一种基于COTS器件的SiP微系统的抗总剂量效应加固设计与试验评估

总剂量效应是制约COTS器件空间应用的主要因素之一。为满足空间应用对电子系统高性能、小型化及抗辐射的需求,对一种基于COTS器件的SiP微系统的抗总剂量效应加固方案进行设计,采用模型分析与地面试验结合的方法对微系统的抗总剂量辐射能力进行评估。该评估方法将微系统作为设备与器件的一种结合体,先按照设备进行整体模型评估,后按照器件进行试验评估,提高了评估的效率,具有较强的工程实用价值。60Co γ射线辐照试验结果表明:加固后SiP微系统的抗总剂量能力不低于150 krad(Si),可以满足相关任务应用需要。该微系统的抗总剂量效应加固设计和总剂量效应评估方法可为相关微系统研制提供参考。     

一种针对COTS产品的板级总剂量试验方法

总剂量效应是制约COTS产品空间应用的重要因素之一。为了快速验证COTS产品能否满足低轨微小卫星的抗总剂量要求,文章提出一种板级总剂量试验方法,可以在单次试验中对整块电路板或整个设备进行总剂量试验,快速获得COTS产品的抗总剂量能力,从而大幅度提高总剂量试验的效率。将该方法应用到低轨微小卫星的研制过程中,可大大降低COTS产品总剂量效应地面试验验证的时间成本,且截至目前经验证的COTS产品在轨未出现因总剂量效应而产生的异常。     

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。     

空间环境下COTS计算机的抗SEU容错体系结构设计

针对空间辐射环境下的单粒子翻转效应,结合COTS器件的特点,介绍了一种空间环境下COTS计算机的嵌入式解决方案,并结合应用的要求给出了抗SEU容错体系结构的设计方案—基于COTS器件的多级容错结构。文章分别从芯片级、模块级和系统级3个容错粒度展现了空间计算机容错体系结构的设计思路,最后还利用了混联模型分析并计算了系统的可靠度指标。     

铝栅CMOS器件的总剂量辐射效应及其与剂量率的关系

采用非加固铝栅CMOS电路(CC4007、C072B)进行了不同剂量率的总剂量辐照实验,将辐照后的器件置于不同的温度下进行退火;根据实验结果,运用辐射产生氧化层俘获电荷和界面态的机理模型,分析了器件的剂量率效应,评估了器件在不同剂量率下的总剂量辐射效应;根据器件迁移率的变化定性地分析了氧化层俘获电荷和界面态的生长变化与辐射剂量率、辐照剂量及时间的关系;研究了退火温度对器件退火的影响,对加速实验模拟方法作了初步的探讨。     

浮栅器件和普通NMOS器件总剂量效应对比研究

为深入了解应用NOR Flash工艺的多种器件的总剂量特性,特别是浮栅器件的特殊总剂量效应,开展了浮栅器件和多种NMOS器件总剂量效应的对比试验。基于器件级测试芯片,进行了多种剂量的总剂量试验和高温退火试验,分析了不同器件在总剂量辐照下的不同特性,所关注的特性包括器件的漏电流变化和阈值电压变化。通过试验发现浮栅器件受总剂量辐照后会产生弱编程效应且该效应无法通过退火恢复。这一研究成果为抗辐射Flash产品的抗总剂量加固设计提供了依据。     

一种针对COTS器件的抗辐射加固方法

随着商用现货(COTS)器件在空间任务中的广泛应用,COTS器件的抗辐射加固显得尤为重要,针对COTS器件在空间环境下易受宇宙射线和高能粒子冲击而产生辐射效应的特点,文章结合三模冗余(TMR)技术与现场可编程门阵列(FPGA)的重构技术,提出了一种基于TMR的可重构星载处理单元抗辐射加固方法。通过基于Markov过程的可靠度分析可知,冗余和重构技术相结合可以使处理单元具有更强的容错能力。文章利用实验模拟验证了该星载处理单元的各项关键技术,结果表明:此处理单元能够屏蔽单模故障,并能够定位和修复由空间复杂环境引发的软错误。     

基于ProE的航天器三维屏蔽与辐射剂量评估方法研究

为准确评估结构异常复杂的航天器内部遭遇的辐射剂量,本文将直线近似原理和ProE工程软件相结合,自主开发了一种新型的航天器三维屏蔽与辐射剂量评估方法。利用本方法对立方体、球、平板等简单几何体内部的屏蔽厚度和辐射剂量进行了分析计算,计算结果表明基于ProE的三维屏蔽与辐射剂量计算方法是可靠的。结构复杂程度相当于中等规模航天器的模型计算结果表明,本方法能够较高效的分析评估复杂航天器内部遭遇的屏蔽厚度和辐射剂量。
     

空间用功率MOSFET器件2N7266总剂量

文章针对空间用功率MOSFET器件2N7266进行了60Co源γ射线辐射试验研究。在辐射过程中,采用JT-1型晶体管特性图示仪和计算机控制的摄像机实时监测器件电参数随辐射剂量变化的特征,通过试验研究获得了被试器件阈值电压、漏电流和击穿电压随总剂量变化的特征,得出了被试器件抗总剂量辐射的指标。研究结果可为被试器件在航天器型号的使用提供技术参考依据。     

小尺寸封装(SOP)器件焊点可靠性研究

从器件引脚镀层种类、厚度、焊接参数和焊盘设计等几个方面对小尺寸封装(small outline package,简称SOP)器件焊点可靠性的影响作了分析,给出了提高焊点可靠性的方法,并通过UG软件建立了电路板和SOP焊点的三维有限元模型,进行了SOP器件焊点在近似试验载荷条件下的应力应变三维有限元数值模拟,得出了焊点内部精确的应力应变分布。     

美军航天装备COTS试验鉴定工作透视及思考

随着航天装备更新换代的速度越来越快,能够显著压缩研发时间与成本的商用货架产品（COTS）在航天装备中的使用率大幅提高,因此如何对COTS开展试验鉴定以保证航天装备的性能和可靠性成为必须考虑的问题。文章从横向范围、纵向深度及存在问题3个维度全面立体地对美军航天装备COTS试验鉴定工作进行阐述分析,在此基础上提出适用于我国开展航天货架产品试验鉴定工作的建议。     

文献《Validation of commercial fiber optic components for aerospace environments》点评

文章是对一篇SPIE会议文献《用于太空环境的商业光纤器件地面验证方法》的点评。介绍了商业光纤部件从市场采购到准备作为太空飞行部件使用前,在空间环境作用（包括真空、热、振动、辐射）下的地面工艺性合格鉴定试验技术。这项技术由NASA哥达德空间飞行中心（GSFC）创立并命名为“工艺技术有效性保证法”,该项技术还包括如何建立商用光纤产品制造工艺性合格鉴定试验验收标准或准则方面的内容。“点评”还针对文献中3个实例之一“水星激光高度仪”试验件的热与振动环境试验规范、试验夹具等重要试验技术信息进行详细介绍。     

面向低成本微纳卫星的快速试验体系研究

文章结合微纳卫星典型特点,分析了由此带来的试验新需求;对比传统卫星试验标准和即将发布的国外微纳卫星试验标准草案,提出在充分继承传统卫星试验技术成果基础上,针对国内微纳卫星发展现状,兼顾灵活性和COTS(commercial off-the-shelf)产品可靠性保证需求,构建国内微纳卫星快速试验体系的总体思路。     

COTS处理器单粒子效应检测系统设计

商用现货（COTS）处理器应用于星载计算机主控制器前须经过地面单粒子效应试验验证。与同等价位的宇航级处理器相比，COTS处理器具有集成度高、功能复杂、接口丰富的特点，需要为其定制化设计单粒子效应试验测试系统。文章针对COTS处理器的片内存储器、寄存器数量万倍于宇航级处理器以及接口功能更加丰富的特点，确定单粒子锁定（SEL）测试、存储器翻转测试、寄存器翻转测试、典型指令集测试和接口功能测试作为试验测试项；并提出一套单粒子效应试验测试系统方案，实现了对被测处理器的各路供电电流、存储器、寄存器和外部接口功能的有效测试和监控。     

Portable end-to-end ground system for low-cost mission support

This paper presents a revolutionary architecture of the end-to-end ground system to reduce overall mission support costs. The present ground system of the Jet Propulsion Laboratory (JPL) is costly to operate, maintain, deploy, reproduce, and document. In the present climate of shrinking NASA budgets, this proposed architecture takes on added importance as it should dramatically reduce all of the above costs. Currently, the ground support functions (i.e., receiver, tracking, ranging, telemetry, command, monitor and control) are distributed among several subsystems that are housed in individual rack-mounted chassis. These subsystems can be integrated into one portable laptop system using established Multi Chip Module (MCM) packaging technology and object-based software libraries. The large scale integration of subsystems into a small portable system connected to the World Wide Web (WWW) will greatly reduce operations, maintenance and reproduction costs. Several of the subsystems can be implemented using Commercial Off-The-Shelf (COTS) products further decreasing non-recurring engineering costs. The inherent portability of the system will open up new ways for using the ground system at the “point-of-use” site as opposed to maintaining several large centralized stations. This eliminates the propagation delay of the data to the Principal Investigator (PI), enabling the capture of data in real-time and performing multiple tasks concurrently from any location in the world. Sample applications are to use the portable ground system in remote areas or mobile vessels for real-time correlation of satellite data with earth-bound instruments; thus, allowing near real-time feedback and control of scientific instruments. This end-to-end portable ground system will undoubtedly create opportunities for better scientific observation and data acquisition.     

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。     

地球内辐射带核心区环境特征分析及质子屏蔽的蒙特卡罗模拟

辐射带粒子是近地空间卫星总剂量辐射的主要来源。文章分析了内辐射带不同高度轨道的辐射环境特性;并利用Geant4程序,针对内辐射带质子环境进行不同材料的屏蔽效能计算。结果表明:虽然传统的低?高?低原子序数材料三明治屏蔽结构对电子具有较高的屏蔽效能,却并不适用于以质子环境为主的轨道;对于工作在3000 km圆轨道、5年寿命的卫星,若要将总剂量降至30 krad(Si)以下,使用PE屏蔽材料可比Al屏蔽减重28%。     

3DG111F等四种双极晶体管空间总剂量效应研究

3DG111F等4种双极晶体管在航天器驱动电子设备中有着重要的应用。研究和掌握空间辐射环境对这些器件产生的总剂量效应有助于了解单机总剂量效应。文章对3DG111F等4种双极晶体管进行了总剂量辐照试验、测量及试验结果分析。研究结果可为单机总剂量效应的分析提供试验依据。