SRAM型FPGA单粒子翻转模拟系统研究

SRAM型FPGA在空间辐照环境下,容易受到单粒子效应的影响,导致FPGA存储单元发生位翻转,翻转达到一定程度会导致功能错误。为了评估FPGA对单粒子效应的敏感程度和提高FPGA抗单粒子的可靠性,对实现故障注入的关键技术进行了研究,对现有技术进行分析,设计了单粒子翻转效应敏感位测试系统,利用SRAM型FPGA部分重配置特性,采用修改FPGA配置区数据位来模拟故障的方法,加速了系统的失效过程,实现对单粒子翻转敏感位的检测和统计,并通过实验进行验证,结果表明:设计合理可行,实现方式灵活,成本低,为SRAM型FPGA抗单粒子容错设计提供了有利支持。     

空间辐射效应对SRAM型FPGA的影响

以Xilinx的FPGA为例，结合相关试验数据，分析了空间总剂量效应、单粒子翻转、单粒子闩锁、单粒子功能中断、单粒子烧毁、单粒子瞬态脉冲和位移损伤等辐射效应对SRAMFPGA器件的漏极电流、阚值电压、逻辑功能等影响。分析了辐射效应的机理以及FPGA的失效模式。文章可以为SRAM型FPGA在航天领域中的应用提供参考。     

SRAM型FPGA单粒子翻转故障定位注入研究

针对SRAM型FPGA用户设计电路可靠性评测问题,提出了一种基于FPGA配置资源位置的模拟FPGA单粒子翻转故障的定位注入方法。分别从SRAM型FPGA中的配置逻辑资源与用户逻辑资源两个方面对此方法进行了详细介绍,并且通过对LUT与BRAM两种资源的故障注入试验说明了此方法的有效性。对故障注入方法、故障注入系统、故障注入试验进行了介绍,说明了故障定位注入方法能够对用户设计电路中用到的关键资源进行测试,资源覆盖率高、耗时短,为针对大量配置逻辑资源进行故障定位注入,实施反复测试提供了时效前提,具有很强的实用性。     

单粒子效应加固及仿真验证技术研究

作为星载设备信号处理核心器件,SRAM FPGA的单粒子效应加固及加固方法验证始终备受关注。文中研究了三模冗余和动态刷新两种加固方法,并设计了故障仿真验证方法,试验应用故障注入技术,采用比对方法,成功对加固方法进行了验证。试验结果显示,文中设计的加固方法可提高抗单粒子性能。     

基于定向故障注入的SRAM型FPGA单粒子翻转效应评估方法

介绍了一种基于定向故障注入的SRAM型FPGA单粒子翻转效应评估方法。借助XDL工具,该方法解析了Virtex-4 SX55型FPGA的帧地址与物理资源之间的对应关系;将电路网表中的资源按模块分组,利用部分重构技术分别对电路整体及各分组相关的配置帧进行随机故障注入,以评估电路整体及其子模块的抗单粒子翻转能力;按模块分组对电路分别进行部分三模冗余(TMR)加固和故障注入实验,以比较不同加固方案的效果。实验结果表明:电路的抗单粒子翻转能力与其功能和占用的资源有关;在FPGA资源不足以支持完全TMR的情况下,该方法可以帮助设计者找到关键模块并进行有效的电路加固。     

SOI CMOS SRAM单元单粒子翻转效应的模拟

为简单快速模拟静态随机存储器(SRAM)的单粒子效应,在二维器件数值模拟的基础上,以经典的双指数模型为原型,通过数值拟合得到了单粒子效应瞬态电流脉冲的表达式,考虑晶体管偏压对瞬态电流的影响,得到修正的瞬态电流表达式,将其带入电路模拟软件HSPICE中进行SRAM存储单元单粒子翻转效应的电路模拟,通过与实际单粒子实验结果的对比,验证了这种模拟方法的实用性。     

一种静态随机存储器型现场可编程门阵列的单粒子软错误率的软件分析方法

静态随机存取存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)在当前空间电子设备中取得了广泛的应用,尽管它对空间辐射引起的单粒子翻转效应极其敏感。在FPGA的配置存储器中发生的单粒子翻转造成的失效机理不同于传统的存储器中的单粒子翻转。因此,如何评价这些单粒子翻转对系统造成的影响就成了一个值得研究的问题。传统的方法主要分为辐照实验和故障注入两种技术途径。本文中提出了一种新的方法,可以用来分析单粒子翻转对构建在FPGA上的系统造成的影响。这种方法基于对FPGA底层结构以及单粒子翻转带来的失效机理的深入理解,从布局布线之后的网表文件出发,寻找所有可能破坏电路结构的关键逻辑节点和路径。然后通过查询可配置资源与相应的配置数据之间关系来确定所有敏感的配置位。我们用加速器辐照实验和传统的故障注入方法验证了这种新方法的有效性。     

面向航空环境的多时钟单粒子翻转故障注入方法

随着新型电子器件越来越多地被机载航电设备所采用,单粒子翻转(Single Event Upset, SEU)故障已经成为影响航空飞行安全的重大隐患。首先,针对由于单粒子翻转故障的随机性,该文对不同时刻发生的单粒子翻转故障引入了多时钟控制,构建了SEU故障注入测试系统。然后模拟真实情况下单粒子效应引发的多时间点故障,研究了单粒子效应对基于FPGA构成的时序电路的影响,并在线统计了被测模块的失效数据和失效率。实验结果表明,对于基于FPGA构建容错电路,采用多时钟沿三模冗余(Triple Modular Redundancy, TMR) 加固技术可比传统TMR技术提高约1.86倍的抗SEU性能;该多时钟SEU故障注入测试系统可以快速、准确、低成本地实现单粒子翻转故障测试,从而验证了SEU加固技术的有效性。     

面向ARINC429总线的抗辐照翻转故障测试系统

大气中的辐射效应是伴随着微电子技术进步而衍生出的新危害,是航空工业部门之前从未遇见的新的技术难题。以SRAM型FPGA所构成的ARINC429航空数据总线作为研究对象,研究其抗翻转故障效果。基于SRAM型器件搭建航空数据总线抗辐照翻转故障测试系统,评价航空器件对辐照效应防护能力。测试实验结果表明,系统能够正确响应不同类型的故障注入并经过表决器输出计算结果,实现对翻转故障加固的有效性的直观评测。     

基于SRAM型FPGA单粒子效应的故障传播模型

SRAM型FPGA在辐射环境中易受到单粒子翻转的影响,造成电路功能失效.本文基于图论和元胞自动机模型,提出了一种针对SRAM型FPGA单粒子效应的电路故障传播模型.本文将单粒子翻转分为单位翻转和多位翻转来研究,因为多位翻转模型还涉及到了冲突处理的问题.本文主要改进了耦合度的计算方式,通过计算FPGA布局布线中的相关配置位,从而使得仿真的电路故障传播模型更接近于实际电路码点翻转的结果,与以往只计算LUT相关配置位的方法比较,平均优化程度为19.89%.最后阐述了本模型在故障防御方面的一些应用,如找出最易导致故障扩散的元胞.     

TMR+Scrubbing SRAM加固型FPGA辐照实验研究

针对卫星平台和载荷对大规模集成电路的依赖性越来越强,尤其是SRAM型FPGA。作为信号处理核心器件,FPGA的单粒子效应备受关注。文中研究了三模冗余和动态刷新两种加固方法,并进行重粒子试验验证,采用不同能量的粒子以对照实验的方式验证了加固方法的有效性,试验结果显示,文中设计的加固方法可以提高抗单粒子性能2倍以上。     

反熔丝型FPGA单粒子效应及加固技术研究

在当今复杂电磁环境和强干扰的条件下,航空和航天装备的信号处理器件的逻辑可能产生意外翻转而产生功能失效,甚至导致系统工作状态异常,因此器件的可靠性至关重要.反熔丝型FPGA（现场可编程门阵列）因其低功耗、高可靠性、高保密性等特点,广泛应用于航空航天的电子系统中.文章在介绍反熔丝型FPGA的基本结构的基础上,对反熔丝型FPGA单粒子效应（SEE）进行了详细分析,提出了相应的SEE加固设计措施及实现方法.通过重离子地面加速试验对加固设计方法进行验证,试验结果及分析表明,加固设计方法可以有效提高商用现货（COTS）反熔丝型FPGA的可靠性,可以为同类型的电子系统设计提供有价值的参考.     

Experimental study on the single event effects in pulse width modulators by laser testing

This paper presents single event effect (SEE) characteristics of UC1845AJ pulse width modulators (PWMs) by laser testing. In combination with analysis to map PWM circuitry in the microchip dies, the typical SEE response waveforms for laser pulses located in different circuit blocks of UC1845AJ are obtained and the SEE mechanisms are analyzed. The laser SEE test results show that there are some differences in the SEE mechanisms of different circuit blocks, and phase shifts or changes in the duty cycles of few output pulses are the main SEE behaviors for UC1845AJ. In addition, a new SEE behavior which manifests as changes in the duty cycles of many output pulses is revealed. This means that an SEE hardened design should be considered.     

Overview on telecommunications regulation framework in south-eastern Europe

Over the last few years all South-Eastern European (SEE) countries have started an effort that involves complete transition of telecom regulations, in order to comply with European Union rules. Towards this direction, the majority of the SEE governments have proceeded in the establishment of independent Regulative Authorities. In addition, a set of Telecommunications Acts was entered into force in all SEE countries, while the mobile market is fully liberalised. This paper presents an overview of the regulation and institutional telecommunications framework in the SEE region.     

复杂数字电路中的单粒子效应建模综述

单粒子效应产生的软错误是影响航天电子系统可靠性的主要因素之一。对其进行建模是研究单粒子效应机理和电路加固技术的有效方法。介绍了深亚微米及以下工艺中影响模型准确性的几种效应机制,包括脉冲展宽机制、电荷共享机制和重汇聚机制等。重点分析了单粒子瞬态、单粒子翻转的产生模型和单粒子瞬态的传播模型。阐述了基于重离子和脉冲激光的模型验证方法。最后,分析了单粒子效应随特征尺寸的变化趋势,并提出了未来单粒子效应建模技术的发展方向。     

基于锎源的N沟道VDMOS器件单粒子效应研究

分析了N沟道VDMOS器件的单粒子辐射损伤机理和损伤模式,讨论了VDMOS器件的单粒子辐射加固措施。使用锎源,对采取了加固措施的一款200 V高压N沟道VDMOS器件进行单粒子效应试验研究。对比分析了不同漏源电压和栅源电压以及不同真空度对VDMOS单粒子效应的影响,可为VDMOS器件的单粒子辐射加固、试验验证及应用提供参考。     

嵌入式存储器空间单粒子效应失效率评估方法研究

嵌入式存储器易受到空间单粒子效应(Single-Event Effects, SEE)的影响。该文提出了一种单粒子效应失效率评估的方法,包含了单粒子翻转和单粒子瞬态扰动等效应对嵌入式存储器不同电路单元的具体影响,可对不同存储形式、不同容错方法的嵌入式存储器单粒子效应失效率进行定量评估。该文提出的评估方法在中国科学院电子学研究所自主研制的嵌入式可编程存储器试验芯片上得到了验证,地面单粒子模拟实验表明该文方法预测的失效率评估结果与实验测试结果的平均偏差约为10.5%。     

星载环境下可重构技术分析

针对卫星在宇宙空间运行易受到各种高能粒子辐射,产生的单粒子现象会影响卫星正常工作的问题,通过总结传统的抗单粒子效应的几种方法、可重构技术的发展与分类,分析研究了星载可重构系统设计方法用来抗空间环境辐射效应。通过硬件平台的动态重构可以有效克服单粒子效应的影响,实现远程故障维修、硬件可升级、可靠性提高和成本降低等目标。     

后端互联工艺对集成电路单粒子翻转效应的影响

基于Geant4工具,进行高能粒子入射的蒙特卡洛仿真。介绍了仿真理论,以总反应截面和淀积电荷为参量,研究了后端金属互联工艺对于半导体集成电路单粒子翻转效应(SEE)的影响。实验结果表明,钨层的存在会对半导体器件的单粒子翻转效应有一定的增强作用。金属铝/铜与入射粒子的核反应作用效果相近,相交点对应的电荷淀积量在0.66 pC。大于此电荷量,铝的总反应截面大于铜;而小于此电荷量,则是铜的总反应截面大于铝。欧姆接触的阻挡层钛和氮化钛对单粒子翻转效应略有减缓作用。     

Resource allocation on secrecy energy efficiency for C-RAN with artificial noise

In this paper, we devote to maximize the secrecy energy efficiency (SEE) for a cloud radio access network where exists an eavesdropper wiretapping information from remote radio head. We first establish the system model and then formulate the power optimization problem to maximize the SEE of the system subject to the fronthaul capacity and transmit power constraints. To address this nonconvex problem, we first convert the fractional objective function into a subtractive form and two algorithms are then proposed to solve it. Simulation results indicate that the proposed the iterative optimization algorithms can obtain higher SEE and present the merit of AN in enhancing the system performance when compared with conventional methods.