關(guān)于軟錯(cuò)誤率的常見(jiàn)問(wèn)題解答

查找有關(guān)軟錯(cuò)誤率 (SER) 的基本問(wèn)題（包括可能的原因、SER 的影響因素以及如何估算 SER）的答案。

什么是 SER？

SER 是指軟錯(cuò)誤率。軟錯(cuò)誤影響存儲(chǔ)器和時(shí)序元件的數(shù)據(jù)狀態(tài)，由陸地環(huán)境自然發(fā)生的隨機(jī)輻射事件所引起。?不同于由缺陷機(jī)制或可靠性劣化機(jī)制引起的硬錯(cuò)誤，軟錯(cuò)誤通常不會(huì)損壞電路本身（因此號(hào)稱(chēng)“軟”錯(cuò)誤），但會(huì)損壞所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)或所涉電路的狀態(tài)（在數(shù)字電路中，相當(dāng)于將“一”數(shù)據(jù)狀態(tài)錯(cuò)誤地翻轉(zhuǎn)為“零”數(shù)據(jù)狀態(tài)，或者相反）。

一旦新數(shù)據(jù)被寫(xiě)入到存儲(chǔ)位置，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤會(huì)被覆蓋，因此系統(tǒng)將正常工作。軟錯(cuò)誤引起的故障率（即 SER）將以 FIT 或 FIT/兆位（側(cè)重于存儲(chǔ)器時(shí)）報(bào)告。就發(fā)生率而言，SER 將比所有其他機(jī)制總共的硬故障率高出許多倍。軟錯(cuò)誤也稱(chēng)為單粒子翻轉(zhuǎn) (SEU)，這種稱(chēng)謂可更好地體現(xiàn)單個(gè)輻射粒子導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞的思想。

什么會(huì)導(dǎo)致 SER？

雖然 SER 有許多潛在原因，如短時(shí)脈沖波干擾、噪聲、電磁干擾，但在一個(gè)合格制造過(guò)程中的設(shè)計(jì)良好的電路中，SER 的主要原因是粒子輻射。

在陸地環(huán)境中，主要鍵輻射問(wèn)題來(lái)自于芯片材料本身的微量雜質(zhì)發(fā)射的 α 粒子（α 粒子無(wú)法遠(yuǎn)距離游走，因此到達(dá)器件的任何 α 粒子通常都是芯片本身內(nèi)的材料所發(fā)射的），此外還有無(wú)時(shí)不在的宇宙背景中子通量：我們?cè)诤Ｆ矫娴慕佑|密度大約為 13n/hr-cm2，并在飛行高度的密度可高達(dá) 26,000n/hr-cm2。?

通過(guò)采用超低 α (ULA) 材料可最大限度降低 α 粒子 SERE，但極具穿透力的中子不容易被屏蔽，因此我們不得不接受一定水平的 SER。如需進(jìn)一步減小 SER，只能通過(guò)減少由輻射粒子收集的電荷量（例如絕緣體硅片）或更常見(jiàn)的是通過(guò)使用冗余電路（例如存儲(chǔ)器中的糾錯(cuò)）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

什么因素影響 SER？

產(chǎn)品技術(shù)在某種程度上影響 SER，但更重要的因素是 SRAM 的大小和器件中的時(shí)序邏輯。通常具有未受保護(hù)大容量存儲(chǔ)器的器件具有最高的 SER。

采用更低電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)低功耗的技術(shù)往往具有更高的 SER，這是由于數(shù)據(jù)狀態(tài)由電壓定義，因此更低的電壓意味著更低的信號(hào)電荷，進(jìn)而該器件對(duì)由輻射造成的電荷瞬變將變得更加敏感。使用存儲(chǔ)器糾錯(cuò)可大幅降低 SER。使用 ULA 材料可減小 SER 中的 α 粒子因素。

我們對(duì)于屏蔽造成其余 SER 的中子幾乎無(wú)能為力，而事實(shí)上在航空電子應(yīng)用中，中子通量的密度比地面應(yīng)用高出數(shù)百到數(shù)千倍，因此 SER 也會(huì)高得多。

是否有某種可接受的 SER 水平？

沒(méi)有。SER?沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)或“可接受的水平”可言。這是因?yàn)椤翱山邮艿摹盨ER 取決于應(yīng)用、有多大的存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器是否受到保護(hù)、器件在何處運(yùn)行（例如，地面高度、飛行高度等）

由于許多此類(lèi)因素都會(huì)影響到可接受的位故障水平，因此我們無(wú)法對(duì)給定的通用部件（如 DSP、MSP 等）使用單一的 SER 度量標(biāo)準(zhǔn)?？山邮艿墓收霞?jí)別應(yīng)由客戶(hù)根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用、軟件和各種應(yīng)用詳情加以確定。

回答該具體問(wèn)題的第一步是，我們對(duì)于軟故障率的上限應(yīng)該有一定的概念，從而判斷是否需要采取進(jìn)一步的措施。

SER 是如何確定的？

TI 是推動(dòng)采用業(yè)界 JEDEC JESD89A“測(cè)量和報(bào)告 α 粒子與地面宇宙射線在半導(dǎo)體器件中引起的軟錯(cuò)誤”測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)作為 α 粒子和中子輻射測(cè)試的基礎(chǔ)的企業(yè)之一。

我們一般不測(cè)試產(chǎn)品，而是設(shè)計(jì)測(cè)試芯片，在這些芯片中采用生產(chǎn) SRAM 陣列和時(shí)序邏輯陣列來(lái)實(shí)現(xiàn) SER 的精確建模。所有這些相結(jié)合形成一種在線 SER 估算計(jì)算器，可用于在采用 CMOS 技術(shù)（350nm 至 20nm）制成的任何 TI 產(chǎn)品中衡量 SER 的上限。該計(jì)算器要求外部客戶(hù)簽訂保密協(xié)議。