收藏本站
《清华大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

SRAM型FPGA的单粒子效应评估技术研究

王忠明  
【摘要】:SRAM型FPGA的单粒子效应是近年来星载电子设备失效的主要原因之一。配置存储器中的单粒子翻转有可能彻底改变电路的结构,导致系统功能持续出错。这种特点使得FPGA中的单粒子效应分析起来更为复杂,如何准确评价器件对单粒子效应的敏感程度以及分析单粒子翻转对用户电路造成的影响就成了一个值得研究的问题。本文针对这一问题开展了以下研究: (1)根据FPGA的结构特点,提出将其中的单粒子效应分为器件与应用两个层面进行分析。用传统的翻转截面表征器件本身对单粒子效应的敏感程度,用动态翻转截面来预估由FPGA实现的系统在空间中的失效率。并且明确定义了“敏感位”的概念,指出了敏感位与两种翻转截面的数值关系,建立了辐照试验与模拟方法之间的桥梁。 (2)研制了一套通用的FPGA辐射效应测试系统。系统能够对FPGA的配置存储器、块存储器、系统功能、功耗电流等重要辐射敏感参数进行实时监测。利用该系统在北京串列加速器上开展了多次单粒子效应试验,获得了多种器件的单粒子翻转截面曲线,并且针对几个测试电路的动态单粒子特性进行了试验研究。 (3)加速器束流时间有限、价格昂贵,不宜用于整机单粒子效应的考核。本文研究了一种通过主动向FPGA的配置存储器中写入错误以模拟单粒子效应的故障注入方法。这种方法能够对任意一个设计中的敏感位进行精确定位,因此可以用来预估系统的失效率以及验证各种容错方法的有效性。 (4)利用JBits类库对Xilinx典型的Virtex系列FPGA进行了配置文件的反向解码,得到了配置位的偏移地址与其控制的可编程资源之间的对应关系。这种对应关系从底层揭示了单粒子翻转在用户电路中造成的失效模式,为FPGA单粒子失效分析程序的开发奠定了基础。 (5)提出了一种全新的FPGA单粒子软错误分析方法。这种方法利用面向对象方式对真实的器件结构进行建模,解决了单粒子翻转在系统中传递的问题。论文工作中开发的原型程序能够读入电路设计的网表文件,解析用到的可编程资源,并且根据这些资源的失效模式以及冗余情况确定可能影响该电路拓扑结构的敏感逻辑和路径,最后从解码的数据库中找出这些结构对应的配置位。这样不仅可以得到该设计的敏感位,而且从微观上阐明了系统失效的根本原因。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 敬辉,曹洲,杨兆铭,李志常;中小规模逻辑电路单粒子效应实验研究[J];原子能科学技术;1997年03期
2 刘保录,赵又新;功率MOSFET辐射效应动态测试系统研制[J];兰州工业高等专科学校学报;2003年01期
3 张峥;彭杰;范涛;黄强;袁国顺;;一款抗单粒子效应的32位微处理的设计[J];微计算机信息;2010年08期
4 薛玉雄;田恺;曹洲;杨生胜;马亚莉;;激光模拟单粒子效应设备及试验研究进展综述[J];航天器环境工程;2010年03期
5 李玉红;赵元富;岳素格;梁国朕;林任;;0.18μm工艺下单粒子加固锁存器的设计与仿真[J];微电子学与计算机;2007年12期
6 朱秋岩;王祖林;郭旭静;;一种SRAM型FPGA单粒子效应故障注入方法[J];电子质量;2011年07期
7 A.Meulenberg Jr. ,李开成;永久性单粒子效应机理[J];微电子学;1986年Z1期
8 何君;微电子器件的抗辐射加固技术[J];半导体情报;2001年02期
9 曹洲;薛玉雄;杨世宇;达道安;;单粒子效应激光模拟试验技术研究[J];真空与低温;2006年03期
10 赵发展;郭天雷;海潮和;彭菲;;SOI NMOSFET单粒子效应的3-D模拟[J];核电子学与探测技术;2008年01期
11 张英武;郭天雷;袁国顺;;高可靠微处理器的设计[J];微电子学与计算机;2009年01期
12 王佩;李磊;;一种基于Weibull函数的单粒子注入脉冲模型[J];微电子学与计算机;2010年09期
13 贺兴华;张开锋;卢焕章;肖山竹;陈尚锋;陶华敏;;PWM型电压调节器单粒子效应及加固技术研究[J];宇航学报;2010年11期
14 赵振宇;蒋仁杰;张民选;胡军;李少青;;差分压控振荡器中单粒子瞬变的研究[J];国防科技大学学报;2009年02期
15 薛玉雄;曹洲;杨世宇;;激光模拟单粒子效应试验研究[J];航天器环境工程;2006年02期
16 邢克飞;杨俊;季金明;;空间辐射效应对SRAM型FPGA的影响[J];微电子学与计算机;2006年12期
17 赵金薇;沈鸣杰;程君侠;;改进型抗单粒子效应D触发器[J];半导体技术;2007年01期
18 侯睿;赵尚弘;胥杰;李勇军;吴继礼;;高能带电粒子对卫星光通信系统的影响分析[J];光通信技术;2008年09期
19 张英武;袁国顺;;一种抗单粒子全加固D触发器的设计[J];固体电子学研究与进展;2009年03期
20 罗尹虹;郭红霞;陈伟;姚志斌;张凤祁;王园明;;SRAM激光微束单粒子效应实验研究[J];微电子学;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘杰;侯明东;张庆祥;甑红楼;孙友梅;刘昌龙;王志光;朱智勇;金运范;;高能质子引起器件单粒子效应的研究方法[A];实践五号卫生空间探测与试验成果学术会议论文集[C];2002年
2 刘杰;;元器件单粒子效应的加速器地面测试研究[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年
3 叶宗海;林云龙;蔡金荣;韩建伟;朱光武;候明东;;单粒子效应的地面综合实验研究[A];第九届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2000年
4 刘杰;侯明东;张庆祥;王志光;孙友梅;朱智勇;金运范;;质子在半导体器件中引起的单粒子效应研究[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十五次学术会议论文集[C];2002年
5 侯明东;刘杰;王志光;张庆祥;李保权;甄红楼;金运范;朱智勇;陈晓曦;刘昌龙;孙友梅;唐玉华;叶宗海;朱光武;林云龙;蔡金荣;王世金;都亨;;SJ-5卫星单粒子效应地面模拟:装置(Ⅰ)-单粒子效应加速器地面模拟试验装置研制[A];实践五号卫生空间探测与试验成果学术会议论文集[C];2002年
6 徐飞;王巍;;单粒子效应误差注入仿真技术研究[A];全国第五届信号和智能信息处理与应用学术会议专刊(第一册)[C];2011年
7 刘杰;侯明东;张庆祥;甄红楼;李保权;王志光;刘昌龙;孙友梅;朱智勇;金运范;;Intel 8086微处理器地面单粒子效应实验(Ⅰ)[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十四次学术会议论文集[C];2001年
8 张正选;李国政;罗晋生;陈晓华;姬琳;王燕萍;巩玲华;;利用加速器重离子进行SRAM单粒子效应的研究[A];第9届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C];1998年
9 侯明东;刘杰;王志光;张庆祥;李保权;甄红楼;金运范;朱智勇;陈晓曦;刘吕龙;孙友梅;唐玉华;叶宗海;朱光武;林云龙;蔡金荣;王世金;都亨;;单粒子效应加速器地面模拟试验装置研制[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十三次学术会议论文集[C];2000年
10 侯明东;刘杰;甄红楼;张庆祥;王志光;李保权;金运范;朱智勇;陈晓曦;刘昌龙;孙友梅;唐玉华;叶宗海;朱光武;林云龙;蔡金荣;王世金;都亨;;SJ-5卫星单粒子效应地面模拟:装置(Ⅲ)-单粒子效应实验中的能量测量系统[A];实践五号卫生空间探测与试验成果学术会议论文集[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 韩郑生;SOI发展面临技术和成本瓶颈[N];中国电子报;2007年
2 宗河;“实践”系列卫星:中国航天的成功之星[N];大众科技报;2002年
3 本报记者 霍红 通讯员 孙萌萌;她的团队助“神六”翱翔太空[N];沈阳日报;2009年
4 庞之浩;20世纪的中国空间技术(上)[N];大众科技报;2001年
5 马世俊;中国小卫星有九个小兄弟[N];光明日报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 耿超;微纳级SRAM器件单粒子效应理论模拟研究[D];中国科学院研究生院(近代物理研究所);2014年
2 马英起;单粒子效应的脉冲激光试验研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2011年
3 邢克飞;星载信号处理平台单粒子效应检测与加固技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
4 黄海林;高可靠处理器体系结构研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2006年
5 王同权;高能质子辐射效应研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
6 赵振宇;锁相环中单粒子瞬变效应的分析与加固[D];国防科学技术大学;2009年
7 刘必慰;集成电路单粒子效应建模与加固方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
8 沙建军;空间带电粒子谱的探测和研究[D];中国原子能科学研究院;2003年
9 辛明瑞;面向空间应用的容错RISC处理器体系结构研究[D];西北工业大学;2006年
10 王忠明;SRAM型FPGA的单粒子效应评估技术研究[D];清华大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王佩;单粒子效应电路模拟方法研究[D];电子科技大学;2010年
2 史冬霞;数字集成电路老化预测及单粒子效应研究[D];合肥工业大学;2013年
3 刘永乐;单粒子效应数据库系统研究[D];中国科学院空间科学与应用研究中心;2000年
4 刘凯哲;单粒子效应在轨翻转率预计研究[D];黑龙江大学;2014年
5 段雪岩;单粒子脉宽抑制和单粒子测试方法研究[D];复旦大学;2011年
6 张伟;脉冲激光模拟半导体分立器件单粒子效应的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
7 高园林;锁相环中单粒子效应机理研究[D];电子科技大学;2013年
8 刘庆川;CMOS集成电路抗辐射加固工艺技术研究[D];哈尔滨理工大学;2007年
9 凌幸华;基于TSC695F的高可靠星载嵌入式系统设计与实现[D];复旦大学;2009年
10 张振力;临近空间大气中子及其诱发的单粒子效应仿真研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978