SRAM型FPGA单粒子效应敏感性分析研究

首先描述了典型的SRAM型FPGA内部通常包含的三类基本资源,并分析三类基本资源内部不同功能的电路单元对单粒子效应的敏感性,归纳出Virtex系列SRAM型FPGA中6种类型的单粒子效应敏感结构单元,并得出这些敏感结构单元的单粒子翻转、单粒子功能中断、单粒子闩锁的检测方式,最后对SRAM型FPGA单粒子效应评估研究的发展趋势做了简要总结。     

脉宽调制器单粒子效应测试系统研制

本文在分析脉宽调制器(PWM)单粒子效应主要失效模式的基础上,研制了具备频率异常测试、占空比异常测试和参考电压测试功能的PWM单粒子效应测试系统,并在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器上开展了单粒子效应试验。试验结果表明:单粒子效应会导致PWM输出信号的脉冲丢失和占空比改变,脉冲丢失时间和占空比改变的持续时间有时可达数ms;UC1825AJ型PWM的单粒子效应LET阈值约为4.4MeV·cm2·mg-1,UC1845AJ型PWM的抗单粒子性能受工艺批次的影响较大。     

一种Flash型FPGA单粒子效应测试方法设计及验证

随着现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)在现代航天领域的广泛应用,FPGA的单粒子效应(Single Event Effect,SEE)逐渐成为人们的研究热点。选择Microsemi公司Flash型FPGA分布范围最广的可编程逻辑资源VersaTile和对单粒子效应敏感的嵌入式RAM单元RAM Block作为单粒子效应的主要测试对象,提出了两种不同的单粒子效应测试方法;然后,使用仿真工具ModelSim对提出的两种电路的可行性进行了仿真验证;最后,基于自主研发的实验测试平台,在兰州重离子加速器(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,HIRFL)上使用86Kr束进行了束流辐照实验,实验结果表明,测试方法合理有效。     

SRAM型FPGA的静态与动态单粒子效应试验

静态随机存取存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)在空间电子设备中取得了广泛的应用。但它内部大量的SRAM型存储单元极易发生单粒子软错误,特别是配置存储器中的单粒子翻转,有可能改变整个电路的结构,给其空间应用带来严重的可靠性问题。因此,有必要开展地面加速器模拟试验以评价该器件对单粒子效应的敏感程度,且对系统在空间中的失效行为进行预估。本工作在重离子加速器上对Xilinx的Virtex系列FPGA进行了单粒子效应试验,取得了典型器件的静态单粒子翻转截面曲线。针对3个测试电路进行的动态测试表明,系统的失效率远低于内部存储器发生翻转的频率,也不能简单地用资源占用率来进行估计。     

FPGA单粒子效应的脉冲激光试验方法研究

通过测试基于静态随机存储器（SRAM）的现场可编程门阵列（FPGA）芯片的单粒子效应,研究脉冲激光的试验方法,评估脉冲激光试验单粒子效应的有效性。研究表明,激光光斑聚焦深度和激光注量是影响脉冲激光单粒子效应试验的重要因素。试验发现,脉冲激光在较高能量时,单个激光脉冲会触发多个配置存储位发生单粒子翻转,造成芯片饱和翻转截面偏大。激光辐照芯片时,观察到芯片的内核工作电流以1～2 mA的幅度逐渐增加,在此期间器件工作正常。试验获得了Virtex 2 FPGA芯片的静态单粒子翻转截面和翻转阈值。通过对比激光与重离子的试验结果发现,二者在测试器件单粒子翻转方面基本一致,脉冲激光可有效研究芯片的单粒子效应特性。     

新型单粒子效应测试系统控制程序的设计

半导体集成电路(Integrated Circuit,IC)在辐射环境中,容易受到单粒子效应(Single Event Effect,SEE)的影响而发生故障。为了测试集成电路的SEE敏感性,验证SEE加固方法,设计了一套SEE测试系统。介绍了SEE测试系统控制程序的设计。控制程序采用引导式的流程管理,可扩展的待测器件信息管理,多线程数据采集和处理方法以及可靠的数据接收方法等多种设计方法,提高了程序的运行效率,保证了实验数据接收和处理的实时性和可靠性,良好地支撑了SEE测试系统的运行工作。     

加速器单粒子效应样品温度测控系统研制及实验应用

为满足国内半导体器件单粒子效应(SEE)截面与温度的关系研究需求,本文基于北京HI-13串列加速器SEE辐照实验终端研制了样品温度测控系统,实现了90~450K范围内实验样品温度的测量和控制,系统控制精度好于±1K。为验证系统可靠性,使用该系统研究了SRAM单粒子翻转(SEU)截面随温度的变化关系,在215~353 K范围内测量了SRAM翻转截面随温度的变化曲线。结果表明,SRAM SEU截面随温度的升高而增加,与理论预期结果一致。     

电流型PWM控制器单粒子脉冲瞬态效应的试验研究

采用理论分析与试验对比的方式,对脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制器的脉冲激光模拟单粒子瞬态(Single Event Transient,SET)效应的等效性进行研究。对常用的电流型PWM控制器采用脉冲激光进行照射试验,通过改变激光能量得到不同条件下的试验数据,并与重离子照射条件下的试验数据进行对比。试验结果证实线状能量传递值LET(Linear Energy Transfer)=65.2 Me V·cm2·mg-1的868.3 Me V Xe重离子与波长1.064μm、能量为1–2 n J的脉冲激光产生的SET效应最为接近。试验结果为采用脉冲激光对同类型PWM控制器进行模拟SET试验提供了数据支撑。     

新型微电子技术单粒子效应研究面临的挑战

随着器件特征尺寸的减小,单粒子效应成为影响CMOS工艺空间辐射环境可靠性的关键因素之一。未来航天和国防系统需要了解新型工艺中的单粒子效应损伤机制及其加固方法,包括在器件几何尺寸和材料方面的改变如何影响到能量淀积、电荷收集、电路翻转、参数退化等等。分析了随着特征尺寸减小,在高速数字电路中的单粒子瞬态效应SET的影响,包括由质子的直接电离作用产生的单粒子效应、粒子能量效应和非直接电离对单粒子效应的影响。对可能替代体硅器件的新型器件单粒子能力进行了简要介绍。     

锁相环单粒子瞬态效应的电路级仿真

对130 nm工艺电荷泵锁相环(PLL,phase-locked loop)开展单粒子瞬态(SET,single event transient)的电路级仿真,根据输出端信号的最大错误脉冲和最大相移寻找SET最敏感节点.结果表明,电荷泵输出级的晶体管对SET最敏感.介绍了一种加固方法,电荷泵PLL加固前后的抗SET性能...     

基于辐射回避的SRAM型FPGA瞬时电离辐射效应测试系统研制

介绍了瞬时电离辐射环境中SRAM型FPGA配置存储器测试的实现方法,提出了将辐射回避应用于FPGA瞬时电离辐射效应测试的方法,设计了可辐射回避的在线测试系统,并对FPGA进行了瞬时电离辐射效应实验。结果表明,测试系统能准确、可靠地进行配置存储器测试,辐射回避是实现大规模集成电路瞬时电离辐射效应测试的有效手段。     

抗辐射加固高压NMOS器件的单粒子烧毁效应研究

由于施加高栅极工作电压,使得器件容易发生重离子辐射损伤效应,其中,重大的重离子辐射损伤效应是单粒子栅穿效应（SEGR）和单粒子烧毁效应（SEB）。本文介绍了抗辐射加固高压SOI NMOS器件的单粒子烧毁效应。基于抗辐射加固版图和p型离子注入工艺,对高压器件进行抗辐射加固,提高器件的抗单粒子烧毁能力,并根据电路中器件的电特性规范,设计和选择关键器件参数。通过仿真和实验结果研究了单粒子烧毁效应。实验结果表明,抗辐射加固器件在单粒子辐照情况下,实现了24 V的高漏极工作电压,线性能量传输（LET）阈值为835 MeV·cm2/mg。     

基于FPGA的PID光束稳定控制系统研制

为了抑制外来振动对上海光源红外光束稳定性的影响,提高实验站的供光品质,研制了一种以数字PID控制器为核心的反馈控制系统。同时分析了数字PID控制算法,并应用FPGA技术,采用自顶向下的方法进行Verilog语言和原理图相结合的方式编程,设计了增量式数字PID控制器。测试结果表明:该反馈控制系统能有效地抑制红外光束的光斑位置抖动,最大工作带宽250 Hz。     

基于ARM的上海光源数字化束流位置探测器数据获取系统中FPGA设备驱动的设计

针对上海第三代同步辐射光源中束流位置测量的数据传输问题,设计了基于ARM处理器AT91RM9200的数据获取系统的硬件电路结构,并对Linux下的驱动开发进行了分析。通过内存映射机制实现了FPGA的设备驱动,并通过用户应用程序完成对FPGA设备的操作。     

基于FPGA芯片的伽马能谱数据采集系统的研制

叙述了一种基于单片FPGA芯片的伽马能谱数据采集系统.该系统与传统伽马能谱仪相比,一个显著的特点是,可以实现参考源的自动稳谱.着重介绍了APA600芯片的特点和该数据采集系统的工作原理.单芯片的设计可进一步简化电路,提高系统的可靠性.     

CSNS铁氧体大环双闭环测量控制系统开发

铁氧体大环的测量和筛选是CSNS铁氧体加载腔研制的一项重要工作。CSNS铁氧体大环双闭环测量控制系统通过对测试腔的射频功率和谐振状态的闭环控制,解决了CSNS铁氧体大环在开环测量时电压和电流波形畸变严重的问题,提高了测量数据的可靠性。控制系统通过SOPC片上系统实现了FPGA与上位机Java人机界面的通信,具有自动测量、数据采集处理和显示的功能,极大地提高了铁氧体测试的工作效率。     

基于FPGA和USB 2.0的双路线阵CCD数据采集系统设计

讨论了一种基于FPGA和USB2.0接口的双路线阵CCD(电荷耦合器件)数据采集系统的设计.分析了TCD1001P的驱动时序及其设计方法,简单介绍了USB控制器EZ-USB FX2(CY7C68013)的GPIF(通用可编程接口)工作模式,以及其固件程序、windows驱动程序的设计.     

基于FPGA的反应堆控制保护系统电磁兼容性设计

在基于现场可编程门阵列(FPGA)的反应堆控制保护系统设计中,针对各种电子设备的电磁干扰,通过在硬件设计中采用信号隔离、消噪、消激和阈值调节电路等抗干扰措施,并利用软件提高抗干扰能力,实现了电磁兼容性设计,为反应堆控制保护系统提供了较强的抗电磁干扰能力,确保了反应堆的安全、可靠和稳定运行。     

RBF网络高斯型传输函数的FPGA实现

本文在研究CORDIC算法的基础上,在FPGA上实现了RBF网络的Gauss型传输函数,分析了该实现方法在输入为[-7 0]时的误差,并得出实现该函数的CORDIC迭代所需资源仅和同样字长的乘法器相当.当把CORDIC算法实现的传输函数用于解决XOR问题的RBF网络时,该网络也表现出良好的性能.