Reducing soft error rate of socs analog-to-digital interfaces with design diversity redundancy

Abstract

Neste artigo, um system-on-chip programável comercial (PSoC 5, da Cypress Semiconductor) é testado sob irradiação de íons pesados ​​com foco nos blocos de interface analógico-digital do sistema. Para tanto, um sistema de aquisição de dados (DAS) foi programado no dispositivo em teste e protegido com uma técnica de redundância de diversidade de projeto. Esta técnica implementa diferentes níveis de diversidade (arquitetural e temporal) usando duas arquiteturas diferentes de conversores (um conversor ΣA e dois conversores de registro de aproximação (SAR) sucessivos) operando com taxas de amostragem distintas. O experimento foi realizado em uma câmara de vácuo, utilizando um feixe de íons de 16 O com energia de 36-MeV e penetração suficiente no silício para produzir uma transferência de energia linear efetiva (LET) de 5,5 MeV / mg / cm 2 na região ativa. O fluxo médio foi de cerca de 350 partículas / s / cm 2 para 246 minutos. A susceptibilidade individual de cada conversor aos efeitos de evento único é avaliada, bem como a seção transversal do sistema inteiro. Os resultados mostram que a técnica proposta é eficaz para mitigar erros originados nos conversores, uma vez que 100% dos erros foram corrigidos pela técnica de redundância de diversidade. Os resultados também mostram que a unidade de processamento do sistema é suscetível a travamentos que podem ser mitigados usando técnicas de watchdog.

In this article, a commercial programmable system-on-chip (PSoC 5, from Cypress Semiconductor) is tested under heavy-ion irradiation with a focus on the analog-to-digital interface blocks of the system. For this purpose, a data acquisition system (DAS) was programmed into the device under test and protected with a design diversity redundancy technique. This technique implements different levels of diversity (architectural and temporal) by using two different architectures of converters (a ΣA converter and two successive approximation register (SAR) converters) operating with distinct sampling rates. The experiment was performed in a vacuum chamber, using a 16 O ion beam with 36-MeV energy and sufficient penetration into the silicon to produce an effective linear energy transfer (LET) of 5.5 MeV/mg/cm 2 at the active region. The average flux was approximately 350 particles/s/cm 2 for 246 min. The individual susceptibility of each converter to single-event effects is evaluated, as well as the whole system cross section. Results show that the proposed technique is effective to mitigate errors originating at the converters since 100% of such errors were corrected by using the diversity redundancy technique. Results also show that the processing unit of the system is susceptible to hangs that can be mitigated using watchdog techniques.