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.     

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.     

MOSFET单粒子翻转效应的二维数值模拟

用MEDICI二维模拟软件对MOSFET的单粒子翻转现象进行了计算,力图从理论上建立分析器件单粒子翻转的可靠手段,通过输入不同粒子的线性能量传输值,得到了某一结构器件的翻转概率与线性能量传输值的关系曲线,分析了不同结构参数的变化对单粒子翻转的影响,模拟得到的结果与电荷漏斗模型相吻合,表明所建立的物理模型的正确性。     

航天用SRAM型FPGA定时刷新控制电路应用研究

为解决SRAM型FPGA在空间环境应用中单粒子翻转的问题,提出一种基于我国自主研制的定时刷新芯片（BSV2）的硬件设计方法。介绍了定时刷新器件BSV2及其基本刷新原理,同时以XC2V3000为例设计了刷新器件的典型应用电路,并对刷新的时序及有效性进行了测试验证。测试结果表明,定时刷新器件可以有效修复SRAM型FPGA的单粒子翻转及单粒子翻转造成的功能中断,提高了产品的可靠性。     

一种交叉互联的高可靠锁存器

现阶段随着CMOS工艺特征尺寸的减小,电路中可能会发生单粒子翻转（Single Event Upset,SEU）的敏感节点之间的距离在不断减小,发生一颗高能粒子引起多个节点同时发生翻转的事件概率正逐渐上升。为了提高电路的可靠性,基于抗辐射加固设计方法,提出了一种能够容忍两个节点同时发生翻转的锁存器。该锁存器以双输入反相器(Double-input Inverter,DI )单元作为核心器件,并且在 DI 单元之间采用了交叉互联的连接方式,减少了器件个数的使用。与传统的具有容错能力的锁存器相比,所提出的结构不仅具有良好的抗双点翻转能力,而且在功耗、延迟以及功耗延迟积（Power Delay Product,PDP）方面都有很大的优势。该结构可靠性高、性能优良,在提高芯片的可靠性方面具有重要意义,有实用价值。     

近地卫星长期SEU事件退火分析

针对近地卫星在轨运行中的单粒子翻转事件(Single Event Upset,SEU)的退火问题,选取某卫星器件长期积累的SEU数据为样本,在分析器件长期温度变化的基础上,详细统计SEU事件的星下点以及年、月等时空分布特征,并讨论SEU事件与地球磁场分布、F10.7曲线、中子监测数据的关联特性,最后以SEU事件发生的平均间隔为目标,建立退火模型,用实际数据进行退火估计。结果表明,SEU事件星下点发生在南大西洋异常区的达到67%以上,发生在南、北两极高纬度区域的超过16%,其它区域的不足17%;8、9、10、12这4个月份的SEU事件最多,占全年的38%以上;以远、近日点为参考时,发生在4～9月的约占50%,发生在其它月份的也在50%附近,两者十分接近;长期SEU事件受宇宙射线、太阳活动影响明显,长期性变化以宇宙射线影响为主,短期性变化以太阳活动影响为主;在轨道周期内温度变化约2℃、长期温升接近5℃的条件下,SEU事件时间间隔的均值约4.57d,退火零值约1.56×10-13 d,退火因子约7.94×10-15 d-1,衰减零值约24.34d,衰减因子约0.12d-1,退火特征并不明显,退火影响可不用考虑。     

一种数字信号处理器的单粒子翻转加固设计*

为了降低数字信号处理器（DSP）电路在太空中发生单粒子翻转事件,本文从触发器单元、存储模块及电路系统三个层面论述了DSP的抗单粒子翻转加固设计。采用该抗单粒子翻转加固方法,实现了一款基于0.18 μm CMOS体硅工艺的DSP电路,该电路逻辑规模约为150万门,面积为9.3 mm×9.3 mm。通过重离子加速器模拟试验评估,该DSP电路的单粒子翻转率约为4.37×10^-11错误/（位·天）（GEO轨道,等效3 mm Al屏蔽）。     

星载软件系统错误传播研究与分析

针对星载软件系统因宇宙射线和环境扰动而产生的软件错误及错误传播问题,研究星载软件系统错误传播分析方法.利用该方法从信号和模块2个层面评测软件的可靠性,并根据结果对系统信号或模块的脆弱性进行分析,找出系统较为脆弱的信号与模块,以及最可能传播错误的信号传播路径.定义信号与模块的错误传播率、暴露率等参数,设计参数的计算方法,...     

一种高可靠宇航控制器设计及可靠性评估

将8051、存储器等IP核集成在FPGA内部, 可实现宇航控制器高可靠、小型化的应用需求。但FPGA在空间环境中容易发生单粒子翻转事件(SEU),影响系统正常功能,常采用在FPGA内部进行三模冗余(TMR)设计;针对三模冗余系统无法纠正存储区中发生的SEU故障,提出了一种采用三模冗余架构并对FPGA配置区域进行刷新重载的解决方案,同时采用马尔可夫模型对该设计方案进行了可靠性评估和仿真;结果表明,采用该设计架构的宇航控制器具有较高的可靠性与安全性,可实现飞行器的长期稳定运行。