[發明專利]一種基于系統級封裝的耐輻射混合信號FPGA

有效

• 申請號: 202110065921.6
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112953534B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 馮長磊;魏曉飛;陳雷;李光北;胡培峰;田嶺;秦賀;武昊男;吳鵬;張濤;賈森
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: H03M1/08
• 分類號: H03M1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

本發明一種基于系統級封裝的耐輻射混合信號FPGA，由可編程邏輯單元、高速并行模數轉換單元、低速串行模數轉換單元、數模轉換單元和刷新單元組成。采用系統級封裝技術，集成上述五顆耐輻射裸芯，實現通用FPGA邏輯、模數轉換、數模轉換、高速度、并行數據處理、實時刷新等功能。本發明所述的耐輻射混合信號FPGA，具有集成度高、體積小、可靠性高、通用性強等優點，為宇航用陀螺等電子產品混合信號采集、數據處理提供了解決方案。

技術領域

本發明涉及一種混合信號FPGA，特別是一種基于系統級封裝技術的耐輻射混合信號FPGA，屬于混合信號微系統領域。

背景技術

宇航環境存在大量的γ射線、x射線和中子、電子等高能粒子，會造成半導體器件功能、性能發生短暫失效甚至永久失效，從而導致衛星或空間飛行器發生災難性后果，所以空間應用領域的輻射環境要求半導體器件具備耐輻射性能。電離輻射效應和單粒子效應是考量MOS工藝加工的半導體集成電路適用于宇航環境的關鍵。

航空航天、軍用衛星等武器裝備領域通常要求光纖陀螺信號采集和數據處理系統小型化，目前陀螺信號采集及數據處理系統，多數采用PCB板級組裝多顆獨立芯片方式實現系統功能，受制于各芯片體積、質量等限制，PCB板級組裝系統無疑存在體積大、集成度低等問題。所以研究適用于宇航環境的小型化、輕質化、高集成度、通用性強的耐輻射混合信號FPGA尤為重要，目前國內外關于此方面研究比較空缺。

發明內容

本發明的技術解決問題為：克服現有技術的不足，提供一種基于系統級封裝的耐輻射混合信號FPGA，具備模數轉換、數模轉換、高速數據處理、實時刷新、自動修復輻照效應造成的中斷等功能，為宇航環境下陀螺信號采集和數據處理提供了解決方案，提高了集成度和通用性。

本發明的技術解決方案是：一種基于系統級封裝的耐輻射混合信號FPGA，包括：可編程邏輯單元、高速并行模數轉換單元(高速并行ADC)、低速串行模數轉換單元(低速串行ADC)、數模轉換單元(DAC)和刷新單元；

高速并行模數轉換單元(高速并行ADC)采集陀螺信號并實現模數轉換，得到數字信號1，送至可編程邏輯單元；可編程邏輯單元對高速并行模數轉換單元(高速并行ADC)輸出的數字信號1按照預先設定的數據處理要求進行數據處理，得到可編程邏輯單元的輸出信號1，送至數模轉換單元(DAC)，數模轉換單元(DAC)實現信號的數模轉換，得到模擬信號1，并輸出至外部；

刷新單元實現可編程邏輯單元的配置與刷新。刷新單元通過調取外部存儲器中預存的配置數據，利用配置數據對可編程邏輯單元進行配置；刷新單元根據可編程邏輯單元的型號確定刷新數據長度，調取外部存儲器中預存的配置數據并按照確定的刷新數據長度對配置數據進行處理，刷新單元利用處理后的配置數據對可編程邏輯單元進行重新配置實現對可編程邏輯單元的刷新；

低速串行模數轉換單元(低速串行ADC)，采集溫度傳感器信號并實現模數轉換，得到數字信號2，送至可編程邏輯單元；可編程邏輯單元對低速串行模數轉換單元(低速串行ADC)輸出的數字信號2按照預先設定的數據處理要求進行數據處理，得到可編程邏輯單元的輸出信號2，送至數模轉換單元(DAC)，數模轉換單元(DAC)實現信號的數模轉換，得到模擬信號2，并輸出至外部；

優選的，刷新單元根據可編程邏輯單元的型號確定刷新數據長度，調取外部存儲器中預存的配置數據并按照確定的刷新數據長度對配置數據進行處理，刷新單元利用配置數據對可編程邏輯單元進行重新配置實現對可編程邏輯單元的刷新，在FPGA置于輻射環境中發生單粒子翻轉時進行。

優選的，可編程邏輯單元、高速并行模數轉換單元(高速并行ADC)、低速串行模數轉換單元(低速串行ADC)、數模轉換單元(DAC)和刷新單元為五種功能單元；耐輻射混合信號FPGA集成的五種功能單元，均為裸芯，且均具備耐輻射性能。采用系統級封裝技術，耐輻射混合信號FPGA為上下雙腔體陶瓷封裝，上下腔體采用氣密性封裝，通過引線鍵合、基板布線等在耐輻射混合信號FPGA中集成五顆耐輻射裸芯。