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    188宝金博页面版: 反熔丝型FPGA单粒子效应及加固技术研究_张然

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    内容提示： 反熔丝型 FPGA 单粒子效应及加固技术研究张 然1 ， 丁 玮 2 ， 于海龙 3 ， 王锦涛 1 ， 许 涛 1（ 1. 中国人民解放军总参谋部陆航部军事代表局， 北京 150000 ；2. 中国国防科技信息中心 北京 100142 ； 3. 中国人民解放军 95905 部队 辽宁 锦州 121018 ）摘要： 在当今复杂电磁环境和强干扰的条件下，航空和航天装备的信号处理器件的逻辑可能产生意外翻转而产生功能失效，甚至导致系统工作状态异常，因此器件的可靠性至关重要。反熔丝型 FPGA （现场可编程门阵列）因其低功耗、高可靠性、高保密性等特点，广泛应用于航空航天的电子系统中。 文章在介绍反熔丝型 FPGA 的基本结构的基...

    文档格式：PDF | 页数：6 | 浏览次数：14 | 上传日期：2023-04-22 09:21:38 | 文档星级：
    反熔丝型 FPGA 单粒子效应及加固技术研究张 然1 ， 丁 玮 2 ， 于海龙 3 ， 王锦涛 1 ， 许 涛 1（ 1. 中国人民解放军总参谋部陆航部军事代表局， 北京 150000 ；2. 中国国防科技信息中心 北京 100142 ； 3. 中国人民解放军 95905 部队 辽宁 锦州 121018 ）摘要： 在当今复杂电磁环境和强干扰的条件下，航空和航天装备的信号处理器件的逻辑可能产生意外翻转而产生功能失效，甚至导致系统工作状态异常，因此器件的可靠性至关重要。反熔丝型 FPGA （现场可编程门阵列）因其低功耗、高可靠性、高保密性等特点，广泛应用于航空航天的电子系统中。 文章在介绍反熔丝型 FPGA 的基本结构的基础上，对反熔丝型 FPGA 单粒子效应（ SEE ）进行了详细分析，提出了相应的 SEE 加固设计措施及实现方法。 通过重离子地面加速试验对加固设计方法进行验证，试验结果及分析表明，加固设计方法可以有效提高商用现货（ COTS ）反熔丝型FPGA 的可靠性，可以为同类型的电子系统设计提供有价值的参考。关键词： 可靠性； 反熔丝型 FPGA ； 单粒子效应； 加固技术中图分类号： TN492 文献标识码： A 文章编号 ：1674－6236 （ 2013 ） 21-0184-06Research on SEE and hardening technology in antifuse-Based FPGAZHANG Ran 1 ， DING Wei 2 ， YU Hai-long 3 ， WANG Jin-tao 1 ， XU Tao 1（ 1. Military Representative Bureau ， Army Aviation Department of PLA GSD ， Beijing 150000 ， China ；2. China Defense Science and Technology Information Center ， Beijing 100142 ， China ；3. PLA 95905 ， Jinzhou 121018 ， China ）Abstract: Nowadays with strong interferences under complex electromagnetic environments ， accidental logical flips mayhappen to signal processing devices on aviation equipments and cause functional failure or even unexpected systematicworking status. Therefore ， the reliability of the device is critical. This paper analyzes the single event effects in antifuse-basedFPGA based on the basic structure of antifuse-based FPGA ， and proposes the corresponding design and methodology tocounteract Single Event Effects （ SEE ） . The ground heavy ions accelerated testing is performed to verify our design ，demonstrating that the proposed design methodology can effectively improve the reliability of the commercial off-the-shelf（ COTS ） antifuse-based FPGA. It can provide valuable references for the other electronic system designs．Key words: space electronic system ； antifuse-based FPGA ； SEE ； hardening technology收稿日期： 2013-04-08 稿件编号： 201304087作者简介：张 然（ 1972 —），男，安徽肥西人，硕士，工程师。 研究方向：通信电路与系统。FPGA 由于应用灵活、功能强大，被广泛应用于空间飞行器电子系统中，特别是反熔丝型 FPGA 具有较好的抗总剂量效应 （ TID ： Total Ionizing Dose ） 和抗单粒子锁定效应（ SEL ：Single Event Latch-up ）特性 [1] ，同时因其不存在配置逻辑的SEU 翻转问题，使其在高可靠、不需要重构的空间可编程逻辑应用领域占有统治地位。 当前空间电子系统中采用的FPGA 大多为辐射加固反熔丝型 FPGA ，如在“凤凰号”火星登陆者上采用的 RTAX-S 系列辐射加固型 FPGA ， DAWN 、 GPS2R-M 等卫星上采用的 RTSX-SU 系列辐射加固型 FPGA 均取得了成功的应用。 但是这类器件体积功耗较大，成本较高，性能落后于主流器件 [1] 。 引入商用现货技术，用商用现货器件代替宇航级辐射加固器件，是当前空间电子系统设计的一个趋势。然而随着芯片的特征尺寸越来越小、 规模越来越大、功能越来越复杂， SEE 对数字集成电路系统的影响也与日俱增。 宇宙中存在大量的高能带电粒子， 仍然会对反熔丝型FPGA 中的寄存器单元、 时钟单元、 嵌入式 RAM （ RandomAccess Memory ） 单元和 JTAG （ Joint Test Action Group ）单元造成影响，引起系统功能异常或故障，降低了空间飞行器运行的可靠性。 反熔丝型 FPGA 在空间电子系统中经常充当“ Golden Chip ” 的角色， 负责对其它模块的工作状态进行监控，因此对其可靠性具有极高的要求，必须采取相应的容错措施，进行有效的抗辐射加固设计。1 反熔丝型 FPGA 结构反熔丝型 FPGA 主要由可配置逻辑模块、 可编程互连线、 I/O 单元、嵌入式 RAM 单元、 JTAG 单元和时钟单元组成，本 文 以 Axcelerator 系列 反 熔 丝 型 FPGA AX2000FG896I 为例， 分析介绍反熔丝型 FPGA 的结构， AX2000 FPGA 结构图电子设计工程Electronic Design Engineering第 21 卷Vol.21第 21 期No.212013 年 11 月Nov. 2013－184－DOI:10.14022/j.cnki.dzsjgc.2013.21.033

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