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Title: Metodologia de testes para qualificação de sistemas eletrônicos expostos à radiação ionizante
Authors: Leite, F. G. H.
Advisor: Giacomini, R.
Issue Date: 2018
Abstract: A eletrônica passou por diversos avanços nas últimas décadas, proporcionando um aumento na utilização de dispositivos eletrônicos em ambientes radiativos. Exemplos de dispositivos em tais ambientes podem ser encontrados em sistemas que operam no espaço, em laboratórios de física de alta energia e na aviônica. Dispositivos eletrônicos expostos à radiação ionizante podem sofrer danos, os quais são classificados como acumulativos ou de evento único. Os efeitos do dano acumulativo no dispositivo eletrônico altera os seus parâmetros elétricos enquanto os danos de evento único geram transientes em regiões sensíveis dos dispositivos devido a carga gerada pela radiação ionizante, porém, ambos os efeitos gerados por radiação ionizante podem danificar permanentemente a funcionalidade de um dispositivo. Neste trabalho é proposto uma metodologia de testes para qualificação de microcontroladores expostos à ambientes radiativos. A metodologia foi desenvolvida com base em diversos testes experimentais, nos quais foram utilizados dois dispositivos diferentes para validação dos métodos cujos part numbers são KE02Z64VQH4, fabricado pela NXP Semiconductors, e RM42L432, fabricado pela Texas Instruments. Os dispositivos foram submetidos a testes de radiação com fontes de raios-X, prótons, partículas alfa e íons pesados. Os dois dispositivos tiveram seu desempenho degradado e apresentaram falhas quando irradiados com raios-X até uma dose de cerca de 20 krad(Si). Os testes também sugerem que as memórias flash são mais robustas em comparação com as memórias Memória Estática de Acesso Aleatório (SRAM) em relação a Single Event Upset (SEU). SEUs foram observados apenas na memória SRAM e puderam ser monitorados durante a execução de um firmware de teste, desenvolvido para esse trabalho, possibilitando a verificação da sensibilidade da memória. Também foi verificado a possibilidade de realização de testes de evento único utilizando uma fonte de partículas alfa o que torna esse tipo de teste muito mais simples, barato e rápido, uma vez que não necessita de um acelerador de partículas para sua realização.
Electronics have undergone several advances in the last decades, providing an increase in the use of electronic devices in radiative environments. Examples of devices in such environments can be found in systems operating in space, in high energy physics laboratories, and in avionics. Electronic devices exposed to ionizing radiation can suffer damage, which are classified as cumulative or single event. The effects of cumulative damage on the electronic device change its electrical parameters while single-event damages generate transients in sensitive regions of the devices due to the charge generated by ionizing radiation, but both effects generated by ionizing radiation can permanently damage the functionality of a device. In this work, a methodology of tests for the qualification of microcontrollers exposed to radiative environments is proposed. The methodology was developed based on several experimental tests, in which two different devices were used for validation of the methods whose part numbers are MKE02Z64VQH4, manufactured by NXP Semiconductors, and RM42L432, manufactured by Texas Instruments. The devices were subjected to radiation tests with X-ray sources, protons, alpha particles and heavy ions. The two devices had their performance degraded and showed flaws when irradiated with X-rays up to a dose of about 20 krad (Si). The tests also suggest that flash memories are more robust compared to SRAM memories over SEU. SEUs were observed only in the SRAM memory and could be monitored during the execution of a test firmware, developed for this work, allowing the verification of the memory sensitivity. It was also verified the possibility of performing single-event tests using an alpha particle source which makes this type of test much simpler, cheaper and faster, since it does not need a particle accelerator for its realization.
Keywords: Microcontroladores
Radiação ionizante
Efeito do evento único
Publisher: Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo
DOI: https://doi.org/10.31414/EE.2018.D.129805
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/312
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