SRAM型FPGA單粒子翻轉效應加固方法

姜昱光 韓建偉 朱 翔 蔡明輝

(中國科學院 空間科學與應用研究中心，北京100190)

由于SRAM(Static Random Access Memory)型FPGA(Field Programmable Gate Array)相對于傳統的ASICs設計周期較短，成本更低，尤其是其可編程性使衛星在軌編程成為可能，因而其在空間電子設備中的應用越來越廣泛.但該器件的配置存儲位對空間中的單粒子效應較為敏感，單粒子翻轉會影響可編程邏輯和布線資源，威脅整個芯片的正常工作甚至可能導致用戶的電路出現功能故障，因此研究FPGA的單粒子效應具有十分重要的意義.

對于基于SRAM的FPGA，其單粒子效應、單粒子效應加固方法，以及應用重離子加速器進行器件功能故障分析在國外已經有比較成熟的研究結果[1－4]，國內對 SRAM 型 FPGA 的單粒子效應方面進行一些初步的研究，主要分析翻轉閾值和翻轉截面[5－7]、單粒子功能中斷效應和單粒子鎖定效應[8]，其中文獻[8]進行單粒子效應的防護加固設計，并應用仿真和重離子加速器方法開展驗證實驗[9－13].面對單粒子效應可能造成的功能故障，迫切需要對其加固防護設計并進行有效的測試評估，本文應用脈沖激光和重離子實驗方法，對采取三模冗余(TMR，Triple Modular Redundancy)和動態刷新技術加固的Virtex-Ⅱ器件的功能故障展開實驗研究.

1 實驗設計

1.1 測試芯片

脈沖激光和重離子實驗測試器件分別為倒裝芯片Xilinx XC2V1000FF896和塑料焊球陣列封裝(plastic ball grid array package)芯片XC2V1000 FG456(見圖1)，兩款芯片內部資源完全一致，區別主要在于芯片封裝形式，其中倒裝芯片適合脈沖激光背部輻照實驗，正常封裝芯片適合重離子正面……