本文關(guān)鍵詞：SRAM型FPGA總劑量輻射效應(yīng)及影響的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展和信息傳輸數(shù)據(jù)量的快速增長,人們對數(shù)據(jù)傳輸率的需求也由Mbps量級增長到Gbps量級,傳統(tǒng)的微波通信由于載波頻率的限制,很難將數(shù)據(jù)率提高到幾Gbps甚至幾十Gbps。采用激光作為信息載體的衛(wèi)星光通信技術(shù)就是一種很好的解決方案,相比于傳統(tǒng)的微波通信技術(shù),衛(wèi)星光通信技術(shù)具有通信數(shù)據(jù)率高(可達(dá)幾百Gb/s)、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好以及終端質(zhì)量輕、體積小、功耗低等優(yōu)勢。在衛(wèi)星光通信中終端系統(tǒng)中,SRAM型FPGA由于其可編程、集成度高、功耗低、速度快等特點(diǎn),在高速數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)控制等方面有著極其重要的地位。然而,由于目前我國FPGA芯片制造技術(shù)水平的落后及美國禁運(yùn)政策的限制,導(dǎo)致國內(nèi)軍品級和宇航級FPGA芯片的獲取困難,價格昂貴。而商用SRAM型FPGA器件的成本低、獲取容易,在衛(wèi)星光通信終端系統(tǒng)中具有很大的應(yīng)用前景。然而,衛(wèi)星等航天器運(yùn)行的空間中存在著非常復(fù)雜的輻射環(huán)境,當(dāng)衛(wèi)星光通信終端在軌工作時,其系統(tǒng)中的SRAM型FPGA芯片會受到輻射的影響,將會導(dǎo)致整個芯片的電學(xué)特性發(fā)生退化,主要表現(xiàn)為工作電流增大甚至功能失效,進(jìn)而威脅光通信終端在軌工作的安全性和可靠性。因此,很有必要對SRAM型FPGA的空間輻射效應(yīng)進(jìn)行研究,評估其空間應(yīng)用的可靠性。本文對SRAM型FPGA在空間輻射環(huán)境中的總劑量輻射效應(yīng)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。首先,概述了SRAM型FPGA在航天領(lǐng)域的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀;其次,結(jié)合空間輻射理論,分析了SRAM型FPGA總劑量輻射效應(yīng)的作用機(jī)理;最后,本文采用60Co-?輻射源對Xilinx公司Virtex-5系列的商用SRAM型FPGA進(jìn)行了總劑量輻射效應(yīng)地面模擬實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)器件在輻照累積劑量達(dá)到一定值后,其功耗電流會隨著累積劑量的增加而上升,但在實(shí)驗(yàn)所輻照的劑量內(nèi),FPGA未出現(xiàn)功能失效,實(shí)驗(yàn)最終得出所選SRAM型FPGA芯片的總劑量失效閾值超過70krad(Si),能夠滿足LEO衛(wèi)星低軌工作3年的總劑量要求。此外,本文還對SRAM型FPGA芯片輻照后的退火效應(yīng)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,退火前期FPGA功耗電流的變化比較明顯,退火約3天后趨于穩(wěn)定,但退火250h后仍不能恢復(fù)到輻照前的水平,另外,實(shí)驗(yàn)器件在退火期間未出現(xiàn)功能失效。
【關(guān)鍵詞】：Gbps 衛(wèi)星光通信技術(shù) SRAM型FPGA 空間輻射環(huán)境 總劑量輻射效應(yīng) 60Co-g輻射源 退火效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.1;TN791
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題背景及研究的意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容12-13
• 第2章 空間輻射環(huán)境及其效應(yīng)的研究13-24
• 2.1 空間輻射環(huán)境介紹13-17
• 2.1.1 地球輻射帶14-15
• 2.1.2 太陽宇宙射線15-16
• 2.1.3 銀河宇宙射線16
• 2.1.4 空間核爆輻射環(huán)境16-17
• 2.2 空間軌道系統(tǒng)及輻射劑量17-21
• 2.2.1 衛(wèi)星軌道17-18
• 2.2.2 航天器軌道環(huán)境中的輻射分布18-20
• 2.2.3 衛(wèi)星軌道與空間輻射劑量值20-21
• 2.3 空間輻射對半導(dǎo)體器件的損傷與機(jī)理21-23
• 2.3.1 輻射效應(yīng)21-22
• 2.3.2 高能射線與半導(dǎo)體器件材料的相互作用22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 空間輻射對SRAM型FPGA性能影響的研究24-40
• 3.1 SRAM型FPGA簡介24-28
• 3.1.1 SRAM型FPGA芯片結(jié)構(gòu)24-26
• 3.1.2 SRAM型FPGA的工作原理26-27
• 3.1.3 SRAM型FPGA工藝27-28
• 3.2 MOSFET的工作原理28-31
• 3.2.1 MOSFET的基本結(jié)構(gòu)28
• 3.2.2 Si-SiO_2系統(tǒng)的電荷性質(zhì)28-31
• 3.3 空間輻射對MOSFET參數(shù)的影響31-38
• 3.3.1 對閾值電壓的影響32-36
• 3.3.2 對漏電流的影響36-38
• 3.4 輻照實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選取38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第4章 SRAM型FPGA總劑量效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究40-65
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方案40-50
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)條件40
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)對象40-43
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)布局43-44
• 4.1.4 測試方案的設(shè)計44-50
• 4.2 輻射前測試50-53
• 4.3 總劑量效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析53-61
• 4.4 退火效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析61-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 致謝71

  本文關(guān)鍵詞：SRAM型FPGA總劑量輻射效應(yīng)及影響的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：457661