Flash型FPGA单粒子效应研究及新型测试验证系统的研制

发布时间：2017-11-13 03:33

  本文关键词：Flash型FPGA单粒子效应研究及新型测试验证系统的研制

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【摘要】：人类对于空间以及外太空的不断探索促进了国内外航天事业的迅速发展,然而,空间辐射导致的单粒子效应(Single Event Effects,SEEs)严重威胁着航天器的安全,因此,如何保障航天器的运行安全成为航天器设计中不可忽视的问题。随着空间探测任务对电子学要求的不断提高,现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)等复杂可编程器件在航天领域逐渐得到广泛的应用,因而,FPGA单粒子效应的地面测试及抗辐照加固成为人们必须面对和重视的问题。目前,利用加速器提供的重离子等束流开展半导体器件的单粒子效应地面模拟研究是国内外单粒子效应研究的发展趋势。而兰州重离子加速器(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,HIRFL)正是开展空间单粒子效应地面模拟的有力工具。本文选取Microsemi公司的Flash型FPGA开展了单粒子效应的实验测试研究。选择该类型FPGA中分布范围最广的可编程逻辑单元VersaTiles和对单粒子效应敏感的块存储器BRAMs作为单粒子效应实验的主要研究对象,提出了两种不同的测试方法,使用课题组现有的单粒子效应测试系统,利用HIRFL提供的86Kr束和209Bi束开展了束流辐照实验。通过束流实验成功获取了可编程逻辑单元和块存储器的翻转截面图;并且发现FPGA的时序逻辑单元翻转截面与系统运行频率没有太大的关系;对于不同类型的D触发器,其0→1翻转和1→0翻转具有不同的翻转规律,并对这种差异性进行了深入的分析。在束流辐照实验的基础上,对Flash型FPGA的块存储器BRAMs开展了抗辐照加固研究。文中设计了(26,20)缩短汉明码和(26,16)缩短BCH码两种不同类型的差错控制编码(Error Correcting Codes,ECC)并在FPGA中进行了实现,最后利用209Bi束开展了束流辐照实验。实验结果表明,缩短汉明码和缩短BCH码均具有较好的加固效果。与没有加固的器件相比,采用缩短汉明码加固器件的翻转截面降低了两个数量级,而采用缩短BCH码加固的器件在束流实验中未发现错误。通过多次束流辐照实验对课题组现有单粒子效应测试系统的功能验证,发现现有测试系统在方案设计和实验开展上存在一定的局限性,因此文中最后采用“SoC+FPGA”结构设计了新型单粒子效应测试验证系统。在新型测试验证系统中采用了Xilinx公司的Zynq-7000 SoC器件,使测试方案的实现更加灵活。新型测试验证系统可提供120条单端信号和40对差分信号,并且兼容多种电平标准,能够测试绝大多数的数字器件。最后在实验室条件下使用故障注入的方法对新型测试验证系统进行了初步验证。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(近代物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V423

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王忠明;闫逸华;陈荣梅;王园明;赵雯;张凤祁;郭晓强;郭红霞;;Flash型FPGA的单粒子效应测试系统研制[J];原子能科学技术;2015年12期

2 杨振雷;王晓辉;苏弘;刘杰;杨海波;成科;童腾;;一种Flash型FPGA单粒子效应测试方法设计及验证[J];核技术;2015年02期

3 陈晨;徐微;张善从;;Flash型FPGA单粒子效应测试系统设计[J];电子测量技术;2014年09期

4 童腾;苏弘;王晓辉;刘杰;张战刚;刘天奇;古松;杨振雷;;一种改进的SRAM单粒子效应检测系统[J];原子核物理评论;2014年02期

5 张然;丁玮;于海龙;王锦涛;许涛;;反熔丝型FPGA单粒子效应及加固技术研究[J];电子设计工程;2013年21期

6 贾向红;许峰;白延强;吴大尉;杨成佳;蒋睿;黄增信;马洪波;宗秋刚;;银河宇宙射线对登月航天员辐射危险分析[J];航天医学与医学工程;2013年05期

7 马寅;安军社;王连国;孙伟;;基于Scrubbing的空间SRAM型FPGA抗单粒子翻转系统设计[J];空间科学学报;2012年02期

8 范雪;李平;李威;杨志明;张斌;郭红霞;姚志斌;;~(252)Cf源和重离子加速器对FPGA的单粒子效应[J];强激光与粒子束;2011年08期

9 姚志斌;范如玉;郭红霞;王忠明;何宝平;张凤祁;张科营;;静态单粒子翻转截面的获取及分类[J];强激光与粒子束;2011年03期

10 高山山;苏弘;孔洁;千奕;童腾;张战刚;刘杰;侯明东;孙友梅;;SRAM单粒子效应监测平台的设计[J];核电子学与探测技术;2011年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王忠明;SRAM型FPGA的单粒子效应评估技术研究[D];清华大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 谢楠;宇航用FPGA单粒子效应及监测方法研究[D];西安电子科技大学;2011年

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本文编号：1178941