一種FPGA的SEU效應測試方法研究

王志國　孟令軍　張皓威　張敏

摘要：為對"GA在低空環境下受高能粒子輻射而產生的單粒子翻轉（SEU）進行失效統計，設計一種便攜式實時FPGA的SEU效應測試系統。該系統采用FPGA作為主控模塊，以樹莓派作為上位機，通過長距離低壓差分信號線遠程連接到被測FPGA進行測試。上位機接收測試結果存儲至SD卡，并實時顯示到車載顯示器，以供測試人員即時了解測試情況。經過在青藏高原實地測試，獲得大量的現場數據。對測試結果進行分析，得到的大氣中子劑量與FPGA的SEU事件概率之間的數值關系與預期一致。測試結果表明該便攜式實時測試系統科學有效，可為低空飛行器的FPGA選型提供一定參考。

關鍵詞：FPGA;低空環境;單粒子翻轉;樹幕派;低壓差分信號

中圖分類號：V11 文獻標志碼：A 文章編號：1674-5124（2019）01-0115-06

0 引言

由于FPGA具有容量大、速度快、穩定性好、并行數據處理能力強以及開發成本低周期短的特點，被廣泛應用于航空宇航領域的控制與信號處理[1]。目前絕大多數FPGA屬于SRAM型邏輯塊陣列，是一種易失性存儲器件[2]，尤其是集成電路工藝達到了微米、納米級別，FPGA的內核電壓降低、門數劇增[3]，單粒子翻轉（single event upset，SEU）、單粒子功能中斷（single event function interrupt，SEFI）和單粒子瞬態脈沖（single event transient，SET）等一系列單粒子效應發生的可能性大大增加[4]。其中，SEU是最常見的FPGA單粒子故障，當空間各類粒子（如質子、中子、α粒子等）對FPGA產生輻射，很容易發生SEU，從而使FPGA功能紊亂甚至失效，對飛行器造成不可預估的影響和損害[5]。因此，國內外許多研究機構對FPGA的SEU效應進行了研究。……