高速A/D转换器单粒子效应实时评估系统和方法研究

提出了一种在线实时检测评估高速A/D转换器(ADC)的单粒子效应的测试方法。基于该方法搭建了部分模块可复用的单粒子效应测试评估系统。系统由时钟生成模块、待测ADC模块、D/A转换器(DAC)转换输出模块、FPGA控制模块与上位机模块构成。对待测ADC模块进行重构,可完成对不同ADC器件的测试评估,提升了模块可复用性和测试效率。该系统通过监测电源引脚的电流变化、ADC内部寄存器值翻转情况、经过高速DAC转换输出的模拟波形,可实时测试评估ADC器件的单粒子锁定(SEL)、单粒子翻转(SEU)、单粒子瞬态(SET)、单粒子功能中断(SEFI)等效应。基于该系统对自主研发的具有JESD204B接口的12位2.6 GS/s高速ADC进行了单粒子效应试验。试验分析表明,该系统能准确高效评估高速ADC器件的单粒子效应。     

基于FPGA与Raspberry Pi的SEU测试系统设计

为了检测在大气粒子辐照条件下,FPGA产生翻转效应的误码率,设计了一种基于FPGA与Raspberry Pi的单粒子翻转效应测试系统。该设计采用FPGA作为系统主控,接收GPS实时信息并根据GPS的秒脉冲进行工作;主控FPGA对被测FPGA进行数据下载与回读,并将比较结果发送到接口FPGA;首次采用Raspberry Pi作为上位机与接口FPGA进行通信,并将测试结果实时屏显同时保存到Micro SD卡,提高了存储的灵活性。通过青藏高原实测结果表明,该设计能实时显示测试结果,中子测试结果与中子探测仪保持一致,系统工作长时间保持稳定。现场获得了有效的测试数据,该系统满足设计要求。     

FPGA自主刷新技术研究

FPGA自主刷新技术是一种有效减缓FPGA单粒子翻转效应的措施,有利于提高FPGA空间应用时的可靠性。以Xilinx公司Virtex-7系列FPGA为例,研究基于内部配置访问接口(Internal Configuration Access Port,ICAP)对配置存储器的回读和刷新技术、基于帧纠错码(Frame Error Correction Code,FRAME_ECC)对配置存储器的检错和纠错技术等关键技术,使FPGA在空间应用时能够自主检测并纠正由于单粒子翻转造成的FPGA配置存储器位翻转错误,实现对每帧回读配置存储器数据中1比特位翻转错误的纠正及2比特位翻转错误的检测。     

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。     

一种单粒子效应加固输入接口电路的设计

提出一种新颖的单粒子效应加固输入接口电路,采用组合逻辑延迟后运算处理的方案。该电路基于华润上华600 V BCD 0.8 μm工艺进行电路设计和流片,并在中科院国家空间科学中心完成单粒子辐照测试。仿真测试结果表明,提出的输入接口电路可以有效免疫线性能量传递值(LET)在80 MeV·cm2/mg以下单粒子翻转(SEU)事件,特别是对多个节点同时发生单粒子翻转事件的情况,提出的电路抗单粒子翻转可靠性较高。     

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。     

超大规模FPGA的单粒子效应脉冲激光测试方法

建立了一种28 nm HPL硅工艺超大规模SRAM型FPGA的单粒子效应测试方法。采用静态测试与动态测试相结合的方式,通过ps级脉冲激光模拟辐照实验,对超大规模FPGA进行单粒子效应测试。对实验所用FPGA的各敏感单元(包括块随机读取存储器、可配置逻辑单元、可配置存储器)的单粒子闩锁效应和单粒子翻转极性进行了研究。实验结果证明了测试方法的有效性,揭示了多种单粒子闩锁效应的电流变化模式,得出了各单元的单粒子效应敏感性区别。针对块随机读取存储器、可配置逻辑单元中单粒子效应翻转极性的差异问题,从电路结构方面进行了机理分析。     

Virtex-Ⅱ系列FPGA的回读与部分重配置

介绍了基于SRAM的Virtex-Ⅱ系列FPGA试验样板的系统功能,实现了对XQ2V3000FPGA的回读与部分重配置,并给出了JTAG接口下的时序,最后分析了试验的结果。结果表明,FPGA回读可以有效地检测FPGA是否发生了单粒子翻转,而部分重配置可以有效地降低FPGA发生翻转的累积效应,并修复系统功能。     

纳米级CMOS集成电路的单粒子效应及其加固技术

空间应用的集成电路受到辐射效应的影响,会出现瞬态干扰、数据翻转、性能退化、功能失效甚至彻底毁坏等问题.随着器件特征尺寸进入到100nm以下（以下简称纳米级）,这些问题的多样性和复杂性进一步增加,单粒子效应成为集成电路在空间可靠性应用的主要问题,给集成电路的辐射效应评估和抗辐射加固带来了诸多挑战.本文以纳米级CMOS集成电路为研究对象,结合近年来国内外的主要技术进展,介绍研究团队在65nm集成电路单粒子效应和加固技术方面的研究成果,包括首次提出的单粒子时域测试和分析方法、单粒子多节点翻转加固方法和单粒子瞬态加固方法等.     

关于中子辐射的单粒子翻转效应测试与加固研究

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,制定评估方式,实验平台通过建立数据采集系统、数据分析系统,测试4种SRAM型的FPGA芯片在不同强度的中子辐照产生的影响,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。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芯片的使用及选型具有参考价值。