本文關(guān)鍵詞：Flash型FPGA單粒子效應(yīng)研究及新型測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)的研制

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【摘要】：人類對(duì)于空間以及外太空的不斷探索促進(jìn)了國(guó)內(nèi)外航天事業(yè)的迅速發(fā)展,然而,空間輻射導(dǎo)致的單粒子效應(yīng)(Single Event Effects,SEEs)嚴(yán)重威脅著航天器的安全,因此,如何保障航天器的運(yùn)行安全成為航天器設(shè)計(jì)中不可忽視的問題。隨著空間探測(cè)任務(wù)對(duì)電子學(xué)要求的不斷提高,現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)等復(fù)雜可編程器件在航天領(lǐng)域逐漸得到廣泛的應(yīng)用,因而,FPGA單粒子效應(yīng)的地面測(cè)試及抗輻照加固成為人們必須面對(duì)和重視的問題。目前,利用加速器提供的重離子等束流開展半導(dǎo)體器件的單粒子效應(yīng)地面模擬研究是國(guó)內(nèi)外單粒子效應(yīng)研究的發(fā)展趨勢(shì)。而蘭州重離子加速器(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,HIRFL)正是開展空間單粒子效應(yīng)地面模擬的有力工具。本文選取Microsemi公司的Flash型FPGA開展了單粒子效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究。選擇該類型FPGA中分布范圍最廣的可編程邏輯單元VersaTiles和對(duì)單粒子效應(yīng)敏感的塊存儲(chǔ)器BRAMs作為單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的主要研究對(duì)象,提出了兩種不同的測(cè)試方法,使用課題組現(xiàn)有的單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng),利用HIRFL提供的86Kr束和209Bi束開展了束流輻照實(shí)驗(yàn)。通過束流實(shí)驗(yàn)成功獲取了可編程邏輯單元和塊存儲(chǔ)器的翻轉(zhuǎn)截面圖;并且發(fā)現(xiàn)FPGA的時(shí)序邏輯單元翻轉(zhuǎn)截面與系統(tǒng)運(yùn)行頻率沒有太大的關(guān)系;對(duì)于不同類型的D觸發(fā)器,其0→1翻轉(zhuǎn)和1→0翻轉(zhuǎn)具有不同的翻轉(zhuǎn)規(guī)律,并對(duì)這種差異性進(jìn)行了深入的分析。在束流輻照實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)Flash型FPGA的塊存儲(chǔ)器BRAMs開展了抗輻照加固研究。文中設(shè)計(jì)了(26,20)縮短漢明碼和(26,16)縮短BCH碼兩種不同類型的差錯(cuò)控制編碼(Error Correcting Codes,ECC)并在FPGA中進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),最后利用209Bi束開展了束流輻照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,縮短漢明碼和縮短BCH碼均具有較好的加固效果。與沒有加固的器件相比,采用縮短漢明碼加固器件的翻轉(zhuǎn)截面降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí),而采用縮短BCH碼加固的器件在束流實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。通過多次束流輻照實(shí)驗(yàn)對(duì)課題組現(xiàn)有單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的功能驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)在方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)開展上存在一定的局限性,因此文中最后采用“SoC+FPGA”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了新型單粒子效應(yīng)測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)。在新型測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)中采用了Xilinx公司的Zynq-7000 SoC器件,使測(cè)試方案的實(shí)現(xiàn)更加靈活。新型測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)可提供120條單端信號(hào)和40對(duì)差分信號(hào),并且兼容多種電平標(biāo)準(zhǔn),能夠測(cè)試絕大多數(shù)的數(shù)字器件。最后在實(shí)驗(yàn)室條件下使用故障注入的方法對(duì)新型測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行了初步驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V423

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本文編號(hào)：1178941