基于InGaAs器件的空间高速捕跟探测组件设计与实现

提出一种基于InGaAs焦平面器件的空间高速捕跟成像组件设计方法,阐述了系统工作原理及主要模块实现方式,分析了测试方法和验证结果.方案以InGaAs焦平面器件为核心,采用主控FPGA控制工作模式及交互通信、4路图像信号经前置单端电流驱动以及差分功率放大和AD转换后输入主控FPGA进行图像信号处理输出.针对空间环境特点,通过器件选用、电路优化、抗单粒子设计等防护措施进行了系统加固.基于刷新重构FP-GA设计了具备灵活在轨图像校正补偿、系统优化重构,主控FPGA程序定时刷新的功能模块.实现产品具有全幅高帧频6 kfps输出、-85 dBm像元灵敏度、69 dB宽动态范围的性能,具备低延迟高帧频快速图像处理的特性,可满足空间多轨道激光通信捕获跟踪及短波红外遥感成像需求.     

低轨互联网卫星在轨单粒子翻转分析及防护措施

空间单粒子翻转（SEU）对于在轨卫星寿命和可靠性有着较大的影响,然而,针对低轨互联网卫星1000～1200 km的典型极地轨道空间SEU,目前缺少在轨试验验证结果。文章对某型号的两颗卫星在轨7个月以来的SEU事件记录数据进行处理和分析,给出互联网卫星1050～1425 km不同轨道高度上的SEU事件发生的频度、区域及概率,结合在轨运行情况提出互联网卫星在轨单粒子翻转的软硬件防护设计措施。数据表明,在当前低轨互联网卫星的典型轨道高度上,对于抗单粒子翻转阈值为0.7 MeV·cm2/mg的低阈值SRAM器件,在轨SEU事件大部分发生在SAA区域,发生概率约为7.63×10-7 bit-1·d-1。结合卫星在轨空间防护设计经验,通过加强元器件选用控制、软硬件冗余设计、关键器件限流等措施,可以有效提高低轨互联网卫星的在轨可靠性。     

高温环境下SRAM器件单粒子锁定效应试验研究

深空探测任务面临辐射与温度变化综合作用的恶劣环境,易导致作为航天器电子系统主要组成的CMOS集成电路发生单粒子锁定效应。着眼于在轨应用需求,针对体硅工艺SRAM器件进行了高温环境单粒子锁定试验研究,在不同电压和温度条件下开展重离子辐照试验,结果表明,随着器件工作电压的升高,单粒子锁定敏感性增加;随着温度升高,单粒子锁定截面增加,从常温到125℃的增幅约为1个数量级:即高温高电压下更易触发器件单粒子锁定效应。     

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。     

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。     

SRAM型FPGA单粒子效应测试方法及试验验证

针对空间用SRAM型FPGA器件抗单粒子效应性能全面测试评估的要求,研究内部不同资源电路结构的单粒子效应敏感性及测试方法,利用重离子加速器开展抗辐射加固SRAM型FPGA单粒子效应模拟辐照试验,对配置存储器、块存储器、触发器等敏感单元的单粒子翻转、单粒子功能中断、单粒子锁定特性进行研究。试验结果表明,所提出测试方法能有效地覆盖测试SRAM型FPGA单粒子效应敏感资源,所测试抗辐射加固SRAM型FPGA器件具有良好的抗单粒子锁定性能,但对单粒子翻转和单粒子功能中断非常敏感,静态测试模式下对单粒子翻转更为敏感。有关测试方法和结果可以为SRAM型FPGA的单粒子效应评估及防护提供参考。     

国产先进工艺SoC器件空间单粒子效应试验研究

国产某型号导航SoC器件采用55 nm商用工艺生产.针对该型器件的辐射敏感性分析表明其易受单粒子效应影响,为此利用重离子加速器完成空间单粒子辐照的地面模拟试验,考查器件的单粒子效应,为其空间应用提供数据支撑.结果表明:器件抗单粒子锁定的LET阈值大于81.4 MeV·cm2/mg,满足空间应用指标要求;但器件对单粒子翻...     

CCD视频信号处理器件单粒子效应试验

文章利用重离子地面模拟源,采用图像分析方法,开展了CCD视频信号处理器件单粒子效应系统性试验与测试研究。首先介绍了器件单粒子效应(SEE)试验方案、试验测试系统组成;然后通过试验研究获得了器件单粒子翻转(SEU)和单粒子锁定(SEL)特征参数,评估了视频信号处理器件单粒子翻转、单粒子锁定效应对系统成像性能的影响。试验结果表明:地面试验测试系统可有效实时判断、统计该器件单粒子效应发生事件,并能直观实时观察到单粒子事件发生时遥感图像的变化;视频信号处理器件随着重离子LET值增大,其单粒子截面呈增加趋势,器件对重离子诱发的单粒子效应比较敏感;单粒子锁定对光学遥感器成像任务的危害程度高于单粒子翻转。最后给出了采取单粒子锁定防护建议。     

一种面向卫星应用的新型存储器和FPGA设计与实现

可靠性对在轨卫星的安全意义重大。由于空间环境辐射和单粒子效应,卫星系统多次发生在轨异常,对在轨卫星系统工作的连续性、稳定性和安全性造成了严重影响。文章针对卫星在轨空间环境和单粒子问题,提出一种基于铁电材料的高可靠、抗辐射的CPU和FPGA解决方案。一方面,设计了和通用接口兼容的新型铁电存储器,其抗辐射总剂量大于10000Krads（Si）,对单粒子效应几乎具有完全的免疫能力;另一方面,设计了基于铁电编程单元的新型FPGA,该FPGA不需要外部PROM,具有很好的经济性和应用前景。     

星载抗辐射加固接收DBF ASIC设计与实现

空间环境中存在的大量粒子,其辐射效应,特别是单粒子效应,严重威胁着空间CMOS器件的可靠性。文章首先分析了几种典型的数字单粒子瞬态加固技术,并提出了一种适合接收数字波束形成ASIC的抗辐射加固电路结构。通过对标准ASIC设计流程进行改进,给出了抗辐射加固ASIC设计流程。基于该改进的ASIC设计流程,实现了接收DBF ASIC的研制。     

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。     

星载设备抗单粒子效应的设计技术初探

本文探讨了现代星载设备研制过程中遇到的抗辐射设计问题之一，即抗单粒子效应的设计问题，首先简单介绍高能粒子引起的单粒子效应──单粒子翻转（ＳＥＵ）和单粒子锁定（ＳＥＬ），在此基础上分别探讨了星载设备抗ＳＥＬ和抗ＳＥＵ的设计方法。     

SRAM型FPGA单粒子效应试验研究

针对军品级SRAM型FPGA的单粒子效应特性,文中采用重离子加速设备,对Xilinx公司Virtex-II系列可重复编程FPGA中一百万门的XQ2V1000进行辐射试验。试验中,被测FPGA单粒子翻转采用了静态与动态两种测试方式。并且通过单粒子功能中断的测试,研究了基于重配置的单粒子效应减缓方法。试验发现被测FPGA对单粒子翻转与功能中断都较为敏感,但是在注入粒子LET值达到42MeV·cm 2/mg时仍然对单粒子锁定免疫。本文对翻转敏感度、测试方法与减缓技术进行了讨论,试验结果说明SRAM型FPGA对单粒子效应比较敏感,利用重配置技术的减缓方法能够有效降低敏感度,实现空间应用。
     

基于Markov链的FSM容软错误设计

随着深亚微米工艺的广泛应用,持续攀升的软错误率对宇航设备的电路可靠性造成了极大影响。针对现有冗余防护技术面积开销大的不足,将概率统计的思想运用到有限状态机（FSM）的软容错设计上,提出了选择部分状态冗余的容错方法。在Markov链模型的基础上,计算出各状态概率,从而为状态冗余提供依据。与未经选择状态冗余的电路相比,以平均增加14.9%的面积开销为代价,这种电路可屏蔽87.6%的时序逻辑单翻转（SEU）。
     

航天器单粒子防护薄弱点的识别

针对当前航天器研制中日益突出的单粒子防护量化设计问题,分析了单粒子软错误对航天器影响的特征,建立了评估器件或设备单粒子软错误对航天器影响的危害时间模型,给出了航天器单粒子防护薄弱点的识别方法和步骤,为改进航天器单粒子防护设计提供了客观依据。     

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。     

TDC-GP1器件单粒子锁定效应的脉冲激光模拟试验研究

文章介绍了单粒子锁定效应脉冲激光模拟试验的工作原理。以时间测量芯片TDC-GP1为试验对象,利用单粒子锁定模拟试验设备开展了无限流保护电阻和有限流保护电阻的单粒子锁定效应脉冲激光模拟试验研究。结果发现:TCD-GP1芯片在20 nJ脉冲激光辐照下发生了单粒子锁定现象。在对照试验中发现,有限流保护电阻的情况下,在发生锁定时不仅能降低锁定大电流和供电电压,而且还能有效地避免器件的功能损伤。     

航天器单粒子效应的防护研究

随着航天电子器件集成度的不断提高,其发生单粒子效应的风险越来越高,已经成为影响航天器可靠性和运行寿命的重要因素。文章首先介绍了单粒子效应的发生机理、研究方法和研究成果,在此基础上对现有的各种抗单粒子效应加固技术进行了总结,按照硬件加固技术、软件加固技术和轨道优化设计的思路较为系统地论述了单粒子效应的防护手段。