SRAM型FPGA抗单粒子翻转技术研究

随着CMOS电路的高速发展以及SRAM型FPGA在航天领域的不断应用,空间辐照的影响,特别是单粒子效应对FPGA的影响尤为显著.为了提高FPGA在空间环境的可靠性,介绍了几种抗单粒子翻转方法,并对其进行了比较分析,实现了SRAM型FPGA抗单粒子翻转的系统设计,采用定时刷新的方法抑制翻转位累加,同时通过故障注入的方式对系统进行了实验测试,结果表明系统设计方法有效可行,既不中断FPGA正常工作,又可以及时纠正翻转位,为SRAM型FPGA在航天领域中应用提供可靠性保障.     

民用飞机单粒子翻转问题研究

单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)效应是机载复杂电子硬件设计所必须考虑的重要问题,对SEU效应进行了描述,分析了复杂电子设备经常用到的芯片类型(专用集成电路器件、反熔丝FPGA、SRAM型FPGA、Flash型FPGA)及其优缺点,总结了三模冗余、纠错码、擦洗、系统监控这四种常见的SEU减缓技术,对于国内民机机载复杂电子硬件的设计具有参考意义。     

Flash型FPGA单粒子效应测试系统设计

通过分析Flash型FPGA芯片的基本结构和应用需求,设计了针对各个FPGA功能模块的试验方法,并实现了一套单粒子效应测试系统.对Actel ProASIC3系列Flash型FPGA进行单粒子翻转（SEU）、单粒子功能中断（SEFI）以及单粒子闩锁（SEL）等各类单粒子效应进行测试,并验证抗单粒子效应加固技术的有效性.测试系统包含硬件板卡设计、FPGA逻辑设计以及上位机软件设计等过程,并引入了自动测试技术优化测试流程.最终,测试系统能够满足单粒子效应试验的要求.     

单粒子翻转效应及加固技术的测试研究

针对高能粒子入射半导体材料引发的辐射效应,从实验平台的设计对地面辐射试验进行了研究。通过对单粒子翻转效应的分析,完成评估方式的制定。实验平台通过建立数据采集系统、数据分析系统,同时考察4种SRAM型的FPGA芯片在不同辐射源以及不同强度下对单粒子产生的影响。通过辐照试验,验证了试验方法、试验系统的有效性和可靠性,并掌握了试验数据的处理方法。实验结果表明,在高强度的辐照下,单粒子翻转效应显著增多,需要采取防护措施及时修正,对FPGA芯片的使用以及选型具有参考价值。     

基于FPGA的三模冗余UART电路设计

针对在星载复杂空间环境下UART(universal asynchronous receiver/transmitter)电路有可能发生单粒子翻转导致通信失效的问题,研究了基于反熔丝型FPGA的三模冗余UART电路设计方法.根据UART异步串行收发电路的功能特点,提出了采用反熔丝型的FPGA,将电路的核心功能嵌入到FP...     

基于交织编码的抗单粒子翻转加固技术研究

航空电子设备中静态随机存储器型芯片易受环境中高能粒子辐射发生单粒子翻转，造成关键存储数据遗失严重影响飞机安全，当前系统级加固技术存在纠错能力有限，实用性不强的问题。为增强纠错能力同时提高实用性，本文提出构造最优解循环移位交织器联合(21,16)汉明码的加固方法，纠正多种错误图样的连续4 bit及以下翻转，搭建利用单帧重构技术的故障注入平台来替代粒子辐照实验，无损高效的评估加固设计有效性。实验结果表明采用(21,16)汉明码结合最优循环交织器对抗单粒子相邻多位翻转的加固率平均提高了48.54%,增强了SRAM型存储单元抵御单粒子翻转的性能，保证机载电子系统的安全性。     

在轨单粒子翻转与太阳活动变化的相关性研究

单粒子翻转(SEU)是空间仪器受辐射环境影响而产生的最常见的故障之一,而太阳活动是影响空间仪器所在的空间辐射环境的重要因素,为了分析太阳活动对空间仪器单粒子翻转的影响,总结了第24太阳活动周期中,2010年3月～2015年4月,来自3个不同低轨道面上的48个在轨仪器的单粒子翻转情况与太阳活动变化的关系.通过统计分析单粒子翻转数量随时间的变化规律以及对单粒子翻转与太阳黑子数量变化的相关性分析,发现单粒子翻转与太阳活动呈负相关,在太阳活跃期,单粒子翻转数变化曲线在延迟一段时间后与太阳黑子数变化曲线有较强的相关性.这一发现对空间仪器单粒子翻转的预测有重要参考价值,通过对太阳活动变化的观测评估预测特定时段内仪器在空间环境中的可靠性,从而通过设计应对的抗辐射加固方案来规避空间辐射风险.     

电力设备中FPGA单粒子效应研究

FPGA在电力设备中大规模应用后,其长时间运行的可靠性一直受到单粒子效应的影响。宇宙射线中的高能粒子穿过大气层后,会在FPGA芯片中造成单粒子翻转、单粒子锁存等故障。针对以上现象,分析了单粒子效应的形成机理及影响因素,计算了常用FPGA芯片的单粒子翻转故障概率。以需要长时间稳定运行的电力设备为对象,提出了芯片防护、系统防护、逻辑备份、数据校验、硬件检测等缓解方法。结果表明,这些措施可以有效减少FPGA中因单粒子效应而产生的故障。     

基于故障注入的NOR Flash单粒子效应模拟方法研究

针对目前大容量NOR Flash存储器单粒子效应模拟缺乏具体操作方法的问题,本文提出NOR Flash单粒子翻转、单粒子功能中断、单粒子闭锁三种单粒子效应对应软件故障注入方法,设计适用于大容量器件的板级测试系统并进行功能验证,通过故障注入方法开展单粒子效应模拟实验。NOR Flash存储器单粒子效应测试系统包括FPGA控制逻辑、Flash检测板和上位机软件三部分。结果表明,单粒子翻转、单粒子闭锁和单粒子功能中断三种单粒子效应的软件故障注入方法均通过NOR Flash存储器单粒子效应测试系统得到验证。本文的研究可以为相关单粒子效应模拟提供参考,为分析存储器单粒子效应对电子系统的可靠性影响打下基础。     

控制处理系统抗辐射容错

文中针对解决辐射环境中的单粒子翻转威胁,着重探讨采用硬件冗余的容错设计方法,提高控制处理系统的可靠性.     

DC/DC单粒子效应的多通道高速测控系统实现

设计了一种多通道高速数据采集测控系统,用于监测DC/DC电源在单粒子试验中发生的单粒子效应。系统基于PXIe总线构建,采用程控仪器组网方式,数据总线传输速率最高达400 MB/s。对DC/DC器件在中科院近代物理研究所的加速器上进行了单粒子效应试验,并利用本测控系统进行单粒子效应检测,结果表明,系统可有效地检测DC/DC电源的单粒子效应。未来,系统可广泛应用于宇航用国产DC/DC电源的考核工作中,应用前景广阔。     

遥感相机中影响FPGA配置的因素分析

FPGA器件在空间遥感相机中应用越来越广泛,基于SRAM的FPGA必须配备PROM芯片,用以存放FPGA的编程数据,每次上电都需要重新加载配置,但受各种因素的影响,程序加载配置并不是每次都能成功.阐述了有关FPGA的配置过程,分析了影响配置的各个因素,并提出相应的设计优化措施.出现配置失败的电路,经设计优化后未曾出现配置失败.作为航天任务,遥感相机中绝不应出现FPGA配置失败的状态,为了提高上电配置的可靠性,提出了监测多个I/O信号电路方案,利用可靠性高的反熔丝FPGA来监测需要配置的FPGA,经数千次加载试验,FPGA配置成功率为100％,该方案对遥感相机更好地应用FPGA具有一定的参考价值.     

基于PCI的高速数字信号发生卡设计

本文以高速串行测试信号传输为例,介绍了基于PCI总线的高速数字信号发生卡的设计方法。信号发生卡的数据存储在PC机硬盘中,通过PCI总线将待发送数据写入在发生卡的存储设备SRAM中,在FPGA的逻辑控制下,并串变化或通过转换芯片后以串行的方式高速的输出为设备测试提供标准或非标高速测试数字信号。本文从硬件设计,FPGA设计以及驱动开发3个方面详细阐述了信号发生卡的设计方法。该信号卡已运用于工程实践中,为设备测试提供准确的异步串行以及高达百兆的非标串行数字测试信号。     

A Fundamental Study on Nonvolatile Ferroelectric FPGA

A new conception on non-volatile ferroelectric FPGA (NVFeFPGA) was proposed in this paper, which is based on FeRAM-Programming, instead of SRAM. Two different nonvolatile configuration storage cells are put forward, according to configuration the logic elements and the routing switches respectively. And three main elements of FPGA are also constructed and considered for nonvolatility.     

基于FPGA的多路高速数据采集系统

结合数据采集系统在航天遥感中的应用,介绍了一种基于FPGA的多路数据采集系统,给出了硬件原理框图,并对系统进行了分解,而后讨论了影响系统性能的因素。实际应用证明,采用该方法设计的系统能有效地完成多路同步高速数据采集任务。     

基于FPGA的高性能信号源模块设计

在深入分析直接数字合成（DDS）原理的基础上,提出了在FPGA上嵌入DDS技术实现高性能信号源模块的设计方案。该方案采用了一种基于FPGA的高速48位DDS相位累加器优化方法,利用高速SRAM和ROM相结合的方式大幅度提高信号源的波形存储深度。选用超高速低失真16位D/A转换芯片AD9726,设计了基于椭圆函数的低通滤波器并给出其仿真结果。测试表明,该信号源模块具有高速度、高分辨率和低失真等特性。     

基于SRAM型FPGA测试技术的研究

随着FPGA集成度和复杂性的增加,测试显得尤为重要.为了保证数字系统工作的稳定性,首先就要保证FPGA芯片的可靠性.从SRAM型FPGA的内部构造入手,对测试生成和测试故障模型关键技术进行了探讨和研究,解决了测试的故障覆盖率和测试速度之间的矛盾;并搭建了软硬件协同测试平台对测试理论进行了验证,该系统为FPGA芯片的稳定...     

基于A3988电机驱动芯片的电机控制电路设计

直流电机因具有结构原理简单、体积小、调速方便和低功耗等特点,因而在医疗器械、汽车制造行业和航空航天等领域中被广泛使用。介绍了基于A3988电机驱动芯片的电机控制电路的设计,给出了通过FPGA来设计和实现刹车功能和位置控制功能。A3988电机驱动芯片具有负载能力强、体积小的优点,但是芯片本身不能直接驱动电机实现刹车功能,本文给出了使用FPGA控制电路来控制A3988电机驱动芯片,实现刹车功能的方法。