SRAM型FPGA单粒子翻转测试及加固技术研究.pdf

SRAM型FPGA在空间应用中越来越广泛，其单粒子翻转特性对航天器的可靠性具有重大影响。由于SRAM型FPGA在空间环境中的抗辐射性能相对较弱，因此针对该类型芯片的单粒子效应研究尤为重要。单粒子翻转（Single Event Upset，SEU）是指单个高能带电粒子穿透半导体材料并引起电子器件内部电荷分布改变的现象。当这一现象发生在SRAM型FPGA中时，可能会导致配置存储器中的信息翻转，从而改变FPGA的逻辑功能。 为了准确地获取SRAM型FPGA的单粒子翻转特性，需要设计专门的测试程序。测试方法通常分为静态和动态两种。静态测试主要涉及硬件设计和配置位回读程序的设计，而动态测试则针对配置逻辑单元（CLB）和块存储器（BRAM）进行。动态测试可以通过软件程序模拟空间环境中的单粒子效应，通过特定的软件测试程序来检测FPGA内部逻辑和存储单元对单粒子事件的敏感性。 在加固技术方面，可以通过工程实践中的有效方法来提高FPGA的可靠性。加固方法包括使用三模冗余技术（TMR）提高芯片的容错能力，以及在芯片设计中引入错误检测与纠正（EDAC）机制等。这些方法可以在一定程度上减少单粒子翻转事件对FPGA功能的影响，延长其在空间环境中的有效运行时间。 该研究得到了SRAM型FPGA的单粒子翻转截面，这是评估FPGA在地面可靠性的重要依据。在地面进行可靠性评估时，单粒子翻转截面数据对于预测FPGA在空间环境中的寿命具有重要意义。 关键词FPGA、单粒子翻转、测试技术、辐照试验均是本研究的核心。FPGA（Field-Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，是一种通过编程来实现特定逻辑功能的集成电路。它具有可编程性强、设计灵活、重用性高等特点，因此在航空电子元器件领域应用广泛。FPGA由于其可重构性，可以在不更换硬件的情况下，通过改变程序来修复或优化其内部电路结构，从而满足卫星通信、空间探测器等航天任务中对电子系统灵活性和适应性的特殊要求。 单粒子翻转作为一种在空间环境中影响集成电路可靠性的主要因素，已经成为空间电子学研究的一个重要课题。设计有效的测试方法和加固技术，不仅能够帮助航天器电子系统在面对空间辐射环境时保持稳定性，而且对于开发更高可靠性的电子设备具有指导意义。同时，该研究也对电子元器件的地面可靠性评估提供了重要的参考依据，为保障航天器的长期稳定运行提供了技术支撑。