星载高性能DSP加固设计方法研究

分析了高性能数字信号处理器程序存储区的位翻转、数据存储区的位翻转、外设控制寄存器的功能中断、中断控制寄存器的单粒子功能中断、程序Cache的位翻转、JATAG逻辑的功能中断等原因引起的失效模式,给出了软件设计中的几个有效的加固方法.这些方法应用于某卫星通信载荷设计中,试验证明,这些方法可以有效地对付由单粒子翻转和单粒子功能中断等辐射效应引起的DSP故障或者失效.     

小卫星载荷CAN总线翻转故障恢复方法

小卫星平台普遍采用控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)作为数据通信总线,空间环境中的单粒子翻转效应可能造成载荷设备的CAN总线控制器故障,若不及时处理可能影响总线上所有节点的正常通信。载荷主控计算机作为载荷分系统与卫星平台数据通信的枢纽,其总线通信稳定性关乎任务的成败,设备工作过程中能及时有效地自动恢复总线翻转故障非常重要。针对载荷CAN总线单次和长期两种总线故障模式,结合载荷主控计算机的工作特点,分别设计了载荷二级和三级CAN总线单粒子翻转故障的自动恢复方法,通过实验验证了方法的有效性,并在工程项目中得到成功应用。     

TCAD结合SPICE的单粒子效应仿真方法

为解决传统集成电路抗单粒子加固设计中存在的不足,利用TCAD及SPICE软件,探索出一种单粒子效应仿真与电路抗辐射加固设计相结合的方法。该方法通过TCAD软件的器件建模、仿真单粒子效应对器件的影响,得出器件在单粒子辐射条件下的3个关键参数。利用SPICE软件将此参数转化为模拟单粒子效应的扰动源,进而指导电路抗单粒子效应的加固设计工作。通过对一款SRAM的加固设计及辐射试验对比,证明了该方法的正确性和有效性,同时也为以后单粒子效应设计加固提供了依据。     

针对中子单粒子效应的计算机防护架构设计

大气中子能够诱发电子器件发生显著的单粒子效应,导致电子设备发生存储单元的状态变化,或使电子器件发生单粒子翻转等故障。文章针对航空电子设备特别是计算机系统提出中子单粒子效应(SEE)防护设计架构,并通过辐照实验进行验证,计算机防护架构设计能有效减缓单粒子效应对其带来的危害影响,确保航空电子系统的可靠性和安全性要求。     

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。     

改进型抗单粒子效应D触发器

在对抗单粒子效应技术研究的基础上,构造了一种改进型的抗单粒子翻转和单粒子瞬变的主从型边沿D触发器.该D触发器在不影响设计流程的情况下能使得整个芯片都具有抗单粒子效应,并有效改善了以往由于引入抗辐射设计而导致芯片面积大幅度提高的问题.     

微处理器故障注入工具与故障敏感度分析

总结了单粒子效应的各种表现形式,明确在集成电路抗单粒子加固时应着重考虑单粒子翻转和单粒子瞬变.通过分析、对比大量故障注入方法,设计了基于仿真的自动故障注入及分析系统,具有模型准确、运行速度快、自动化程度高等特点.采用此系统分析了一款32bit RISC微处理器对单粒子翻转和单粒子瞬变两种故障的敏感度.通过注入约2×105个故障,保证了实验的统计意义.试验分析指出,在设计加固微处理器时应该着重考虑存储单元、时钟信号和关键模块.     

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。     

抗单粒子翻转的双端口SRAM定时刷新机制研究

在空间辐射环境下,存储单元对单粒子翻转的敏感性日益增强。通过比较SRAM的单粒子翻转效应相关加固技术,在传统EDAC技术的基础上,增加少量硬件模块,有效利用双端口SRAM的端口资源,提出了一种新的周期可控定时刷新机制,实现了对存储单元数据的周期性纠错检错。对加固SRAM单元进行分析和仿真,结果表明,在保证存储单元数据被正常存取的前提下,定时刷新机制的引入很大程度地降低了单粒子翻转引起的错误累积效应,有效降低了SRAM出现软错误的概率。     

SRAM激光微束单粒子效应实验研究

结合器件版图,通过对2 k SRAM存储单元和外围电路进行单粒子效应激光微束辐照,获得SRAM器件的单粒子翻转敏感区域,测定了不同敏感区域单粒子翻转的激光能量阈值和等效LET阈值,并对SRAM器件的单粒子闭锁敏感度进行测试.结果表明,存储单元中截止N管漏区、截止P管漏区、对应门控管漏区是单粒子翻转的敏感区域;实验中没有测到该器件发生单粒子闭锁现象,表明采用外延工艺以及源漏接触、版图布局调整等设计对器件抗单粒子闭锁加固是十分有效的.