星载数字电子设备的辐射加固技术(二)

５　星载电子设备的抗辐射加固技术纵观国内外在星载电子系统辐射加固技术领域的理论研究和工程实践中所取得的成果与经验，可以发现，星上电子系统辐射加固技术主要从下列三种技术途径着手：１）对集成电路器件进行实质性加固，使器件本身耐辐射；２）对集成电路器件进行辐射屏蔽，力图在辐射到达器件之前就将其屏蔽在外；３）采用软硬件相结合的故障检测和恢复技术，容许辐射轰击器件，但能使器件从辐射影响下恢复正常工作；图４形象地表示这三种方法［１１］。前两种方法以往一直是辐射加固的主要手段，但这些方法要在工艺成本和系统重量…     

空间辐射环境工程的现状及发展趋势

空间辐射环境是航天器在轨运行所面临的重要环境要素之一,因其诱发的单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、表面充放电效应、内带电效应等既可引起航天器材料、器件、结构等在轨损伤、性能退化甚至失效,然而又可以利用其开展空间育种等活动。文章从空间辐射环境与模型、空间辐射效应及机理、空间辐射环境与效应试验的评价标准、空间辐射环境效应试验方法、空间辐射环境与效应地面模拟试验设备、空间辐射环境与效应数值模拟、空间辐射环境与效应飞行试验及抗辐射加固技术等角度对空间辐射环境工程的现状进行了评述,进而提出了空间辐射环境工程各个领域的发展趋势。     

Xilinx SRAM型FPGA抗辐射设计技术研究

针对Xilinx SRAM型FPGA在空间应用中的可行性，分析了Xilinx SRAM型FPGA的结构，以及空间辐射效应对这种结构FPGA的影响，指出SRAM型的FPGA随着工艺水平的提高、器件规模的增大和核电压的降低，抗总剂量效应不断提高，抵抗单粒子效应，尤其是单粒子翻转和单粒子瞬态脉冲的能力降低。分析了FPGA综合后常见的Half-latch在辐射环境中的影响并结合实际工程实践给出了解决上述问题的一些有用办法和注意事项，如，冗余设计、同步设计、算术逻辑运算结果校验、白检等。最后还提出一种基于COTS器件的“由顶到底”的星载信号处理平台结构，分析了这种结构在抵抗辐射效应时的优势。有关FPGA抗辐射的可靠性设计方法已经在某卫星通信载道中成功应用，并通过了各种卫星环境试验，该技术可以为有关航天电子设备设计提供参考。     

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。     

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.     

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。     

大容量抗辐射加固SRAM器件单粒子效应试验研究

针对宇航用大容量SRAM器件抗单粒子效应性能的试验评估需要,利用重离子加速器对抗辐射加固32 M Bulk CMOS工艺SRAM和16 M SOI CMOS工艺SRAM进行了单粒子效应模拟试验研究,获得SRAM器件单粒子效应特性并进行在轨翻转率预估;对单粒子翻转试验中重离子射程的影响,不同SEU类型的翻转截面差异,在轨翻转率预估的有关因素等进行了分析讨论。结果表明,这2款抗辐射加固SRAM器件都达到了较高的抗单粒子效应性能指标。试验结果可以为SRAM器件的单粒子效应试验评估提供参考。     

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。     

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。     

宇航抗辐射加固集成电路技术发展与思考

宇航抗辐射加固集成电路是航天工程的核心基础技术。长期以来,美欧等国家对抗辐射加固集成电路持续支持并严格禁运,宇航集成电路的发展和自主可控是我国向航天强国迈进的关键核心基础之一,受到国家的高度重视。本文总结了宇航抗辐射加固集成电路发展特点和我国发展现状,分析了未来宇航抗辐射加固集成电路的发展需求,探讨了未来需要重点关注的3个技术方向,即软加固的天算芯片、高压功率器件加固和单粒子效应仿真。     

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。     

单板双机嵌入式486容错子系统的设计

针对空间辐射环境中比较容易发生的单粒子翻转事件 ,提出一种低成本的商用器件解决方案———单板双机嵌入式容错子系统。该子系统把两个相对独立的嵌入式 4 86单机通过现场可编程门阵列 (FPGA)耦合起来 ,双机通信和数据比对都通过FPGA来完成 ,同时通过数据比对发现和消除单粒子翻转 (SEU)所引起的错误。由于系统中应用了较多超大规模集成电路 ,系统非常紧凑 ,用单板就实现了一个容错子系统     

GPS在航天器编队飞行任务中的基础性作用

GPS正在改变航天器的测控格局 ,拓宽卫星和星座控制技术 ,从而构成空间编队飞行定时、测量和控制的技术基础。国内外已开发出对航天器编队飞行任务进行精确定位和导航的GPS方案。GPS将充当一大类多航天器编队飞行任务的导航系统。在当前开发的空间编队飞行技术中 ,编队航天器的测量和控制、星间链路通信、任务综合与验证、编队飞行试验台、分散式控制、高轨道航天器的相对导航等 ,无一不与GPS息息相关     

红外地球敏感器的高截止度新型红外滤光片的设计

高截止度新型红外滤光片是三轴稳定卫星红外地球敏感器的关键件之一。文章介绍了用等效折射率概念设计这种滤光片的方法 ,讨论并给出了膜系设计和研制的结果 ,简介了镀膜的工艺技术 ,并与国内外同类滤光片的光学特性进行了比较 ,试验表明新型红外滤光片的膜系设计是成功的。     

大型充液卫星在轨模式识别

提出了大型充液卫星在轨模式识别的方法 ,通过大型充液卫星在轨飞行试验确定液体晃动阻尼 ,为控制系统设计中确定晃动阻尼提供最可靠的依据     

一种微控制器单粒子效应在轨监测系统设计

为验证航天器用微控制器的抗单粒子效应能力,设计了一种单粒子效应在轨监测系统。该系统采用独特的方法,可实时监测单粒子锁定事件,并利用微控制器内部程序监测其RAM及FLASH存储器的单粒子翻转事件。该系统占用航天器资源少、开发周期短,能同时监测多种、多片微控制器,具有一定的通用性。     

商用ADSP-21060L总剂量辐照试验与分析

空间太阳望远镜(SST)设计采用多片商用数字信号处理器ADSP-21060L组成处理阵列,以完成在轨海量数据处理任务。其中商用ADSP-21060L片内资源丰富、结构复杂,其耐受总剂量辐射的能力是设计的关键指标。提出采用基于工程应用状态下的在线实时监测性能和参数的总剂量辐照试验方法;设计并完成5个样品芯片的总剂量辐照试验。试验结果表明该款芯片在总剂量大于20krad(Si)时功能失效,试验方案可行,试验数据可以作为其它星载计算机的设计参考。     

用地球磁场和重力场成功挽救风云一号（B）卫星的控制技术

风云一号气象卫星是我国最早成功发射的太阳同步三轴稳定对地遥感卫星，由于早期的技术和器件原因，星上计算机因空间辐照而失控，造成星上贮气耗尽、卫星高速翻滚。本文详细介绍了了在卫星面临失败的情况下，作者利用地球磁场和重力场与卫星的相互作用，采用星上的磁力矩器和可用的一切手段而设计的一整套抢救这颗卫星的技术方法，并简述了经过75天的艰苦努力，使这颗濒临失败的卫星重新建立三轴稳定的对地定向姿态的历程。     

静态存储器单粒子翻转率预示的在轨验证

SRAM型FPGA配置区的单粒子翻转可能对系统的功能产生严重的影响,因此必须进行针对性的加固措施,而加固的重要依据之一是在轨翻转率结果。文章将地面获得的Hitachi 4Mb SRAM HI628512单粒子翻转率预示结果与搭载在极轨卫星SAC-C等上的飞行试验的结果进行了比较。分析表明基于国内地面试验数据和FOM方法预示的在轨翻转率与国外的在轨监测数据接近,多位翻转的试验结果也得到了在轨试验数据的验证。这些结果表明我国在单粒子翻转的模拟试验技术和在轨翻转率预示方面取得了相当的进展,可以为卫星电子系统抗辐射加固设计提供有力的保障。