварийная логика блока управления бортового комплекса управления (БУ БКУ) состоит в следующем. В БУ имеется сторожевой таймер на 16 с, сброс (перезапуск) таймера Т16 осуществляется по сигналу об отсутствии угрозы, который БЦВК выдает в БУ БКУ каждые 3,75 секунды. После пропадания выдачи этого сигнала из БЦВК в БУ БКУ организуется «горячий рестарт», т.е. из БУ выдается команда на выполнение горячего рестарта действующей СЦВМ. При «горячем рестарте» снятия питания с каналов БЦВК не происходит. Вычислительный процесс восстанавливается. При следующем пропадании сигнала об отсутствии угрозы вновь срабатывает Т16 и организуется на этот раз уже «холодный рестарт». При этом происходит снятие питания с СЦВМ, через 6 с выдается команда на включение. Вычислительные процессы восстанавливаются. Третья ступень аварийной логики - переход на резервный комплект СЦВМ.
Алгоритм описанного метода изображен на Фиг.2.
Предложенный способ защиты используется в текущих проектах космических аппаратов, имеющих в своем составе БЦВК С-32М.
Использование предложенного способа защиты позволит существенно повысить надежность защищаемых микросхем при попадании в них тяжелых заряженных частиц.
Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение массогабаритных и надежностных характеристик БРЭА, увеличение срока эксплуатации КА.