[發明專利]部分三模冗余SRAM型FPGA的單粒子翻轉特性的測試方法

有效

• 申請號: 201210355797.8
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102901924A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 于慶奎;羅磊;張大宇;劉迎輝;唐民;祝名
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G01R31/317
• 分類號: G01R31/317
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;王博

技術領域

本發明屬于粒子輻照測試領域，尤其涉及一種部分三模冗余加固后的SRAM型FPGA的單粒子翻轉特性的測試方法。

背景技術

SRAM型FPGA由配置存儲器、塊存儲器、觸發器、全局控制寄存器和半閉鎖結構等組成，以其集成度高、靈活性強、開發周期短的特點，在航天領域得到了越來越廣泛的應用。然而，其工作的空間環境存在著大量γ光子、輻射帶電子、高能質子等高能粒子，而SRAM型FPGA是一種單粒子翻轉敏感器件，由配置存儲器、塊存儲器、觸發器、全局控制寄存器和半閉鎖結構等組成，每一部分均可能在高能粒子的轟擊下產生單粒子翻轉，這對SRAM型FPGA的影響尤為明顯。

現代FPGA工藝向著低電壓、高集成度方向發展，這使得發生空間輻射響應的閾值越來越低，發生故障的概率越來越大。空間輻射效應的發生，輕則會使設備工作異常，重則會導致設備燒毀、永久失效。因此，FPGA必須進行高可靠性設計，來最大限度地預防和解決空間輻射效應的影響。

三模冗余加固(Triple?Modular?Redundancy，TMR)，常用的抗單粒子翻轉的措施之一．三個模塊同時執行相同的操作，以多數相同的輸出作為表決系統的正確輸出，通常稱為三取二。三個模塊中只要不同時出現兩個相同的錯誤，就能掩蔽掉故障模塊的錯誤，保證系統正確的輸出。由于三個模塊是互相獨立的，兩個模塊同時出現錯誤是極小概率事件，故可以大大提高系統的可靠性。但三模冗余會增加器件內部資源使用量，在一些應用中，由于使用資源大，而器件內部資源總量是一定的，無法做到對所有的電路進行三模冗余設計，設計師根據影響程度，對影響大的部分關鍵電路進行三模冗余，其余部分不采取三模冗余。因為僅是部分冗余，而不是所有的電路都進行冗余，因此無法預計部分冗余后是否能夠真正提高器件的抗單粒子翻轉的性能，這種部分三模冗余后的器件單粒子翻轉特性測試是目前國際上的難點，目前還沒有一種方法能夠測試出部分三模冗余對器件的加固效果。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供一種部分三模冗余SRAM型FPGA的單粒子翻轉特性的測試方法，能夠準確地能夠測試出部分三模冗余對器件的加固效果。

本發明提供一種部分三模冗余SRAM型FPGA的單粒子翻轉特性的測試方法，該方法的流程如圖1所示，包括：

1）用LET值大于翻轉閾值的高能粒子，在設定的注量率下輻照被測器件，當器件輸出特性不正確且在停止粒子束輻照的時間T1內器件功能未恢復正常時，則記錄1次單粒子錯誤，重新配置FPGA器件功能，并多次重復輻照被測器件以得到累計的單粒子錯誤，并計算單粒子錯誤截面；

2）使粒子的LET值不變而注量率降低，并重復上述步驟1），得到另一單粒子錯誤截面，若該單粒子錯誤截面與前一次單粒子錯誤截面的差異小于一預定值，則取該次單粒子錯誤截面為被測器件的最終單粒子錯誤截面值，若該單粒子錯誤截面與前一次單粒子錯誤截面之差大于一預定值，則繼續重復該步驟2）；

3）提供另一與被測器件相同的不進行三模冗余加固的對比器件，用與步驟1）中的LET值相同的高能粒子，在對比注量率下，輻照對比器件，當器件輸出特性不正確且在停止粒子束輻照的時間T1內器件功能未恢復正常，則記錄1次單粒子錯誤，并多次重復輻照對比器件以得到多次單粒子錯誤，并計算單粒子錯誤截面；

4）計算未三模冗余加固的對比器件的單粒子錯誤截面與步驟2）得到的被測器件的最終單粒子錯誤截面的比值。

根據本發明提供的方法，根據步驟4）得到的比值判斷加固效果，比值越大，則說明三模冗余加固效果大，比值越小，說明三模冗余加固效果越小。

根據本發明提供的方法，其中上述步驟1）和步驟3）中，停止輻照的時間T1為20至50秒。

根據本發明提供的方法，其中上述步驟1）中，多次重復輻照被測器件，直到累積出現預定次數的單粒子錯誤時停止輻照。

根據本發明提供的方法，其中上述步驟1）中，多次重復輻照被測器件，直到輻照累積注量達到預定量時停止輻照·。

根據本發明提供的方法，其中上述步驟3），多次重復輻照對比器件，直到累積出現預定次數的單粒子錯誤時停止輻照。

根據本發明提供的方法，其中上述步驟3）中，多次重復輻照對比器件，直到輻照累積注量達到預定量時停止輻照。

根據本發明提供的方法，其中上述步驟3中），所述對比注量率比步驟1）中所述的最終單粒子錯誤截面值所對應的注量率大兩個數量級。

根據本發明提供的方法，其中步驟2）中所述的預定值在0-10%之間。