CMOS SRAM器件单粒子锁定敏感区的脉冲激光定位试验研究

利用脉冲激光定位成像系统,对CMOS SRAM K6R4016V1D器件开展了单粒子锁定效应（SEL）敏感区定位的试验研究。试验结果表明：该器件的单粒子锁定效应敏感区呈周期性分布,而对于单一的SEL敏感区,其长度和宽度相差很大。在此基础上进一步讨论了SEL敏感区的分布对测试方法和空间SEL发生频次计算的影响。     

测控中的近地轨道卫星SEL事件分析及操控

针对空间辐射环境影响下近地卫星某器件单粒子锁定(SEL)事件频发现象,在分析卫星轨道根数演变的基础上,详细讨论SEL事件时空分布特征。结果表明,SEL事件的星下点分布具有明显地域特征,其在南大西洋区域、南北两极区域、其他区域的比例接近于3∶2∶1;器件SEL事件平均发生率略高于0.134 d~(-1),太阳活动较强时的发生率不足0.103 d-1,而太阳活动较弱时则接近0.165 d~(-1);近日点附近时的发生率达到0.200 d~(-1),远日点附近时约为0.072 d~(-1)。在测控中,针对SEL事件进行遥控作业自动识别与处理,操控时长平均为130 s。     

星上FPGA抗闩锁设计

根据星载电子设备CMOS电路中现场可编程逻辑阵列（FPGA）闩锁的发生机理，提出了输入／输出回路的抗锁定、二次屏蔽防止单粒子触发锁定等遏制闩锁触发条件，以及工作电源限流、闩锁检测与解除等遏制闩锁维持条件的设计，并给出了应用检测电路、板级锁定检测与解除、电流敏感器件检测电流和FPGA闩锁监测等应用实例。     

星载计算机的单粒子扰动及其加固技术研究

以实践四号卫星有效载荷“单粒子事件动态监测仪’为实践基础,介绍了星载计算机基于软件结合硬件容错抗单粒子扰动的加固技术;并对半年多来在轨运行中探测到的单粒子翻转和闩锁事件进行了初步分析总结。     

一种基于FPGA的抗辐射加固星载ASIC设计方法

针对静态随机存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)空间应用的问题,提出了基于FPGA星载抗辐射加固专用集成电路(ASIC)设计的全流程,并重点对扫描链设计、存储器内建自测试、自动向量生成、ASIC封装设计、散热设计、加电振动试验等关键点的设计方法和注意事项进行了介绍。通过设计、测试、封装、试验,实现了基于静态随机存储器型FPGA转化为抗辐射加固ASIC。ASIC抗辐射总剂量大于100krad(Si),抗单粒子闩锁(SEL)阈值大于75 MeV·cm~2/mg,抗单粒子翻转(SEU)阈值大于22 MeV·cm~2/mg,满足空间应用的要求,具有很好的应用前景。     

卫星器件DC/DC抗单粒子效应的研究

文章介绍了在空间环境辐射效应的影响下卫星器件DC/DC电源转换器抗单粒子效应的实验研究工作.文章阐述了单粒子效应的机理及其对卫星器件的影响,并且介绍了利用串列加速器模拟空间辐射效应的实验.     

商用现货器件在卫星中的应用

在卫星设计过程中,采用商用现货(COTS)电子器件替代传统卫星研制中昂贵的高等级产品来降低研制成本是行之有效的方法。文章总结了商用现货器件在卫星中应用时所面临的空间环境干扰,并针对单粒子翻转问题提出冗余设计和特定电路设计等策略。对当前国内外卫星中采用的各种COTS器件设计方法进行了论述,分析了各种提高商用现货器件可靠度方法的优缺点,并结合已经发射的BIRD、ARGOS等卫星和正在研制的容错结构,综述了COTS器件在卫星中的应用,分析了COTS器件的作用和使用方法。文章内容可为工程实践提供一定的参考。     

一种串并转换器件单粒子效应试验研究

针对型号用新型器件抗辐射能力评估的需要,研制了串并转换器件单粒子效应检测系统,并对卫星型号中准备使用的一款26位串并转换器件进行了单粒子效应评估试验,得到了器件抗单粒子锁定的阈值,并发现该器件在单粒子辐照下会出现连续位输出错误。结合器件版图、结构分析了单粒子效应造成连续位错误的原因,为器件厂家后续设计改进和卫星型号进行系统级抗辐射加固设计提供了依据。     

利用脉冲激光开展的卫星用器件和电路单粒子效应试验

利用脉冲激光进行单粒子效应试验具有操作方便、试验效率高、可对芯片单粒子效应响应的空间区域和时间特性进行测试等特点,可作为卫星用器件和电路单粒子效应测试的有力手段。利用自主建立的脉冲激光单粒子效应试验装置（PLSEE）,针对某卫星用数字器件和电路进行了辐照试验,观测到了丰富的单粒子效应现象,首次测试了多次单粒子锁定对器件和电路的影响,对器件选用评价和电路系统抗单粒子效应设计具有参考价值。利用此装置,还首次在国内对有空间应用背景和前景的运算放大器、光电耦合器进行了单粒子瞬态脉冲效应的试验,表明这些器件像数字器件一样会发生严重的单粒子效应,而且更难捕捉和定位,对卫星系统的威胁不容忽视。     

实践四号卫星在轨SEL现象与地面模拟试验的对比分析

本文将地面锎源模拟试验的结果,与实践四号卫星单粒子效应动态监测仪在轨所测得的SEL现象从各方面进行对比分析,为该在轨现象发生原因的判断进行了试验验证。     

一款新研制ASIC器件的单粒子效应检测与故障定位

针对一款国产新研ASIC器件抗单粒子能力评估的需要,研制了ASIC器件单粒子效应检测系统。通过单粒子效应评估试验,得到了该器件在Kr离子辐照下的单粒子翻转数据。采用故障树分析和电路仿真技术,对ASIC器件内部单粒子翻转敏感模块进行定位。研究成果可为器件厂家后续设计改进和卫星型号系统级抗辐射加固设计提供依据。     

脉冲激光试验在宇航器件和电路系统抗单粒子效应设计中的初步应用

抗单粒子效应加固是宇航器件研发和卫星电路系统设计面临的重要难题.准确、有效的单粒子效应试验评估对此问题的解决有巨大帮助.中国科学院空间科学与应用研究中心于近十年在国内自主发展了用于单粒子效应评估的脉冲激光试验相关装置、试验技术和方法,对宇航器件和卫星电路开展了初步应用.通过脉冲激光试验,能够快速甄别、定位宇航器件试样的...     

80C31微处理器单粒子效应敏感性地面试验研究

文章针对不同厂家的80C31微处理器,利用重离子、锎源模拟源进行单粒子效应地面试验研究。详细介绍了80C31微处理器单粒子效应试验原理、试验方法、试验系统的软硬件组成以及试验取得的结论。通过试验研究获得了80C31微处理器单粒子翻转和单粒子锁定特征参数。研究结果可为被测器件在卫星型号的使用提供技术参考依据。     

典型国产双极工艺宇航用稳压器单粒子闩锁 效应研究

通过对某国产双极工艺宇航用稳压器进行不同LET值重离子辐照试验，实时监测器件输出电压的变化幅度和器件供电管脚电流，准确评估了器件抗单粒子效应性能。研究结果表明器件发生单粒子瞬态效应阈值小于5 MeV·cm 2·mg -1 ，当辐照重离子LET值增加至37.37 MeV·cm 2·mg -1 时，诱发器件产生单粒子闩锁效应，器件供电管脚电流由6 mA陡增至24 mA。在分析重离子试验数据的基础上，借助脉冲激光获得了器件内部单粒子效应敏感区域位置和结构特征。分析认为由于芯片内部多个功能模块共用一个隔离岛，同一个隔离岛内的器件之间形成的寄生PNP管与隔离岛内NPN管形成了PNPN可控硅结构，当入射重离子LET值足够大时将诱发寄生PNPN结构导通，进入闩锁状态。采用模拟软件Spectre实现了电参数级的瞬态故障注入模拟，复现了该双极工艺结构下单粒子闩锁效应现象。     

卫星典型电子设备单粒子防护效果试验验证

文章通过在卫星电子设备整机上开展单粒子试验验证的案例,揭示单粒子事件对卫星软件指令的影响。试验对象选取卫星平台中典型的电子设备——测控单元,它包含处理器、SRAM等单粒子敏感器件。本案例成功实现在整机状态下触发单粒子事件,测控单元发生单粒子事件的频度疏密适当,验证了测控单元抗单粒子设计的有效性,掌握了测控单元在发生单粒子事件时的工作状态,对漏指令、误指令的产生条件进行了试验验证,并依据试验数据计算了由单粒子事件引发卫星漏指令、误指令的概率。试验结果可为卫星在轨故障分析提供依据,也可为抗单粒子设计提供数据支持。     

标准单元抗单粒子闩锁效应加固设计

文章针对130纳米CMOS工艺标准单粒子闩锁效应问题，开展了Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS）器件单粒子闩锁效应产生的物理机理分析, 提出了一套适合于不同类型标准单元版图加固方法；基于SMIC0.13μm工艺进行了物理建模仿真和电路实现。仿真结果显示，在遭受LET值为120MeV/mg/cm2的重离子辐射时，所设计的电路未发生闩锁效应。     

空间质子直接和非直接电离引发单粒子效应的地面等效评估试验方法

以40 nm和65 nm CMOS工艺SRAM为样品,进行质子辐照单粒子效应试验研究,以建立空间质子引起单粒子效应的地面等效评估试验方法。分别进行低能质子直接电离、高能质子核反应和重离子直接电离引起的单粒子翻转试验;根据获得的试验数据,分析讨论给出空间质子引起半导体器件单粒子效应的地面等效评估试验方法:对低能质子直接电离引起的单粒子效应,基于LET等效采用重离子进行试验;对高能质子非直接电离引起的单粒子效应,采用高能质子进行试验;根据地面质子和重离子辐照试验数据,结合空间辐射环境模型,预计由空间质子辐射引起的器件在轨单粒子翻转率。     

国产数字信号处理器在轨验证技术研究

文章通过研究某国产数字信号处理器（XX-DSP）体系结构、DSP地面测试方法和空间环境对DSP的典型影响,设计了一种针对国产DSP类器件的在轨验证方法。验证系统硬件平台采用1∶1热备份设计,提高系统可靠性;验证方法借鉴当前地面应用广泛的功能测试方法,覆盖DSP的全部功能单元;另外考虑空间环境中的电离总剂量效应和单粒子效应影响,对DSP的片内RAM和内部寄存器的单粒子翻转（SEU）进行统计,并最终给出单粒子翻转率,同时检测DSP单粒子锁定（SEL）;最后通过运行DSP典型应用算法——有限长单位冲激响应（FIR）滤波算法验证DSP的系统功能,全面考核国产DSP的空间环境适应性。     

知识链接

《利用脉冲激光开展的卫星用器件和电路单粒子效应试验》一文中有关术语的解释如下:单粒子效应(Single Event Effects,SEE):单个的高能重离子或者质子和中子,通过与器件材料直接的电离作用或者核反应产生的次级离子的间接电离作用,在器件中形成额外的瞬间电荷,导致器件的逻辑状     

SRAM FPGA电离辐射效应试验研究

针对SRAM FPGA空间应用日益增多,以100万门SRAM FPGA为样品,进行了单粒子效应和电离总剂量效应辐照试验。单粒子试验结果是:试验用粒子最小LET为1.66 MeV·cm2/mg,出现SEU（单粒子翻转）;LET为4.17 MeV·cm2/mg,出现SEFI（单粒子功能中断）,通过重新配置,样品功能恢复正常;LET在1.66～64.8 MeV?cm2/mg范围内,未出现SEL（单粒子锁定）;试验发现,随SEU数量的累积,样品功耗电流会随之增加,对样品进行重新配置,电流恢复正常。电离总剂量辐照试验结果是:辐照总剂量75 krad(Si)时,2只样品功能正常,功耗电流未见明显变化。辐照到87 krad(Si)时,样品出现功能失效。试验表明SRAM FPGA属于SEU敏感的器件,且存在SEFI。SEU和SEFI会破坏器件功能,导致系统故障。空间应用SRAM FPGA必须进行抗单粒子加固设计,推荐的加固方法是三模冗余（TMR）配合定时重新配置（Scrubbing）。关键部位如控制系统慎用SRAM FPGA。