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單粒子翻轉

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單粒子翻轉是宇宙中單個高能粒子射入半導體器件靈敏區，使器件邏輯狀態翻轉的現象。
單粒子翻轉最容易發生SEU的是像RAM這種利用雙穩態進行存儲的器件，其次是CPU，再其次是其它的接口電路。隨着芯片集成度的增加，發生SEU錯誤的可能性也隨之增大。
中文名
單粒子翻轉
外文名
Single Event Upset
類    型
軟錯誤
易發環境
空間電子應用領域

目錄

  1. 1 簡介
  2. 2 概念
  3. 3 防範措施
  4. 4 相關事故

單粒子翻轉簡介

在一些電磁、輻射環境比較惡劣的情況下，大規模集成電路（IC）常常會受到干擾，例如宇宙中單個高能粒子射入半導體器件靈敏區，使器件邏輯狀態翻轉：原來存儲的"0"變為"1"，或者"1"變為"0"，從而導致系統功能紊亂，嚴重時會發生災難性事故。SEU造成的邏輯錯誤不是永久性的。在特定的應用中，SEU已經成為一個不能忽視的問題。
典型的SEU是由於太空中高能粒子的轟擊造成的，SEU已經成為星載計算機中最常見的錯誤。

單粒子翻轉概念

單粒子翻轉英文縮寫SEU（Single-Event Upsets），航天電子學術語，原因是在空間環境下存在着大量高能帶電粒子，計算機中的CMOS電子元器件受到地球磁場、宇宙射線等照射，引起電位狀態的跳變，“0”變成“1”，或者“1”變成“0”，但一般不會造成器件的物理性損傷。
單粒子翻轉指標用單粒子翻轉率來描述，單粒子翻轉率是器件每天每位發生單粒子翻轉的概率，計算質子單粒子翻轉率的一般性公式：
其中：
為閾值能量，單位MeV；
為質子單粒子翻轉截面積，單位
；
為質子微分流量。 [1] 

單粒子翻轉防範措施

降低單粒子翻轉效應發生概率的一個措施是增加冗餘度，NASA（美國國家航空航天局）在航天器計算機系統中就採用這一措施。 [1] 

單粒子翻轉相關事故

我國於1995年2月8日發射升空的實踐四號衞星上搭載的兩台用於單粒子事件測量的監測裝置，在入軌後的19天內共發生了65次翻轉，而風雲一號（B）氣象衞星也因多次SEU事件導致姿態控制系統失控而過早的失效。
2003年，在比利時斯哈爾貝克的一次選舉中，單粒子翻轉效應被認為是一次電子投票錯誤的罪魁禍首。電子投票機的一個數位翻轉，使一名候選人的選票增加了4096張。這一問題之所以能被發現，是因為電子投票機給這名候選人的選票多於可能數量。 [2] 
參考資料
  • 1.    王同權, 戴宏毅, 沈永平,等. 宇宙高能質子致單粒子翻轉率的計算[J]. 國防科技大學學報, 2002, 24(2):11-13.
  • 2.    T. Z. Fullem (2006). Radiation detection using single event upsets in memory chips. Binghamton University (M. S. Thesis). ISBN 978-0-542-78484-2.