fpga中的 空间 辐射效应及加固技术 转帖
5页1、FPGA中的空间辐射效应及加固技术转帖FPGA中的空间辐射效应及加固技术转帖FPGA中的空间辐射效应及加固技术电子系统在航天领域的应用越来越广泛,而空间辐射环境对电子系统的影响是不可忽视的。辐射会使器件的性能参数发生退化,以至失效,影响卫星的可靠运行,缩短卫星的寿命。据卫星资料统计,其异常记录中有70%是由空间辐射环境引起的。随着航天电子技术的发展,ASIC开始受到设计者关注,尤其是可编程逻辑器件。可编程ASIC中的现场可编程门阵列(FPGA)将半定制的门阵列电路的优点和可编程逻辑器件的用户可编程特性两者结合在一起,不仅包含大量的门电路,使设计的电子产品达到了小型化、集成化、可靠性高、速度快,而且为设计者提供系统内可再编程(或可再配置)的能力,使新一代电子系统具有极强的灵活性和适应性,可为许多复杂的信号处理和信息加工的实现提供新的思路和方法。同时大大缩短了设计周期,减少了设计费用,降低了设计风险。因此FPGA已经成为可编程ASIC中颇受宇航电子设计者们欢迎的一类器件。近年来出现了不少抗辐射加固类型的产品,但由于成本较高,所以一些非加固的普通商用/军用产品仍然具有很强的吸引力。1空间辐射
2、环境近地空间是一个强辐射环境,主要包括太阳的电磁辐射及粒子辐射。太阳的电磁辐射包括(射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波及无线电波等。粒子辐射是对空间飞行器影响最严重的环境,其来源主要有三种:地球辐射带在地球周围,存在着被地磁捕获的大量带电粒子,这些粒子所占据的区域称为辐射带。太阳宇宙线太阳风:太阳日冕层喷射出的高速粒子流。主要成分为质子,强度随太阳活动周期变化。耀斑:伴随着大量高能带电粒子的发射,称太阳粒子事件。主要成分是质子,其次是粒子,重离子。银河宇宙线来自银河系的高能带电粒子。主要成分为质子,其次是粒子,各种元素的原子核、重离子和微量电子。空间电离辐射环境极其复杂,包括所有自然界中的元素的原子核,从质子(原子数z=1)到铀(z=92)。这些粒子谱数值上达15阶,能量大于1021eV。其中大多数是全裸的,但另外一些离子在到达地球时仍保持着一定的原始电荷分布。其密度、组成、频谱随时间、地点及到达时的方向而变化。2FPGA的类型FPGA的结构主要分为三部分:可编程逻辑块,可编程I/O模块、可编程内部连线。可编程逻辑块和可编程互连资源的构造主要有两种类型:即查找表类型和多路开关型
3、。查找表型FPGA的可编程逻辑单元是由功能为查找表的静态存贮器(SRAM)构成函数发生器,由它来控制执行FPGA应用函数的逻辑。M个输入的逻辑函数真值表存贮在一个2M1的SRAM中,SRAM的地址线起输入的作用,SRAM的输出为逻辑函数的值,由此输出状态控制传输门或多路开关信号的通断,实现与其它功能块的可编程连接。多路开关型可编程逻辑块的基本构成是一个多路开关的配置。利用多路开关的特性,在多路开关的每个输入接到固定电平或输入信号时,可实现不同的逻辑功能。大量的多路开关和逻辑门连接起来,可以构成实现大量函数的逻辑块。FPGA由其配置机制的不同分为两类:可再配置型和一次性编程型。一次性编程器件多采用基于反熔丝结构。反熔丝是在两层导体之间的一层很薄的绝缘介质。每个反熔丝占有等效于一个接触孔或通孔的面积,在电压加到此元件上时介质击穿,从而把两层导电材料连在一起。可再配置器件主要为基于SRAM结构。利用SRAM单元来控制晶体管开关。每个晶体管开关的状态都由相应的SRAM中的值来确定。片上SRAM是配置存贮器,用来存储逻辑单元阵列(LCA)的配置数据。配置存储器控制功能、布线、特性、时序、I/O驱
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