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单粒子翻转对FPGA的影响及解决方法

1 单粒子翻转对FPGA 的影响

对于在轨的空间应用而言,需要考虑外太空辐射对电子元器件带来的影响,包括单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)、多粒子翻转(Multiple Bit Upset,MBU)、单粒子瞬态效应(Single Event Transient,SET)、单粒子功能中断(SingleEvent Functional Interrupt,SEFI)。

由于基于SRAM 型FPGA 最容易受到单粒子翻转的影响,而所谓的单粒子翻转是指外太空的高能粒子进入半导体器件内,引起瞬态扰动而导致存储状态发生变化。它是一种位的翻转,并不会损害原件,而只是改变静态存储单元的逻辑状态。特别的,单粒子翻转可能会改变静态存储单元(锁存器、触发器、RAM 单元等)的逻辑状态。

SEU 的测试技术通常有两种,即静态测试和动态测试。前者主要是在FPGA 内部不进行数据传输时,通过测试FPGA 内部的配置存储器、块存储器,以获取两种存储器的翻转截面。后者则是在FPGA 内部进行数据传输时,对其内部的块存储器和配置逻辑单元进行测试。

高能粒子的撞击会引起电流脉冲,影响一些双稳态敏感节点,比如三极管的漏极,如下图所示。这可能会超出了节点的电荷临界值,从而导致逻辑的变化。

例如,对于某个查找表LUT&#x

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