FPGA抗单粒子效应设计概述

操作，将其与原始配臵文件进行逐位比对。如
果有不同，则对出现错误的列进行局部重配臵。
四、抗单粒子效应加固设计
（四）FPGA状态分析与重配臵
Actel高可靠性的反熔丝FPGA是系统的监控 模块，通过Xilinx FPGA内部的功能模块提供的
状态信息，对当前FPGA的功能的正常性做出分
析与判断。根据评估结果，如果发上辐射失效的 概率足够大时，Actel FPGA将对Xilinx FPGA进行 复位、重配臵或者局部重配臵，以恢复其正常功 能。
五、结束语
21世纪的国防已经开始向遥远的太空延伸， 空间必将成为继陆、海、空之外的第四维战 场。FPGA在航空电子应用中的加固设计可以 直接应用于航空电子仪器设备，从而加强我 国宇航级高性能数字器件的应用能力，提高 我国航空航天事业的整体研究水平。
FPGA抗单粒子效应设计概述
引述——背景知识
21世纪太空将成为国际军事竞争的制高点。 空间领域广泛应用大规模集成电路。 集成电路工艺尺寸的不断减小，导致辐射敏感 度不断增加。
论述结构
一、辐射环境及辐射效应
二、单粒子效应机理
三、宇航应用中的芯片选择
四、抗单粒子效应加固设计
五、结束语
一、辐射环境及辐射效应
二、单粒子效应机理
单粒子瞬态脉冲效应：
当一个带电粒子冲击组合逻辑块时，同
样会产生瞬时电流脉冲，这种现象称为单粒
子瞬态脉冲效应（Single Event
Transient）。
二、单粒子效应机理
FPGA易受影响的原因：
FPGA芯片是基于CMOS工艺的器件，其逻
辑功能取决于配臵存储器或程序存储区内的
二进制代码。
三、宇航应用中的芯片选择
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专用集成电路（ASIC） 基于SRAM的FPGA 基于反熔丝技术的FPGA
三、宇航应用中的芯片选择
专用集成电路（ASIC）
最高密度、最小重量和最低功耗
成本高、风险高
欠缺灵活性
三、宇航应用中的芯片选择
基于SRAM的FPGA
高逻辑密度、高灵活性
短上市时间、低开发成本
（一）辐射环境
来 自 太 阳 系 之 外 的 辐 射
（一）辐射环境
存 在 于 太 阳 系 内 的 辐 射
（一）辐射环
位移损伤
单粒子功能中断
单粒子烧毁
单粒子翻转
单粒子瞬态脉冲
二、单粒子效应机理
单粒子翻转效应： 当一个带电粒子击中存储单元的某一 敏感节点时，将产生存储值的倒臵，也就 是存储单元中的单粒子翻转（Single Event Upset）。
性的器件的状态监控，中等级、中等
可靠性的器件实施对低等级、低可靠 性器件的监控，依此类推，构成一个 金字塔形的层层监控的可靠性体系结 构。
四、抗单粒子效应加固设计
芯片选择
四、抗单粒子效应加固设计
（三）配臵存储器的回读与重配臵
Actel高可靠性的反熔丝FPGA负责从非易 失大容量存储器中读取Xilinx FPGA的配臵数据 并对其进行配臵，然后在系统运行期间，对最 容易受辐射效应影响的配臵存储器按列进行读
系统复杂、可靠性较低
三、宇航应用中的芯片选择
基于反熔丝技术的FPGA
高灵活性、成本较低、风险较低
最低的FPGA功耗、高可靠性
重量较轻、占用板卡空间较少
四、抗单粒子效应加固设计
基于制造工艺的技术 基于设计的技术
恢复技术（仅用于可编程逻辑）
四、抗单粒子效应加固设计
（一）看门狗电路 对于可能的单粒子翻转采取了看门电路， 一旦发生单粒子翻转导致的程序走飞，可通过 狗咬信号对FPGA进行复位，从而达到自动恢复。
四、抗单粒子效应加固设计
（二）三重模块冗余技术
三个相同的模块分别接收三个相同的输入Input，产生 的三个结果送至三选二表决逻辑。
四、抗单粒子效应加固设计
基于制造工艺的技术 基于设计的技术
恢复技术（仅用于可编程逻辑）
四、抗单粒子效应加固设计
体系结构加固设计
金字塔形体系结构：高等级、高 可靠性的器件实施对中等级、中可靠