高速实时数字信号处理器ADSP21060及其应用

高速实时数字信号处理器芯片ADSP21060是一种高性能的32位浮点DSP器件，它采用超级哈佛结构，片内四套独立的总线，完成双数据存取、指令存取和I／O读写；片内集成了大容量的双端口SRAM和32位浮点运算单元。由多个ADSP21060处理器组成的并行系统非常适合于雷达信号的实时处理，本文以笔者设计的脉冲多普勒雷达实时信号处理器为例对ADSP21060的应用进行了介绍。     

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。     

卫星载荷二次电源用MOSFET的抗辐射设计及验证

针对某卫星载荷二次电源所面临的空间总剂量辐射环境及其效应,进行了二次电源用3款MOSFET(IRF5N3415、IRF7NA2907、IRF7N1405)的抗辐射总剂量设计,通过使用钽片加固及合理的结构布局防护使该3款MOSFET的辐照设计余量(RDM)均不小于3。开展总剂量辐照试验验证,对比参数变化得出MOSFET的抗电离总剂量数据,验证了加固设计的有效性。采用经过抗辐射设计的非宇航级元器件将成为空间降成本应用的趋势之一。     

高速实时数字信号处理器ADSP21060及其应用

高速实时数字信号处理器芯片ADSP21060是一种高性能的32位浮点DSP器件,它采用超级哈佛结构,片内四套独立的总线,完成双数据存取、指令存取和I/O读写;片内集成了大容量的双端口SRAM和32位浮点运算单元.由多个ADSP21060处理器组成的并行系统非常适合于雷达信号的实时处理,本文以笔者设计的脉冲多普勒雷达实时信号处理器为例对ADSP21060的应用进行了介绍.     

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。     

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。     

一种抗辐照加固高压DAC的设计

高压DAC由于采用了大量厚栅氧MOS管,在总剂量辐照环境下会引起器件参数漂移、漏电流增加等.通常的解决方法是衬底隔离寄生MOS管、NMOS管环栅设计、栅氧工艺优化等方法,而很少分析辐照条件下,电压和电路结构对MOS管阈值和漏电的影响.文章对总剂量辐照条件下,不同电压对MOS器件阈值和漏电的作用进行综合分析;重点研究了MOS器件的不同阈值变化对DAC影响的机理.并提出一种低电源电压的设计思路,有效提高了高压DAC的抗辐照能力.最后,利用内置LDO和输出运放钳位降压的设计,将高压DAC的抗辐照能力提高至50k rad(Si).     

空间激光通信系统光电器件辐射效应研究

针对空间激光通信系统所用高速半导体激光器、光电探测器、掺铒光纤放大器(EDFA)、石英光纤等关键器件,开展电子、质子和γ射线辐照试验。半导体激光器经~(60)Co-γ射线和电子加速器辐照后斜率效率发生轻微下降,下降程度与总剂量大小有关;而光功率在电子辐照后出现严重下降,表明电子辐照比γ射线产生更多的损伤,可以归因于电子造成的位移损伤。PIN光电探测器在质子辐照后,暗电流和电容都明显增大,主要是由于质子造成的位移损伤引入深能级缺陷增加势垒,导致光电探测器性能退化。EDFA系统的掺铒光纤经~(60)Co-γ射线辐照后,对系统的增益和噪声影响很大。石英光纤主要受总剂量效应影响,辐射损耗随光纤通入的光波波长增大而减小,而且光纤损耗的剂量率效应不明显,实际试验可以根据试验条件选择适当的剂量率。研究结果可为空间激光通信系统的元器件选型、辐射效应评估与抗辐射加固设计提供参考数据。     

卫星在轨抗辐照总剂量数据拟合及其应用

卫星在轨抗辐照总剂量数据是空间电子设备抗辐照校核以及加固设计的依据.用查表法进行抗辐照校核计算时,对于数据表中已有数据点可以精确计算,未知数据点无法精确分析.为进一步提高空间电子设备抗辐照校核计算的精度,同时为辐照特敏感器件选用提供依据,提高产品在轨可靠性.采用分段数据拟合的方法进行了多个型号在轨抗辐照总剂量数据的研究,以中位数为分界点将数据分成前后两部分,前半部分采用分段二次函数拟合,后半部分采用指数函数拟合,拟合精度高,相对误差小于4％,能够满足工程设计的需要.该方法已用于多个在轨型号的抗辐照校核计算,对于提高空间电子设备的可靠性具有积极意义.     

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。     

星载数字电子设备的辐射加固技术(一)

对国外星载电子设备特别是常用的ＣＭＯＳ器件在空间环境下的抗辐射性能进行大量调研和长期跟踪，在此基础上总结了国外近年来对大规模集成电路辐射失效机理的研究成果，对比了各种器件工艺集成电路的抗辐射性能，重点分析了星载电子系统总剂量辐射损坏、单粒子翻转和单粒子锁定机理，针对这三种由空间辐射引起的星载电子系统失效这一特殊问题，分别介绍了国内外行之有效的辐射加固技术，最后提出了设计星载电子系统的一些建议。     

新一代运载火箭的数据驱动快速测试技术

本文提出一种数据驱动的快速测试技术。数据由箭上系统通过自检测(BIT)采集,经箭地高速总线传送至地面;地面数据处理终端采用与箭上系统相同的模型和算法,复现箭上的处理过程,从而判断系统中是否存在故障,实现快速故障定位。本文全面介绍实现这一设计的关键技术,包括箭上信息监测点的选择、总线窃听技术、飞行软件中的数据管理任务等,并示例说明各类典型数据的分析以及故障诊断和定位等。所有分析工作均实时自动完成,并能随测试用例的调整自适应地计算出新的比对结果,为提高系统级测试的覆盖性创造条件;并大大节省地面专用测试设备和数据分析时间,减少技术保障人员。     

星载高速SerDes电路的设计与实现

针对目前我国空间探测任务中海量数据传输的迫切需求,提出了一种星载高速数据传输技术的解决方案。论述了方案的总体设计结构和关键模块的实现,制定了一种可靠易实现的链路传输协议,并给出了收发方向上的后仿真波形。系统联试验证了4通道点对点之间的SerDes接口数据传输速率达到了2.4Gbps,并且具有很好的带宽扩展和抗干扰性能。在星上有效载荷数据传输系统中具有广阔的应用前景。     

基于神经网络算法的液体火箭发动机实时故障检测方法研究

以某液体火箭发动机为研究对象,将实时故障检测作为中心,分析了神经网络算法的特点及其实现步骤,利用Lab Windows/CVI与MATLAB混合编程的原理,实现和改进了基于神经网络的发动机实时故障检测方法,并用多次试车数据进行了检验.试车数据验证结果表明,该方法能及时、准确、有效地检测发动机稳态过程的故障.研究结果对发展未来液体火箭发动机的箭载故障检测系统具有重要的参考价值.     

FPGA-based operational concept and payload data processing for the Flying Laptop satellite

Flying Laptop is the first small satellite developed by the Institute of Space Systems at the Universität Stuttgart. It is a test bed for an on-board computer with a reconfigurable, redundant and self-controlling high computational ability based on the field programmable gate arrays (FPGAs). This Technical Note presents the operational concept and the on-board payload data processing of the satellite. The designed operational concept of Flying Laptop enables the achievement of mission goals such as technical demonstration, scientific Earth observation, and the payload data processing methods. All these capabilities expand its scientific usage and enable new possibilities for real-time applications. Its hierarchical architecture of the operational modes of subsystems and modules are developed in a state-machine diagram and tested by means of MathWorks Simulink-/Stateflow Toolbox. Furthermore, the concept of the on-board payload data processing and its implementation and possible applications are described.     

电推进飞行试验在轨诊断技术

文章介绍了国外在电推进空间飞行试验或型号应用中采用在轨诊断技术的情况,结合电推进系统飞行性能测量和电推进系统与应用航天器之间相互作用的研究,讨论和评价了电推进在轨诊断技术。     

FPGA-based operational concept and payload data processing for the Flying Laptop satellite

Flying Laptop is the first small satellite developed by the Institute of Space Systems at the Universität Stuttgart. It is a test bed for an on-board computer with a reconfigurable, redundant and self-controlling high computational ability based on the field programmable gate arrays (FPGAs). This Technical Note presents the operational concept and the on-board payload data processing of the satellite. The designed operational concept of Flying Laptop enables the achievement of mission goals such as technical demonstration, scientific Earth observation, and the payload data processing methods. All these capabilities expand its scientific usage and enable new possibilities for real-time applications. Its hierarchical architecture of the operational modes of subsystems and modules are developed in a state-machine diagram and tested by means of MathWorks Simulink-/Stateflow Toolbox. Furthermore, the concept of the on-board payload data processing and its implementation and possible applications are described.     

基于Spartan-6的微结构探测器APV25数字化系统设计

为满足微结构气体探测器多通道信号高速读出的需求,文章基于现场可编程门阵列(FPGA)Spartan-6设计了128通道前置放大芯片APV25的数字化系统。该系统中,APV25输出的串行模拟信号经模/数转换芯片ADS5242进行模/数转换,由Spartan-6接收、解串、缓冲和打包后,经千兆以太网传送至计算机进行存储和分析。经测试,该系统可实现APV25的最大采样速率280 k Hz,基线噪声低至716 e-。输入电荷量低于75 000 e-时,电荷响应线性良好。由于APV25的抗辐射特性,该系统有望用于空间多通道辐射探测系统。     

Image compression systems on board satellites

On-board image compression systems aim to increase the amount of data stored in the on-board mass memory and transmitted to the ground station. This paper presents an overview and analysis of the state-of-the-art in on-board image compression systems. Compression methods and systems implementations are reviewed. Statistical analysis and developing trends are given. A new architecture of an on-board image compression system for future disaster monitoring multi-satellite missions in LEO is described.     

太阳、地球、卫星相关模拟墓准源

本文主要讨论用于自旋静止气象卫星大回路成像试验的太阳、地球、卫星相关模拟基准源。本基准源是用于测量自旋静止气象卫星星上同步控制系统的性能，检查云图传输系统的同步控制精度，并作为地面测试卫星云图传输性能的基准设备。本文论述了其基本原量，介绍了用数字信号处理器（ＤＳＰ）集成电路ＴＭＳ３２０Ｃ２５实现的方法，并分析了成像精度。