ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 11
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.11.13
УДК 621.382.049.77
Влияние мощных электромагнитных импульсов на работу типовых интегральных микросхем
В. А. Вдовин 1, А. А. Гераськин 2, П. А. Горбоконенко 2, С. А. Сапецкий 1, В. А. Черепенин 1
1 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 125009, Москва, ул. Моховая, 11, корп. 7
2 РТУ МИРЭА, 119454, Москва, проспект Вернадского, 78
Статья поступила в редакцию 20 ноября 2020 г.
Аннотация. Рассматриваются эффекты, возникающие в интегральной микросхеме (ИМС) микроконтроллера (МК), выполняющей тестовые логические операции, под действием мощных электрических импульсов. В качестве типового микроконтроллера выбрана ИМС МК STM8S003. Воздействие проводилось электрическими импульсами с напряженностью электрического поля до 20 кВ/см и длительностью 6 нс. Показано, что импульсные воздействия могут приводить к логическим сбоям при выполнении ИМС МК логических операций, эффективность влияния зависит не только от параметров электромагнитного импульса, но и от конкретной выполняемой операции, в течение которой он произошел. Частота следования электромагнитных импульсов до 1 кГц не оказывает заметного влияния на тип сбоев ИМС МК. Напряжение питания ИМС МК влияет на ее устойчивость, для создания сбоя требуется увеличение амплитуды электромагнитного импульса при увеличении напряжения питания. Пассивные компоненты печатной платы в большей, чем ИМС МК, степени подвержены влиянию электромагнитных воздействий.
Ключевые слова: воздействие мощными электромагнитными импульсами, наносекундные импульсы, интегральная микросхема, микроконтроллер, обратимые отказы.
Abstract. The effects arising in an integrated microchip (IC) of a microcontroller (MC) performing test logic operations under the action of powerful electrical impulses are investigated. The IC MC STM8S003 was chosen as a typical microcontroller. The exposure was carried out by electric pulses with an electric field strength of up to 20 kV/cm and a duration of 6 ns. It is shown that impulse influences can lead to logical failures when performing IC MC logical operations, the effectiveness of the influence depends not only on the parameters of the electromagnetic pulse, but also on the specific operation performed during which it occurred. The repetition rate of electromagnetic pulses up to 1 kHz does not significantly affect the type of failures of the IC MC. The supply voltage of the IC MC affects its stability; to create a failure, an increase in the amplitude of the electromagnetic pulse is required with an increase in the supply voltage. Passive components of a printed circuit board are more susceptible to electromagnetic influences than IC MC.
Keywords: exposure to powerful electromagnetic pulses, nanosecond pulses, microchips, microcontroller, reversible failures.
Литература
1. Ключник А.В., Пирогов Ю.А., Солодов А.В. Исследование стойкости интегральных микросхем в электромагнитных полях импульсного радиоизлучения. // РиЭ. 2011. Т.56. №3. С.375-378.
2. Ключник А.В., Пирогов Ю.А., Солодов А.В. Обратимые отказы интегральных микросхем в полях радиоизлучения. // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2013. №1. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jan13/18/text.pdf
3. Грибский М.П., Григорьев Е.В., Старостенко В.В. и др. Воздействие импульсных электромагнитных полей на современные микро-контроллеры. // Прикладная радиоэлектроника. 2006. Т.5. №2. С.294–297.
4. Hong J. I., Hwang S. M., Huh C. S. Susceptibility of Microcontroller Devices due to coupling effects under narrow-band high power electromagnetic waves by magnetron. // J. of Electromagn. Waves and Appl. 2008. Vol.22. P.2451–2462.
5. Camp M., Garbe H. Influence of Operation and Program-States on the Breakdown Effects of Electronics by Impact of EMP and UWB. [Электронный ресурс]. URL: homepage.alice.de/camp/publikation18.pdf.
6. Moro N., Dehbaoui A., Heydemann K., Robisson B., Encrenaz E. Electromagnetic fault injection: towards a fault model on a 32-bit microcontroller // https://arxiv.org/pdf/1402.6421.pdf, Feb 26, 2014.
Для цитирования:
Вдовин В.А., Гераськин А.А., Горбоконенко П.А., Сапецкий С.А., Черепенин В.А. Влияние мощных электромагнитных импульсов на работу типовых интегральных микросхем. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.11.13