Virtex-5系列SRAM型FPGA单粒子效应重离子辐照试验技术研究

针对SRAM型FPGA在空间辐射环境下易发生单粒子效应,影响星载设备正常工作甚至导致功能中断的问题,开展了SRAM型FPGA单粒子效应地面辐照试验方法研究,提出了配置寄存器和BRAM的单粒子翻转效应测试方法,并以Xilinx公司工业级Virtex-5系列SRAM型FPGA为测试对象,设计了单粒子效应测试系统,开展了重离子辐照试验,获取了配置寄存器、BRAM以及典型用户电路三模冗余前与三模冗余后的单粒子翻转效应试验数据和器件单粒子闩锁试验数据,最后利用在轨预示分析软件针对高轨环境进行了在轨翻转率分析计算,可为该器件的空间应用辐射敏感性分析提供基础数据与加固设计指导。     

SRAM型FPGA单粒子辐照试验系统技术研究

单粒子辐射效应严重制约FPGA的空间应用,为提高FPGA在辐射环境中的可靠性,深入研究抗辐射加固FPGA单粒子效应评估方法,设计优化单粒子效应评估方案,开发相应的评估系统,提出基于SRAM时序修正的码流存储比较技术和基于SelectMAP端口配置回读技术。借助国内高能量大注量率的辐照试验环境,完成FPGA单粒子翻转（SEU）、单粒子闩锁（SEL）和单粒子功能中断（SEFI）等单粒子效应的检测,试验结果表明,该方法可以科学有效地对SRAM型FPGA抗单粒子辐射性能进行评估。     

反熔丝FPGA在多路数据采集存储系统中的应用

针对在空间环境半导体易发生单粒子翻转效应,分析了反熔丝FPGA在空间环境的优势,采用Actel公司的反熔丝FPGA作为多路数据采集存储系统的主控芯片,着重阐述了反熔丝FPGA在与传统FPGA在时序电路设计和时钟控制方面的不同,介绍了存储单元的电路组成及其启动、擦除接口设计,并介绍了高速数据传输接口的改进设计。     

面向VLSI的门级单粒子效应评估技术

由于空间辐射环境充满了各类射线和高能粒子，非常容易诱发集成电路发生单粒子效应，因此有必要开发对应的评估技术，分析单粒子效应对超大规模集成电路（VLSI）的影响。以ISCAS89测试基准电路为主要研究对象，提出了一种适用于VLSI的单粒子效应评估技术，可以通过脚本自动生成仿真和测试文件，实现任意节点的故障注入，并可以在任何一种支持硬件描述语言的EDA仿真工具上进行评估。分别对使用三模冗余技术、自刷新寄存器技术加固后的电路和原始电路进行了对比评估。评估结果符合逻辑，验证了门级单粒子效应评估测试技术的有效性。通过提出的评估技术，可以快速评估电路的抗辐射能力，提高查找设计缺陷、对电路进行针对性加固的效率，对于提高集成电路的安全性和稳定性有着重要的应用价值。     

一款抗单粒子效应的32位微处理的设计

随着半导体生产工艺的不断进步,以单粒子效应为主的软错误已经成为影响集成电路可靠性的主要因素之一。在当前生产工艺下,不但应用在航空航天,高能物理等环境下的集成电路需要针对性的保护设计,一般条件下应用的民用设计也需要考虑这方面的影响。本文通过一系列手段对一款32位嵌入式微处理器进行了加固,使其具备了抗单粒子效应的能力。通过模拟验证,与未加固的处理器对比,处理器加固后的错误率有了极大的下降,从而证明了加固方法的有效性。     

航天用SRAM型FPGA定时刷新控制电路应用研究

为解决SRAM型FPGA在空间环境应用中单粒子翻转的问题,提出一种基于我国自主研制的定时刷新芯片（BSV2）的硬件设计方法。介绍了定时刷新器件BSV2及其基本刷新原理,同时以XC2V3000为例设计了刷新器件的典型应用电路,并对刷新的时序及有效性进行了测试验证。测试结果表明,定时刷新器件可以有效修复SRAM型FPGA的单粒子翻转及单粒子翻转造成的功能中断,提高了产品的可靠性。     

超大规模集成电路内部单粒子翻转效应仿真

针对超大规模集成电路特征尺寸的逐渐减小,对空间辐射环境越加敏感,从而引发了单粒子翻转效应,造成程序运行出现错误的问题,研究超大规模集成电路内部单粒子翻转效应,并提出抗辐射加固策略.研究以仿真的形式进行,首先对单粒子翻转效应物理机制进行了分析,为后续研究提供指导方向,然后选择被测器件,搭建效应测试平台,设置测试条件以及阐述单粒子翻转效应仿真测试方法.结果表明:脉冲激光的能量越大,单粒子翻转概率越高;只有激光光束照射到超大规模集成电路芯片有源区时,才可获得最低和最大的翻转截面;激光脉冲注量对单粒子翻转截面测试有影响;存储数据和测试模式对单粒子翻转效应测试都无影响.     

SRAM型FPGA SEU缓解与验证技术分析

SRAM型FPGA产品在空间应用中易受单粒子翻转(SEU)影响而产生系统失效。分析了FPGA器件SEU的故障模式,并结合工程实践对三模冗余(TMR)技术、纠错编码(EDAC)技术、配置刷新技术三类FPGA单粒子效应缓解措施和基于故障注入的验证手段进行了研究和比较分析,阐述了不同技术的适用范围和优缺点,给从事空间应用系统的设计和测试人员提供参考。     

基于XC7V690T的在轨抗单粒子翻转系统设计

针对核心工业级SRAM型FPGA芯片XC7V690T抗辐照能力较弱、在轨运行期间存在较高单粒子翻转风险的问题,为了提高XC7V690T在轨抗单粒子翻转的能力及配置文件注数修改的灵活性,设计了一种基于XC7V690T的在轨抗单粒子翻转系统架构。其硬件架构主要由XC7V690T SRAM型FPGA芯片、AX500反熔丝型FPGA芯片以及多片FLASH组成;软件架构主要包括AX500反熔丝型FPGA对XC7V690T进行配置管理及监控管理,对XC7V690T进行在轨重构管理,XC7V690T通过调用内部SEM IP核实现对配置RAM资源的自主监控和维护。在轨实验结果表明,采用工业级SRAM型FPGA芯片XC7V690T的某航天器通信机在轨测试过程中成功进行了SEM纠错,通信机在轨工作正常,通信链路稳定,满足使用要求,表明该系统架构可以有效提升XC7V690T抗单粒子翻转能力,可以为其他SRAM型FPGA抗单粒子翻转设计提供借鉴与参考。     

深亚微米CMOS SRAM SEE特性及加固技术研究

在空间环境甚至在地面环境中,受高能粒子等多种因素的的影响,深亚微米COMS SRAM很容易发生单粒子事件(single event effects,SEE),使得COMSSRAM中的存储数据发生翻转甚至直接将器件烧毁.对深亚微米CMOS SRAMSEE特性与器件基本存储结构、数据读写速度、集成度、供电偏压等的关系进行了研究,同时从器件级和系统级两个层面时CMOSSRAM抗SEE加固方法进行了研究,最后给出了一种基于高可靠性反熔丝型FPGA硬件实现的系统级抗SEU设计,该系统可以纠正单个字(32bit)及其校验位(7bit)数据的一位错,检测两位错,该设计具有强实时、高可靠性的特点,已通过了各类空间环境试验.