一種FPGA的SEU效應(yīng)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(huán)境下受高能粒子輻射而產(chǎn)生的單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）進(jìn)行失效統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)一種便攜式實(shí)時(shí)FPGA的SEU效應(yīng)測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用FPGA作為主控模塊，以樹莓派作為上位機(jī)，通過長距離低壓差分信號(hào)線遠(yuǎn)程連接到被測FPGA進(jìn)行測試。上位機(jī)接收測試結(jié)果存儲(chǔ)至SD卡，并實(shí)時(shí)顯示到車載顯示器，以供測試人員即時(shí)了解測試情況。經(jīng)過在青藏高原實(shí)地測試，獲得大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。對測試結(jié)果進(jìn)行分析，得到的大氣中子劑量與FPGA的SEU事件概率之間的數(shù)值關(guān)系與預(yù)期一致。測試結(jié)果表明該便攜式實(shí)時(shí)測試系統(tǒng)科學(xué)有效，可為低空飛行器的FPGA選型提供一定參考。

關(guān)鍵詞：FPGA;低空環(huán)境;單粒子翻轉(zhuǎn);樹幕派;低壓差分信號(hào)

中圖分類號(hào)：V11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-5124（2019）01-0115-06

0 引言

由于FPGA具有容量大、速度快、穩(wěn)定性好、并行數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)以及開發(fā)成本低周期短的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空宇航領(lǐng)域的控制與信號(hào)處理[1]。目前絕大多數(shù)FPGA屬于SRAM型邏輯塊陣列，是一種易失性存儲(chǔ)器件[2]，尤其是集成電路工藝達(dá)到了微米、納米級別，F(xiàn)PGA的內(nèi)核電壓降低、門數(shù)劇增[3]，單粒子翻轉(zhuǎn)（single event upset，SEU）、單粒子功能中斷（single event function interrupt，SEFI）和單粒子瞬態(tài)脈沖（single event transient，SET）等一系列單粒子效應(yīng)發(fā)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(dāng)空間各類粒子（如質(zhì)子、中子、α粒子等）對FPGA產(chǎn)生輻射，很容易發(fā)生SEU，從而使FPGA功能紊亂甚至失效，對飛行器造成不可預(yù)估的影響和損害[5]。因此，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)對FPGA的SEU效應(yīng)進(jìn)行了研究。……