[发明专利]FPGA单粒子闩锁监测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体涉及一种受到重离子辐照的SRAM型FPGA的单粒子闩锁的监测方法及装置。

背景技术

在卫星和空间环境中，越来越多的使用到SRAM（Static Random Access Memory）型FPGA（Field-Programmable Gate Array）。SRAM型FPGA（以下简称FPGA）在空间环境中可能发生的主要单粒子效应包括：单粒子闩锁（SEL）、单粒子翻转（SEU）、单粒子功能中止（SEFI）等。针对此类空间辐射效应，NASA（美国国家航空航天局）、ESA（欧洲航天局）等机构开展了大量的试验。试验表明单粒子闩锁会导致FPGA电流增大，局部温度升高，有时甚至可以高达200℃以上，若FPGA长时间处于高温状态将导致器件的永久损坏。

单粒子闩锁仅发生于CMOS工艺中，由于CMOS工艺固有的p-n-p-n四层结构，构成了寄生的可控硅结构，在正常情况下，寄生的可控硅处于高阻关断状态，当带电离子入射后可触发其导通，有电流流过，由于可控硅的正反馈特性，流过的电流不断增大，进入大电流再生状态，即闩锁。

现有的监测SEL的方法均是监测电流，然而当电流过大的情况下可能会烧毁器件，本发明方法使用的电路具有保护被试器件的作用。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明主要解决现有技术中对FPGA SEL监测时，由于电流过大而可能造成器件永久损伤的技术问题。

（二）技术方案

本发明提供了一种FPGA单粒子闩锁监测方法，该方法包括以下步骤：

a、使用重离子束流辐照FPGA，监测FPGA的工作电流，当所述工作电流超过规定值时，对FPGA进行重新配置；

b、若上述重新配置失败，则对FPGA进行断电重启，重新加载程序；

c、若上述重新加载程序成功，则记录一次单粒子闩锁。

进一步的，所述步骤a中，使用计算机控制的可编程电源，通过测量采样电阻的压降来监视FPGA的工作电流。

进一步的，所述步骤a中，同时监测FPGA的工作温度。

进一步的，所述步骤a中，所述工作电流超过规定值，是指超过FPGA器件正常工作电流的1.5倍。

进一步的，在所述步骤a之后，若对FPGA重新配置成功，则继续监测所述工作电流。

进一步的，在所述步骤b之后，若FPGA重新加载程序失败，则表示FPGA损坏。

进一步的，在所述步骤c之后，还包括以下步骤：

设定当SEL总数达到预设值或重离子总注量达到预设量时，停止辐照。

本发明还提供了一种电流监测装置，该装置包括：

电流检测放大单元，用于检测采样电阻的电流，并放大采样电阻的电压；

电压比较单元，与所述电流检测放大单元相连，用于比较采样电阻的电压和参考电压，并根据比较结果输出高电平或低电平；

场效应晶体管，与所述电压比较单元相连，根据所述电压比较单元输出的电平来控制负载供电电路的导通和截止。

进一步的，所述电流检测放大单元和电压比较单元采用MAX4373芯片实现。

（三）有益效果

本发明方法能实时监测器件的工作电流，有利于FPGA单粒子闩锁的判断，同时，由于采用了计算机控制的可编程电源，具有保护被试器件的作用。

附图说明

图1是本发明的FPGA SEL监测流程图；

图2是电流监测装置的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明的FPGA SEL监测流程图，其实现过程如下：

步骤S101，搭建测试系统，确保系统通信正常，工作正常。确保FPGA内核电压、工作电压、I/O电压及锁相环（PLL）电压均设置为额定工作电压，调整重离子束流的注量率、辐照面积和均匀度等，使之满足要求。根据规范可以使用不同LET值的重离子束流进行辐照试验。

步骤S102，使用计算机控制的可编程电源采集工作电流，当工作电流增大时，被采样电阻的电压降随之增大，通过测量采样电阻的压降来监视FPGA的工作电流。