Avaliação de conversores AD sob efeitos de radiação e mitigação utilizando redundância com diversidade

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Aguilera, Carlos Julio González
• Orientador(a): Balen, Tiago Roberto
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica; Radiação
• Palavras-chave em Inglês: Ionizing radiation; Diversity; Total ionizing dose; Single event effects; Triple modular redundancy; Mixed signals; Programmable system-on-chip; Analog-to-digital converters
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/179530

Este trabalho aborda um sistema de aquisição de dados (SAD) analógico-digital, baseado em um esquema redundante com diversidade de projeto, que é testado em dois ambientes diferentes de radiação. O primeiro experimento considera um teste de dose total ionizante (Total Ioninzig Dose - TID) sob irradiação gama, e o segundo experimento considera os efeitos de eventos singulares (Single Event Effects - SEE) sob irradiação por íons pesados. O SAD é composto, principalmente, por três conversores analógicos-digitais (ADCs) e dois votadores. A técnica usada é a Redundância Modular Tripla (Triple Modular Redundancy - TMR), com implementação em diferentes níveis de diversidade (temporal e arquitetural). O sistema é construído em um System-on-Chip programável (PSoC 5LP) da Cypress Semiconductor, fabricado em tecnologia CMOS de 130nm. Para a irradiação com TID, se utiliza o PSoC de part number CY8CKIT-050 sob uma fonte de radiação gama de 60Co (cobalto-60), com uma taxa de dose efetiva de 1 krad(Si)/h por 10 dias, atingindo uma dose total de 242 krad(Si) Para SEE se utiliza o protótipo PSoC de part number CY8CKIT-059 (sem encapsulamento) em um acelerador de partículas 8UD Pelletron usando 16O (oxigeno-16) ao vácuo, com energia de 36 MeV em um LET aproximado de 5.5 MeV/mg/cm2 e uma penetração no silício de 25 mm, resultando em um fluxo de 354 p/cm2.s, e uma fluência de 5077915 p/cm2 depois de 14755 segundos (4h 09min). Observou-se com o resultado do primeiro estudo que um (1) dos módulos do sistema apresentou uma degradação significativa na sua linearidade durante a irradiação, enquanto os outros tiveram uma degradação menos grave, mantendo assim a funcionalidade e confiabilidade do sistema. Durante o tempo de irradiação do segundo estudo, foram observadas 139 falhas: 53 SEFIs (Single Events Funtional Interrupt), 29 falhas críticas e 57 falhas SDC (Silent Data Corruption), atingindo as diferentes copias do sistema e um dos votadores do mesmo, mas sempre mantendo a saída esperada. Nos dois experimentos se evidencia a vantagem de usar a diversidade de projeto, além do TMR, para melhorar a resiliência e confiabilidade em sistemas críticos redundantes que trabalham com sinais mistos.