[GBK] 国外抗辐射加固FPGA研制情况概述(1)

半导体器件辐射效应及抗辐射加固随着空间技术和国防科技的不断发展，半导体器件在航空、航天、军事等领域的应用越来越广泛。

然而，半导体器件在受到空间辐射后会产生各种效应，如离子注入、光刻、蚀刻等，这些效应会导致器件性能下降甚至失效。

为了提高半导体器件的可靠性，抗辐射加固技术成为了研究热点。

半导体器件受到辐射后，会产生各种效应。

其中，离子注入是一种常见的辐射效应，它是指高能离子在半导体中注入并形成堆积层，从而导致器件性能下降。

光刻则是指辐射引起的半导体表面形态变化，它会导致器件的几何形状和尺寸发生变化，进而影响性能。

蚀刻也是辐射效应之一，它是指辐射引起的半导体表面物质损失和形貌变化，进而导致器件性能下降。

为了应对半导体器件的辐射效应，各种抗辐射加固技术应运而生。

材料选择是一种有效的加固方法。

通过选择具有优良抗辐射性能的材料，如碳化硅、砷化镓等，可以显著提高半导体器件的抗辐射能力。

结构优化也是一种有效的抗辐射加固技术。

例如，通过优化器件的结构，可以降低辐射对器件性能的影响。

减少剂量率也是一种可行的加固方法。

通过降低辐射剂量率，可以减少器件受到的辐射损伤，从而提高器件的可靠性。

为了比较各种加固技术效果，我们选取了一种常见的半导体器件——互补金属氧化物半导体（CMOS）进行实验研究。

我们采用材料选择方法，分别选用碳化硅和硅材料制作CMOS器件。

实验结果表明，碳化硅材料的CMOS器件性能更稳定，抗辐射能力更强。

然后，我们采用结构优化方法，对CMOS器件的结构进行了优化设计。

优化后的CMOS 器件在受到辐射后，性能下降幅度明显减小。

我们采用减少剂量率方法，降低了辐射剂量率。

实验结果显示，降低剂量率后，CMOS器件的性能更加稳定。

本文对半导体器件的辐射效应及抗辐射加固技术进行了深入探讨。

通过实例分析，我们发现材料选择、结构优化和减少剂量率等抗辐射加固技术均能有效地提高半导体器件的抗辐射能力，从而提高器件的可靠性。

其中，材料选择是最为关键的加固方法，它直接决定了器件的抗辐射性能。

FPGA技术介绍与展望FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑设备，它可以用来实现数字电路的任意功能。

相比于传统的ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）芯片，FPGA具有更高的灵活性和可重构性。

本文将介绍FPGA技术的原理、特点以及未来的发展展望。

FPGA的原理基于可编程门阵列（Programmable Logic Array，PLA）和可编程互连（Programmable Interconnect）技术。

PLA是由一系列可编程逻辑单元（Logic Element，LE）组成的，每个LE可以实现逻辑运算、存储和计数等功能。

可编程互连则用于连接不同的LE，形成所需的电路结构。

通过编程配置FPGA中的PLA和互连，可以实现各种不同的电路功能。

FPGA的特点主要包括灵活性、可重构性和高性能。

首先，FPGA可以根据需求灵活地配置逻辑功能和互连结构，可以实现各种不同的数字电路。

其次，FPGA可以通过重新编程来实现功能的改变，而无需重新设计和制造芯片。

这样可以大大缩短产品的开发周期，提高开发效率。

最后，FPGA具有高性能的特点，可以实现高速的并行计算和信号处理，适用于各种高性能应用领域。

FPGA技术在多个领域有着广泛的应用。

首先，在通信领域，FPGA可以用于实现各种通信协议的编解码、调制解调、信号处理等功能，同时具有较低的功耗和较高的数据处理能力。

其次，在图像和视频处理领域，FPGA可以用于图像处理、视频编码和解码、计算机视觉等应用，具有较高的并行计算能力和实时性能。

此外，FPGA还被广泛应用于工业自动化、航天航空、医疗设备等领域。

未来，FPGA技术将继续发展和突破。

首先，FPGA的集成度将持续提高，可以实现更多的逻辑单元和互连资源，进一步提高计算和处理能力。

其次，FPGA将更加注重功耗和性能的平衡，通过优化设计和算法，实现更高的能效比。

fpga背景和发展历史
FPGA（Field-Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，是一种基于可重构硬件的集成电路。

它具有与ASIC （Application-Specific Integrated Circuit）类似的性能，但相对
于ASIC而言，FPGA可提供更高的灵活性和可重构能力。

FPGA的发展历史可追溯到20世纪80年代。

当时，早期的FPGA仅具备一些基本的逻辑门和寄存器元件，并且规模较小。

但随着技术的发展，FPGA不断增加了可用的逻辑单元、存储
单元和I/O端口等，功能也越来越强大。

1990年代，FPGA开始得到更广泛的应用。

随着FPGA制造技术的进步，FPGA器件的复杂度和密度大大提高，使得它们能
够在更广泛的应用领域发挥作用，包括通信、图像处理、数字信号处理、嵌入式系统和科学研究等。

在21世纪初，FPGA的性能和可靠性继续提高，并且逐渐成
为许多领域中的关键技术和解决方案。

FPGAs被广泛应用于
数据中心、网络设备、无线通信、军事、航天航空、医疗设备以及科学研究等领域。

随着技术的不断发展，FPGA在性能、功耗和可编程能力方面
不断刷新记录，并且逐渐与传统的ASIC相媲美。

同时，FPGA的设计工具也不断改进，使得设计者更容易开发复杂的
电路和系统。

总结起来，FPGA经过了几十年的发展，已经成为现代电子系
统设计的重要工具之一。

它具有灵活、可重构、可编程的特点，在越来越多的应用领域中发挥着重要作用。

抗辐射加固微电子论文１引言预计在未来１０到２０年，微电子器件抗辐射加固的重点发展技术是：抗辐射加固新技术和新方法研究；新材料和先进器件结构辐射效应；多器件相互作用模型和模拟研究；理解和研究复杂３－Ｄ结构、系统封装的抗辐射加固；开发能够降低测试要求的先进模拟技术；开发应用加固设计的各种技术。

本文分析研究了微电子器件抗辐射加固设计技术和工艺制造技术的发展态势。

２辐射效应和损伤机理研究微电子器件中的数字和模拟集成电路的辐射效应一般分为总剂量效应（ＴＩＤ）、单粒子效应（ＳＥＥ）和剂量率（ＤｏｅｓＲａｔｅ）效应。

总剂量效应源于由γ光子、质子和中子照射所引发的氧化层电荷陷阱或位移破坏，包括漏电流增加、ＭＯＳＦＥＴ阈值漂移，以及双极晶体管的增益衰减。

ＳＥＥ是由辐射环境中的高能粒子（质子、中子、α粒子和其他重离子）轰击微电子电路的敏感区引发的。

在ｐ－ｎ结两端产生电荷的单粒子效应，可引发软误差、电路闭锁或元件烧毁。

ＳＥＥ中的单粒子翻转（ＳＥＵ）会导致电路节点的逻辑状态发生翻转。

剂量率效应是由甚高速率的γ或Ｘ射线，在极短时间内作用于电路，并在整个电路内产生光电流引发的，可导致闭锁、烧毁和轨电压坍塌等破坏［１］。

辐射效应和损伤机理研究是抗辐射加固技术的基础，航空航天应用的ＳｉＧｅ，ＩｎＰ，集成光电子等高速高性能新型器件的辐射效应和损伤机理是研究重点。

研究新型器件的辐射效应和损伤机理的重要作用是：１）对新的微电子技术和光电子技术进行分析评价，推动其应用到航空航天等任务中；２）研究辐射环境应用技术的指导方法学；３）研究抗辐射保证问题，以增加系统可靠性，减少成本，简化供应渠道。

研究的目的是保证带宽／速度不断提升的微电子和光（如光纤数据链接）电子电路在辐射环境中可靠地工作。

图１所示为辐射效应和损伤机理的重点研究对象。

研究领域可分为：１）新微电子器件辐射效应和损伤机理；２）先进微电子技术辐射评估；３）航空航天抗辐射保障；４）光电子器件的辐射效应和损伤机理；５）辐射测试、放射量测定及相关问题；６）飞行工程和异常数据分析；７）提供及时的前期工程支持；８）航空辐射效应评估；９）辐射数据维护和传送。

FPGA概述2.1 FPGA简介FPGA（Field－Programmable Gate Array）是现场可编程门阵列的缩写，是近年来快速发展的大规模可编程逻辑器件。

随着微电子技术及其制造工艺的发展，可编程逻辑器件的逻辑门密度越来越高，具有百万逻辑门的FPGA已经出现。

FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展而来的产物。

它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

由于FPGA具有高密度，速度快，功耗小，使用方便灵活等特点，越来越来受到开发者的重视，尤其是在嵌入式系统开发中得到了广泛的应用。

FPGA与ASIC（专用集成电路）相比而言，一般来说比ASIC的运行速度要慢，实现同样的功能也比ASIC电路所需要的面积要大一些，而且在同等情况下的功耗更高。

但是FPGA可以快速成品，可以被设计者通过修改程序来改正其中的错误，而且FPGA具有更便宜的造价。

芯片设计者的开发初期通常是在普通的FPGA上完成的，在验证成功之后才将设计转移到一个类似于ASIC的专用FPGA 芯片上。

2.2 FPGA的工作原理FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输入输出模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。

现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。

FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。

关于FPGA调研报告FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，能够在硬件上实现数字电路。

它具有灵活性高、适应性强、功耗低等特点，因此在各种领域都有广泛应用。

本文将从FPGA的背景与发展、应用领域和未来发展趋势等方面进行调研，总结FPGA的现状和前景。

首先，我们来看FPGA的背景与发展。

FPGA最早起源于20世纪80年代，当时主要用于学术研究和实验。

在之后的几十年里，随着科技的不断进步和需求的增加，FPGA得到了广泛发展和应用。

特别是随着集成电路技术的发展，FPGA的规模不断扩大，器件的性能和功耗也得到了大幅提升。

现在，FPGA已经成为数字电路设计和实现的重要工具，被广泛应用于通信、计算机、嵌入式系统、人工智能等领域。

其次，我们来探讨FPGA的应用领域。

由于FPGA具有高度可编程性和灵活性，使得它在许多领域有着广泛的应用。

在通信领域，FPGA被用于实现各种数字信号处理算法，如调制解调、信道编码等。

在计算机领域，FPGA可用于加速算法和硬件加速器的设计，提高计算性能。

在嵌入式系统领域，FPGA被用于实现软核和硬核处理器，用于处理实时数据和控制系统。

在人工智能领域，FPGA被用于实现神经网络和深度学习模型，提高计算速度和效率。

可以看出，FPGA在各个领域都有广泛应用，并且随着技术的不断发展，FPGA的应用领域还将进一步扩展。

最后，我们来探讨FPGA的未来发展趋势。

随着技术的不断进步和需求的增加，FPGA在未来有着广阔的发展前景。

首先，FPGA的规模将不断增大，器件的性能和功耗将得到进一步提升。

其次，FPGA将更加注重与其他技术的融合，如人工智能、物联网等，以满足多样化的需求。

此外，FPGA的开发工具和编程模型也将得到进一步改进，简化开发流程和提高开发效率。

最后，FPGA将更加注重安全性和可靠性，以保护系统和数据的安全。

总的来说，FPGA的未来发展将会更加多样化和全面化。

抗辐射美国Intersil公司推出耐辐射塑料封装集成电路产品，支持低轨道小卫星任务美国Intersil公司宣布推出其全新的三款耐辐射塑料封装IC系列产品，旨在支持快速发展的低地球轨道（LEO）小型卫星任务。

Intersil的耐辐射塑料器件包括ISL71026M 3.3V控制器局域网（CAN）收发器，ISL71444M 40V四路精密轨到轨输入输出（RRIO）运算放大器和ISL71001M 6A负载点（POL）电压调节器。

这些器件的成本远低于Class V空间级产品的。

所有三个ISL71xxxM器件都通过了测试，总剂量（TID）高达30krads（Si）。

单粒子事件（SEE）在线性能量转移（LET）为43MeV·cm2/mg的情况下未发生单粒子烧毁（SEB）、单粒子闩锁（SEL）、单粒子瞬变（SET）和单粒子功能中断（SEFI）。

塑料封装意义Intersil公司基于50多年的抗辐射产品（>75krad）和耐辐射产品（<75krad）研制经验，研发出耐辐射塑料封装流程。

前期的辐射效应表征和AEC-Q100汽车级鉴定降低了Intersil的耐辐射塑料器件成本，可用于成本敏感的小型卫星，支持卫星在LEO任务寿命长达五年。

ISL71xxxM还适用于高空（>40km）航空电子系统、易产生重离子的运载火箭，以及可能受辐射的医疗设备。

Intersil工业模拟和功率产品业务副总裁Philip Chesley表示：“低地球轨道的小型卫星使命寿命短，正在推动低成本的商业现货（COTS）IC发展，但仍旧存在昂贵的元器件升级筛选和宇航可靠性问题。

Intersil的具有成本效益、耐辐射塑料封装IC产品克服了COTS的可靠性问题和隐藏成本，为卫星制造商制造大型卫星星座群提供了保证。

”ISL71026MISL71026M耐辐射3.3V控制器局域网（CAN）收发器的串行数据传输速率高达1Mbps。

单个CAN总线可以连接的收发器多大120个，以减少卫星指令和遥测系统的尺寸、重量和功率（SWAP）成本。

国外fpga发展现状及未来趋势分析近年来，随着信息技术的飞速发展，以及人工智能、物联网和云计算等技术的兴起，可编程逻辑器件（FPGA）作为一种关键的硬件解决方案，正在国外的市场上取得越来越大的发展。

本文将分析国外FPGA的发展现状，并探讨其未来的趋势。

目前，国外的FPGA市场主要由几家领先的公司主导，如Xilinx和Intel（以前的Altera）。

这些公司在FPGA设计和制造领域积累了丰富的经验，并通过不断创新来提供优秀的产品。

它们不仅提供了高度灵活的FPGA器件，还提供了全套的开发工具和参考设计，以帮助工程师们快速开发并部署其解决方案。

在FPGA的应用领域方面，国外市场上呈现出多样化和广泛的应用场景。

例如，FPGA在通信领域的应用非常广泛，可用于移动通信、网络设备和卫星通信等。

此外，FPGA还广泛应用于军事和航空航天领域，以及数据中心和高性能计算等领域，提供了高度可定制化和可扩展的解决方案。

随着人工智能技术的急剧发展，FPGA在机器学习和深度学习等领域中的应用也正在迅速增长。

与传统的中央处理器（CPU）相比，FPGA具有并行计算的优势，可以加速复杂算法的执行速度。

因此，FPGA被广泛用于训练和推理加速，以及在边缘设备上部署智能应用程序。

未来，国外FPGA的发展将面临一些新的趋势和挑战。

首先，随着技术的进步，FPGA器件的密度和性能将不断提高。

这将使得FPGA在更多应用领域中成为更有吸引力的解决方案。

其次，随着人工智能和物联网等技术的普及，对低功耗和高能效性能的需求也将增加。

这将促使FPGA厂商在节能方面进行更多创新，并开发出更高性能的低功耗器件。

此外，安全性也是一个重要的考虑因素，FPGA厂商需要提供更加安全可靠的解决方案，以应对潜在的安全威胁。

在未来的发展中，FPGA厂商还需要更加注重生态系统的建设。

与FPGA相关的软件工具、IP核和设计服务等，都需要不断发展和完善，以支持更多开发者的需求。

智能功率集成电路抗辐射加固设计研究半导体技术对航空航天事业起着极为重要的作用,应用在商业航天领域的电子设备及系统需要在空间辐射环境下有足够的可靠性和运行寿命,应具备足够的抗辐射能力。

智能功率集成电路在设备及系统中为各类芯片供电,可以被看作是所有集成电路的“心脏”,更是商业航天设备的关键。

随着我国商业航天产业的发展,对电子设备及系统抗辐射能力的要求越来越高,因此智能功率集成电路的抗辐射性能显得尤为重要,是航天设备在辐射环境中工作的基础。

国外对抗辐射加固技术的研究起步较早,目前对辐射效应机理和抗辐射加固技术的研究已经取得不错的进展。

国外已有若干公司能提供航天级抗辐射智能功率变换芯片及电源模块,可应用于航空航天领域。

国内对该领域关键技术的研究起步较晚,目前远远滞后于国外。

国内目前抗辐射分立器件、抗辐射工艺开发、数字电路抗单粒子加固技术等方面已经有所进展,但在标准BCD工艺下针对抗辐射智能功率集成电路加固技术的研究还较少。

因此在该领域的研究对商用航天产业具有重大意义。

本文在此背景下,基于标准BCD工艺,研究辐射效应对BJT、MOS、LDMOS等器件的影响,分析了辐射效应对预降压、基准、跨阻放大器等关键子电路的影响。

在标准BCD工艺下,从器件和电路两个层面,提出抗辐射加固措施并验证。

基于以上研究,设计了一款用于光电耦合器的抗辐射光电接收芯片和一款抗辐射Buck型DC-DC芯片。

具体研究内容及主要创新如下:1.研究BJT管和MOS 管的总剂量辐射效应产生机理,分析了双极晶体管的电流增益衰减和MOS晶体管的阈值电压漂移、漏电流增加等总剂量辐射效应对功率集成电路的影响。

为提高芯片抗总剂量辐射能力,采用环栅MOS管结构对器件进行加固,利用Sentaurus仿真平台,在0.18μm标准BCD工艺下,对环栅MOS管等效宽长比计算模型进行仿真验证。

为采用环栅MOS器件进行电路设计和仿真,在Cadence中建立环栅MOS器件单元库。

从美国微电子辐射加固计划分析我国应采取的措施刘忠立(中国科学院半导体研究所北京100083)摘要：本文首先介绍半导体器件的辐射效应及辐射加固的概况，然后介绍近年来的美国微电子辐射加固计划，最后分析我国应采取的措施1．半导体器件的辐射效应及辐射加固1945年美国在日本的广岛和长崎投下第一颗原子弹,造成重大核环境灾害。

1946年国际原子能委员会对原子能发展的控制失败，在以苏联和美国为首的二大阵营对垒形势下，美国Sandia公司从Los Alamos实验室分离出来，专门从事辐射效应的研究。

1962年美国的通讯卫星Telstar显示出半导体器件对电离辐射的易损性，由此开始了半导体器件辐射效应及辐射加固的研究。

半导体器件辐射效应及辐射加固研究的另一个动力是核环境，上世纪70年代以后，这一研究领域也成为发展先进核武器的重要学科。

由于辐射环境的复杂性以及半导体器件的多样性和辐射敏感性，半导体器件辐射响应也呈现高度的复杂性。

为了保证空间飞行器及核武器在辐射环境下能正常工作，必须进行半导体器件辐射效应及辐射加固的深入研究。

保证半导体器件在辐射环境下安全工作，至今仍然是一个科学难题。

对于空间飞行器，特别对于长寿命卫星这样的空间飞行器，电离总剂量效应是主要的辐射效应之一。

这一效应导致SiO2-Si界面近处的SiO2内形成被俘获的正空穴电荷，以及导致SiO2-Si界面产生新的界面态，它们最终导致MOSFET的阈值电压变化以及沟道漏电电流的增加。

为了降低电离总剂量效应的影响，必须对包括栅SiO2生长在内的工艺进行优化，形成一种特定的电离总剂量辐射加固工艺。

随着CMOS集成电路向超深亚微米方向发展，栅SiO2不断减薄，当其减薄至6nm以下时，从Si遂穿至SiO2的电子足以补偿电离辐射产生的空穴陷阱电荷，结果使总剂量电离辐射引起的空穴陷阱电荷的影响降低到可以不予考虑的地步。

但是由总剂量电离辐射所引起的薄栅SiO2辐射诱导漏电电流（RILC）、软击穿、加工工艺引入的辐射损伤以及短沟器件的横向非均匀损伤等效应仍不可忽视。

基于FPGA的网络安全加固方案研究网络安全问题一直是互联网时代困扰人们的难题。

随着科技的不断进步和人们的依赖程度越来越高，网络安全的意识逐渐浸入人们的生活之中。

基于FPGA的网络安全加固方案成为了一种值得研究的方案，其技术优势得到了广泛的认可。

一、FPGA简介FPGA是可编程门阵列芯片，是具有灵活可塑性的硬件实现方式。

其主要特点是可以根据需要进行硬件逻辑设计，使得FPGA既拥有了ASIC的性能，又拥有了通用电路可编程性的优点，同时还有着更快的更新速度和更好的功耗控制能力。

二、FPGA的网络安全加固方案1、硬件安全方案通过采用FPGA硬件电路与软件编程的方式，可以加固网络的物理安全。

例如，加固网络交换机的安全，包括数据包转发、流量监控、过滤策略等方面的功能。

利用FPGA先进的硬件加速技术和高性能设计，可以提高网络传输速率和安全性能，并且能够快速更新应对威胁。

2、数据安全方案FPGA加固方案可以极大地加强网络中数据的安全性。

FPGA在数据安全方面的应用主要有两种：一种是加密解密，包括DES、AES、RSA、SM4加密算法等。

这种方案利用FPGA专用硬件实现加密解密，安全性更高，放大了网络的加密性和可靠性。

另一种是数字签名，保证数据传输的完整性和身份认证。

这种方案利用FPGA硬件开发数字签名硬件核，远远超过软件实现的效率和安全性。

3、系统安全方案借助FPGA高速处理和程序可修改性的特点，可以构建一个更安全、更智能的系统。

通过软件与硬件相结合的方式，可以加强系统的自我保护和异常检测能力。

例如，在计算机操作系统级别上，可以利用FPGA的高度可编程性，设计出一些与系统安全相关的特定硬件，以便在系统与黑客之间进行重要的袭击及时发出警告或采取其他措施。

三、FPGA加固方案的优势1、安全性好FPGA加固方案可以利用其高效、快速、灵活、硬件算法等特点，大大提高网络的安全等级，增强威胁应对能力，有效防范网络攻击与恶意渗透行为。

fpga中的空间辐射效应及加固技术随着FPGA制造技术的不断提升和应用范围的扩大，FPGA在很多领域都得到了广泛的应用。

然而，FPGA在高剂量辐射环境中所面临的问题也逐渐凸显，特别是宇航、核电等领域。

辐射影响会对硅片、封装材料等引起损害，干扰器件高速运转。

其中，空间辐射环境对FPGA的影响更为突出。

如何加固FPGA以提高其抗辐射能力，是当前研究热点。

一、空间辐射效应的原因空间辐射效应是由太阳辐射、地球电离层等天然辐射和宇宙线等高能离子辐射共同作用引起的。

这些辐射会使物质受到电离、激发、击碎等作用，对电子器件严重影响。

二、空间辐射对FPGA的影响1、空间辐射效应可产生静电放电，使FPGA内部电荷积累，电压降低，甚至出现电压反向，导致FPGA完全失效。

2、空间辐射效应可使FPGA内部发生单粒子反应（SEU），导致FPGA芯片内的信息存储单元的状态随机变化，从而导致控制逻辑失效、功能失效、板载软件崩溃等问题。

3、时间相关位错（TID）是指由于电子器件长时间在辐射环境下工作而引起的误码率增加的现象。

空间辐射效应可引起FPGA的逻辑门、寄存器等单元被电离，改变电路工作时钟，导致TID、延迟误差等问题。

三、FPGA抗辐射加固技术为提高FPGA抗辐射能力，采取以下措施：1、FPGA电路设计应充分考虑辐射环境，采用可靠的纠错码、容错设计、逻辑复杂度降低等策略降低FPGA的易损度。

2、FPGA硅片封装时应选择抗辐射性能好的载体材料，防止板卡封装材料在高剂量辐射环境下损坏，并采用光阴老化测试方法评估载体材料抗辐射性能。

3、采用硬件加固方法（如隔离层技术、标准单元和重复块等）提高FPGA抗辐射能力。

硬件隔离层技术是指将FPGA内的单元、通道和系统内部元素隔离开，以减小系统内部的电荷积累和电离效应；硬件重复块技术是将多个相同的FPGA硬件单元集成在一起，实现系统工作，并可以通过故障容错的方式实现系统可靠性提高。

四、结语FPGA在空间辐射下工作时，会受到辐射效应的影响，进而导致系统失效。

FPGA技术介绍及展望解析
一、介绍
FPGA（Field Programmable Gate Array，可编程逻辑阵列）是一种可编程的器件，在开发和应用PCB板的时候，可以将FPGA配在其中，在软件和硬件设计中均有自身的优势。

FPGA是由可编程的逻辑组件（LLC）和专用集成电路（ASIC）组成的一种大型智能器件，可以为特定的电路定制硬件，完成可编程的任务，也就是不需要像使用ASIC那样，在每次变更电路的时候都需要进行重新设计。

FPGA的基本结构是构建在一组可以被编程的基本元件之上，包括运算逻辑单元（ALU）、存储器单元，以及布线路由器，这些元件可以通过芯片上的编程技术进行灵活编程，从而使用FPGA实现功能特定的电路功能。

二、FPGA优势
1、可编程性强：FPGA的可编程性非常强，用户可以在运行状态下对其功能进行微调，满足不同的应用场景；
2、延迟低：FPGA可以几乎与硬件实现同样的速度；
3、功耗低：FPGA可以根据实际的工作负载自动进行调整，从而达到节能减排的效果；
4、调试方便：FPGA的可编程性使得开发和调试非常方便，不需要再用单片机去进行硬件的调试；
5、灵活性：FPGA可以更好的适配处理器，也可以实现多核处理、DSP等功能；
三、展望
随着技术的发展。

一种基于FPGA的抗辐射加固星载ASIC设计方法常克武;王海涛;张弓;汪路元【摘要】针对静态随机存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)空间应用的问题,提出了基于FPGA星载抗辐射加固专用集成电路(ASIC)设计的全流程,并重点对扫描链设计、存储器内建自测试、自动向量生成、ASIC封装设计、散热设计、加电振动试验等关键点的设计方法和注意事项进行了介绍.通过设计、测试、封装、试验,实现了基于静态随机存储器型FPGA转化为抗辐射加固ASIC.ASIC抗辐射总剂量大于100 krad (Si),抗单粒子闩锁(SEL)阈值大于75 MeV· cm2/mg,抗单粒子翻转(SEU)阈值大于22 MeV· cm2/mg,满足空间应用的要求,具有很好的应用前景.【期刊名称】《航天器工程》【年(卷),期】2016(025)004【总页数】7页(P74-80)【关键词】专用集成电路;空间环境辐射;单粒子效应;设计流程【作者】常克武;王海涛;张弓;汪路元【作者单位】中国卫星导航系统管理办公室,北京 100054;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V473近年来，随着用户对提高卫星功能和性能要求的急迫增长，卫星系统对星载电子产品提出了集成度高、质量轻、体积小、功耗低等一系列要求，静态随机存储器(Static Random Acess Memorizer,SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)由于其集成度高、资源丰富、设计灵活、易于修改等特点在卫星上得到广泛应用[1]。

但是，由于卫星运行在空间辐射环境中，FPGA容易受太空射线影响而产生单粒子效应，并且器件的集成度越高，单粒子效应的影响就越显著，这严重影响和制约着航天电子仪器设备在轨工作的连续性和稳定性，严重影响了卫星性能的发挥。

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公布说明书[11]公开号CN 101552034A [43]公开日2009年10月7日[21]申请号200910078907.9[22]申请日2009.02.27[21]申请号200910078907.9[71]申请人北京时代民芯科技有限公司地址100076北京市丰台区东高地四营门北路2号共同申请人中国航天时代电子公司第七七二研究所[72]发明人陈雷 文治平 王雷 王慜 孙华波 李学武 刘增荣 周涛 张帆 尚祖宾 [74]专利代理机构中国航天科技专利中心代理人安丽[51]Int.CI.G11C 11/412 (2006.01)权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 5 页[54]发明名称抗辐射加固FPGA芯片中抗单粒子翻转的存储单元电路[57]摘要抗辐射加固FPGA芯片中抗单粒子翻转的存储单元电路，包括两个反相器和两个晶体管，两个反相器交叉连接，通过控制两个晶体管的栅极电压和衬底电位来实现对两个晶体管源极端和漏极端的电阻值的调节，两个晶体管源极端和漏极端电阻的阻值不大于50Ω或不小于1,000Ω。

反相器设计方面，在现有的由PMOS管和NMOS管构成的电路中加入了电阻，电阻连接在PMOS晶体管和NMOS晶体管的漏极端之间。

本发明通过在反相器中加入电阻，实现了存储单元的抗单粒子翻转，并且本发明的存储电路具有噪声小，功耗低和占用面积小，版图和工艺上容易在抗辐射FPGA芯片设计中实现的优点。

200910078907.9权 利 要 求 书第1/3页 1、抗辐射加固FPGA芯片中抗单粒子翻转的存储单元电路，包括第一反相器(501)、第二反相器(502)、第一晶体管(503)和第二晶体管(504)，第一晶体管(503)的源极端和漏极端中的一端连接至第一反相器(501)的输出端(505)，另一端连接至第二反相器(502)的输入端(506)；第二晶体管(504)的源极端和漏极端中的一端连接至第一反相器(501)的输入端(508)，另一端连接至第二反相器(502)的输出端(507)；第一反相器(501)的输入端(508)和第二反相器(502)的输入端(506)作为存储单元电路的数据输入输出端口，第一晶体管(503)和第二晶体管(504)通过栅极端电压偏置和衬底电位控制实现存储单元电路的抗单粒子翻转，其特征在于：所述的第一反相器(501)包括第一P M O S晶体管(510)、第一N M O S晶体管(511)和第一电阻(514)，第一P M O S晶体管(510)的源极端接电源，第一P M O S晶体管(510)的漏极端和第一电阻(514)的一端相连作为第一反相器(501)的输出端(505)，第一电阻(514)的另一端接第一N M O S晶体管(511)的漏极端(516)，第一N M O S晶体管(511)的源极端接地，第一P M O S晶体管(510)的栅极端和第一N M O S晶体管(511)的栅极端相连作为第一反相器(501)的输入端(508)，所述的第一电阻(514)的阻值比第一P M O S晶体管(510)的源极端和漏极端之间电阻的阻值至少大一个数量级；所述的第二反相器(502)包括第二P M O S晶体管(512)、第二N M O S晶体管(513)和第二电阻(515)，第二P M O S晶体管(512)的源极端接电源，第二P M O S 晶体管(512)的漏极端和第二电阻(515)的一端相连作为第二反相器(502)的输出端(507)，第二电阻(515)的另一端接第二N M O S晶体管(513)的漏极端(517)，第二N M O S晶体管(513)的源极端接地，第二P M O S晶体管(512)的栅极端和第二N M O S晶体管(513)的栅极端相连作为第二反相器(502)的输入端(506)，所述的第二电阻(515)的阻值比第二P M O S晶体管(512)的源极端和漏极端之间电阻的阻值至少大一个数量级。

40nm FPGA给国防电子带来的优势和挑战引言随着Altera 40nm FPGA的推出，越来越多的军用电子设计领域开始采用可编程逻辑器件(PLD)进行设计。

这反映了军用电子的集成需求，也是芯片尺寸不断发展导致ASIC成本攀升的结果。

利用FPGA来实现以往局限于ASIC设计或微处理器系统的功能，不但可以缩短设计周期，还能够简化硬件验证。

基于FPGA的功能集成不但大大提高了军用系统设计的效率，并对国防计划中的系统工程方法和工程组织管理产生了重要影响。

Altera FPGA拓展了系统设计任务，影响了工程组织所需要的各类人才以及组织结构。

军事用户需求现在，越来越多的军队完全装备了COTS(商用现货)设备。

美国军队不断尝试在战场设施中采用商用技术。

如今的士兵已习惯于平时生活中的手持式和无线技术，希望能在战场上使用类似的单兵联络技术。

一个比较特殊的应用实例是下一代机载传感器。

在高效设计流程中，面向多种模式灵活实现各种电路的最佳方法之一就是采用新的大容量PLD，无需重新设计关键的IP(知识产权)便可以实现简单的技术更新。

新款FPGA能够满足军用电子技术的四类需求，即减小体积、重量和功耗(SWaP)；公共数据总线标准(开放系统)；设计重用；防篡改技术。

减小SWaP最简单的方法是在单个芯片中集成多个子系统，这可以通过可靠的系统工程方法和工作流程控制来实现。

采用多个子系统后，FPGA开放系统设计和防篡改技术的重要性就越来越突出。

另外，要提高新的大规模SoC设计的效率，设计重用必须成为系统设计流程的一部分。

工程组织结构以前，工程组织总是围绕功能组织或项目组织进行设计。

大部分工程师和管理人员都熟悉它们之间的不同：功能组织以工程或子产品工程为主，主要关注技术和工程最佳实践；而项目组织以特殊客户产品为主，工程师的重点是满足客户的特殊需求。

它们在不同应用中都有其各自的优缺点。

由于越来越多的系统功能可在FPGA逻辑中实现，因此新的大容量FPGA对功能工程组织产生了两方面影响。

Microsemi推出了一款针对抗辐射航天应用的FPGA开发设
备
钱岑
【期刊名称】《航空电子技术》
【年(卷),期】2016(47)3
【摘要】Microsemi公司推出一款RTG4PROTO现场可编程门阵列（FPGA）作为抗辐射航天应用的开发设备。

该设备可保证航天系统的样机生产，还能保障低成本的样机生产及对抗辐射高速FPGA的设计验证。

Microsemi的RTG4 PROTO FPGA可保证硬件的定时认证以及功率评估。

由于该设备使用了与飞行单元相同的可重编程闪存技术，因此无需从主板卸下即能被多次重新编写程序。

【总页数】1页(P56-56)
【关键词】设备使用;FPGA;航天应用;抗辐射;开发;现场可编程门阵列;航天系统;设计验证
【作者】钱岑
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】V443
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