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。     

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。     

单粒子锁定极端敏感器件的试验及对我国航天安全的警示

随着半导体特征工艺尺寸减小、集成度提高,静态存储器(SRAM)对单粒子锁定呈现出极其敏感的现象和趋势,为此国际航天界开展了大量的试验评估工作,剔除和杜绝了一些极端敏感器件在空间的应用.结合国内外空间应用背景,文章利用脉冲激光实验装置和重离子加速器,分别对三星公司新旧两种型号的4 M位SRAM芯片进行了单粒子锁定试验评估.试验测得两型号芯片的单粒子锁定阈值差异巨大,新型号芯片的锁定阈值低于1.5MeV·cm2/mg,而老型号芯片的锁定阈值高于39.6MeV·cm2/mg.这种对单粒子锁定极端敏感的芯片若应用于空间,将会发生0.008～0.04次/天的频繁锁定事件,极大地威胁航天器的安全和可靠.为应对这种单粒子锁定极端敏感的现象和趋势,提出了加强我国航天产品设计、元器件采购、筛选、试验等的规范、技术和条件的建议.     

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。     

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。     

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;但器件对单粒子翻转和单粒子功能中断较为敏感。利用ForeCAST软件计算得到GEO、Adams 90%最坏环境模型,3 mm(Al)屏蔽条件下器件的DFT模式单粒子翻转率为6.80×10^-8 d^-1·bit^-1,SRAM模式单粒子翻转率为5.61×10^-11 d^-1·bit^-1,单粒子功能中断率为5.24×10^-5 d^-1,在轨应用时需要采取相应的防护措施。     

一种基于快速可恢复电机驱动电路的单粒子锁定防护设计方法及应用验证

随着航天器负载对功率需求的不断增大,产品设计中对电机驱动电路的可靠性提出了更高的要求,而选用一体化集成电路是电机驱动电路设计的一种成熟方案。文章针对商用现货器件MSK4351的空间应用需求,提出了一种应用快速、可恢复电机驱动电路的单粒子锁定防护设计方法,通过模拟试验验证了该防护电路能够自动探测和迅速解除单粒子锁定现象;并结合设备的在轨工况开展了器件空间应用的单粒子风险分析,结果表明器件的使用风险可接受。目前已应用的电机驱动电路在轨工作稳定,表明该防护设计方法具有一定的工程应用价值。     

基于软件的星载DSP减缓单粒子效应措施研究

文章简单介绍了空间环境及单粒子翻转的机理,分析了几种由于单粒子效应引起的DSP失效模式,提出了基于软件设计角度出发的有效减缓DSP单粒子效应的综合加固措施。这些方法已应用于某卫星通信载荷中,通过了所有工程试验。     

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。     

磁阻式随机存储器（MRAM）重离子单粒子效应试验研究

磁阻式随机存储器（MRAM）作为非电荷存储的非易失存储器在抗辐射性能上有一定的优势,在空间有较好的应用前景。文章分析了MRAM的工作原理,选取典型的MR0A08BCYS35型MRAM存储器为研究对象,进行了重离子单粒子效应敏感性试验研究,在此基础上,利用专用软件Fore CAST计算预估了该种器件空间应用条件下的单粒子在轨翻转率,给出了在轨应用的具体建议。     

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。     

宇航电源脉宽调制器单粒子效应试验研究

对分别采用UC1825L和UC1825AL的宇航电源模块试验装置进行重离子辐照试验,验证2款脉宽调制器的单粒子效应阈值。试验结果表明,UC1825L的抗单粒子效应能力优于UC1825AL——UC1825AL如发生单粒子效应,会导致电源模块输出电压出现短时间（40～50 ms）下跌;而UC1825L如发生单粒子效应,对电源模块正常供电无影响。分析脉宽调制器受单粒子效应影响的机理,对比内部结构框图发现,UC1825AL比UC1825L多一个重启延时锁存器和一个故障锁存器,导致其对单粒子效应更敏感。研究结果可为宇航电源控制芯片的选用提供参考。     

MOSFET单粒子烧毁引起的DC/DC电源变换器功能失效试验研究

文章利用回旋加速器产生的Kr离子,对双路输出的DC/DC电源变换器开展了单粒子效应试验研究,分析了在空载和加载两种偏置条件下的试验结果,指出内部功率MOSFETs器件的漏-源端电压在单粒子辐照条件下超出了器件的击穿电压是导致DC/DC电源变换器单粒子功能失效的直接原因,最后给出了航天器电源系统抗辐射设计和功率MOSFETs器件选用建议。     

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。     

激光模拟单粒子效应设备及试验研究进展综述

单粒子效应的脉冲激光模拟方法是单粒子效应地面模拟试验中近年来才发展起来的一种方法。文章主要介绍了脉冲激光模拟单粒子效应的基本原理、特点及国内外研究进展。研究表明脉冲激光模拟是一种有效、安全、经济、方便的地面模拟单粒子效应的方法,在器件单粒子效应危害评估及电路加固验证方面具有明显的优势。     

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...     

微型星敏感器抗单粒子翻转设计和验证

针对商业航天器上微型星敏感器大量选用低成本、高集成度元器件可能发生的单粒子翻转（SEU）现象,提出星跟踪流程监控、程序比对校正、看门狗超时、复位类型检测等方法,利用软件手段使SEU自主恢复,同时向姿轨控分系统发送复位信息,辅助分系统根据产品状态判断是否对星敏感器采取干预操作。通过地面测试验证,应用以上方案可以有效恢复SEU产生的故障,从出现故障到发现故障的时间＜19 s,从发现故障到恢复正常姿态输出的时间＜0.2 s,是原先需要地面判断和控制所需时间的千分之一。在地面基站无法对卫星进行遥测遥控的情况下,上述抗SEU保障方案可为航天器上微型星敏感器发生SEU时的自主恢复提供保障。     

视频处理芯片ADV212单粒子翻转影响分析及故障预案

ANALOG DEVICES公司生产的ADV212可以实现JPEG2000静止图像压缩编码的集成运算,由于其为工业级COMS器件,若用在空间领域,属于单粒子效应的影响对象.文章针对此器件的内部结构和特性,具体分析了其在发生单粒子翻转时所受到的影响,并针对不同的错误类型提出对应的解决措施,形成完整的故障预案.     

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。