一种适用于反熔丝FPGA的高效电荷泵电路

基于Dickson电荷泵结构,提出了一种适用于反熔丝现场可编程门阵列(FPGA)的新型高效电荷泵电路,实现了电荷泵的快速启动。通过采用时钟信号升压电路,减少了电荷泵级数,并减小了电路总体面积和功耗。仿真结果显示,在2.5 V的工作电压和整体电路全负载的条件下,整体电路的启动时间约为20μs,可稳定输出电压5.46 V,工作电流约为618μA。采用0.18μm CMOS工艺流片并对其进行编程和测试,结果显示FPGA电路编程成功,功能正确,与仿真结果一致,表明了此电荷泵结构的可行性和实用性。

一种应用于反熔丝FPGA的电荷泵电路

电荷泵(Charge Pump)电路以其可成倍输出自身输入电压的特性而被广泛应用于各种芯片的驱动电路中。在反熔丝FPGA中,反熔丝为高压一次编程器件,在编程过程中需要通过高压隔离管将反熔丝与其它器件隔离开,而高压隔离管在工作时需要大于芯片电源VCCA的电压来驱动,如何提供高压保证隔离管能够无损传输数据是反熔丝FPGA研发时必须要考虑的问题。本文提出了一种应用于反熔丝FPGA的电荷泵电路,电路具有快速启动的特点,同时电路工作频率可调,通过在电路中增加冗余NMOS结构,提高了电路在工作中的安全性,该电路在工作时能保证熔丝编程过程中除了反熔丝以外的其他器件不受编程电压的影响,且在编程结束后通过电荷泵输出电压打开隔离管完成信号的无损传输,能够满足反熔丝FPGA对于电荷泵的需求。

航天应用FPGA配置可靠性研究

航天应用系统必须保证每一单元的安全性及可靠性.现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA),以其I/O管脚丰富、设计灵活等优势,逐渐被广泛应用于航天领域.其设计与工艺不断完善,以适应太空中电子辐射等复杂的工作环境.由于基于SRAM的FPGA芯片断电后程序丢失,因此每次上电后都需要先从PROM等外部存储器中加载程序才能正常工作.然而,并不是每一个芯片的每一次加载配置都能成功完成,FPGA的上电配置结果将直接关系到卫星任务的成败.研究发现,诸如环境温度、信号完整性、供电电压、配置时钟速率等因素会影响FPGA的配置过程,致使出现偶尔的配置失败,这在航天应用中是绝对不允许的.针对实际应用的Xilinx公司FPGA芯片,为提高上电配置可靠性,提出了一系列设计保障措施,在FPGA航天应用领域具有一定的参考价值.

反熔丝FPGA在多路数据采集存储系统中的应用

针对在空间环境半导体易发生单粒子翻转效应,分析了反熔丝FPGA在空间环境的优势,采用Actel公司的反熔丝FPGA作为多路数据采集存储系统的主控芯片,着重阐述了反熔丝FPGA在与传统FPGA在时序电路设计和时钟控制方面的不同,介绍了存储单元的电路组成及其启动、擦除接口设计,并介绍了高速数据传输接口的改进设计。

反熔丝FPGA器件γ剂量率辐射效应规律探讨

FPGA系统电路进行抗γ剂量率器件选择是非常困难的。针对FPGA器件抗γ剂量率性能优选,试验研究了3种反熔丝FPGA器件的γ剂量率辐照效应规律。全部样品均出现了低阈值γ剂量率扰动效应,但均未产生高γ剂量率闭锁效应。FPGA器件低阈值γ剂量率失效主要是瞬时光电流扰动引起了时序逻辑功能的失效,而其模块海间的反熔丝开关电阻却对产生闭锁效应的大的辐射浪涌电流提供了保护。实验结果表明,系统电路设计加固是其实现抗γ剂量率最有效的方法。

基于CMOS工艺平台反熔丝FPGA实现

由于反熔丝FPGA具有低功耗、高密度、可靠性高、抗辐射能力强以及设计上具有灵活性等优势，在军事和卫星领域得到广泛的应用。但由于工艺的限制，目前国内未见相关研究的报道。根据目前现状，利用现有的工艺，开发出一种可以与普通CMOS．Y--艺兼容的反熔丝单元。经过测试，其熔断后的电阻约为330Ω～400Ω，同时给出了基于此种反熔丝单元的阵列设计，体现了低功耗、高密度、易实现等优势。此设计不但满足了目前的工作需要，并为以后反熔丝电路的设计提供了有用的参考，为航天和军事领域的应用提供了有力的支持和保障。

天问一号高分辨率相机反熔丝FPGA软件系统设计

天问一号执行的任务属于深空探测任务,其上高分辨率相机主控单元工作时间较长,为了提高主控FPGA的抗单粒子效应及可靠性,选用反熔丝FPGA进行软件系统设计。其中,主控FPGA管理的调焦单元、时间码守时校时等功能为安全关键项目。为提高软件的健壮性,主控FPGA根据调焦机构的光机结构,设计基于加减速曲线的二细分控制方法,在满足调焦速度的前提下,避开机构共振频率,实现步进电机驱动调焦机构平稳的运转;同时,天问一号环绕器在环火段位置时,高分相机需要执行拍摄任务,拍摄指令为延时指令,对时间有较高要求,在此基础上主控FPGA设计时间码守时校时功能,确保高分相机在任务段精确执行拍摄任务。实验结果表明:调焦机构速度爬升时间为112.2 ms;时间守时的精度为1.25 s。实现了调焦单元的平稳运行和可靠的守时系统。

抗辐照波控单元设计与实现

在复杂的空间电磁环境下,电路受宇宙射线、单粒子的影响较大,因此器件的可靠性至关重要。反熔丝现场可编程门阵列(FPGA)是以反熔丝为基本编程结构的一次性可编程器件,编程后状态不可翻转,具有非易失性、高保密性、高可靠性、抗辐照等优势,非常适用于航天航空等领域。本文给出一种基于国产反熔丝FPGA(RS422)的抗辐照波控单元设计方案,以国产反熔丝FPGA芯片为核心,给出系统电路的工作原理、实现框图,解决空间电磁环境下雷达阵面控制问题,并进行了相关实验。实验结果表明,在5 MHz波特率下,RS422传输延迟小于码元周期,且对144单元移相组件的布相时间小于500μs,达到设计指标要求。

基于反熔丝FPGA的多路数据采集单元

针对多路高速数据采集单元硬件部分,设计了基于反熔丝FPGA的多路数据采集方案。分析了浪涌电流的危害以及抑制浪涌电流的方法,阐述了反熔丝FPGA的优越特点,并对系统的各组成模块进行了详细的说明。设计采用反熔丝FPGA器件A32100DX作为系统的主控器件,实现了A/D转换、模拟开关选通控制以及数字信号的并串转换等功能。

反熔丝FPGA配置电路的研究

反熔丝FPGA的编程过程是对可编程逻辑模块进行配置的过程,具体过程是利用配置电路对连接在逻辑模块输入、输出端口的反熔丝单元施加高压,将其击穿形成连接通路,从而使得逻辑模块连接在信号线上.位流数据控制配置电路完成反熔丝单元的预充电、寻址、加压以及编程过程.通过控制晶体管的打开和关断及复用编程通道,可以实现不同类型反熔丝的编程,并简化配置电路的设计规模.测试结果表明,配置电路可靠地完成了反熔丝的编程功能.

用于反熔丝FPGA的多标准IO接口电路

针对高可靠性领域和复杂环境对大规模反熔丝FPGA器件的迫切需求,设计了一种新的用于反熔丝FPGA的可动态配置IO接口电路。该IO接口电路具有宽的输入输出电压范围,能实现多驱动调节,支持一系列不同电平模式。通过对反熔丝单元进行编程配置,该IO接口电路可兼容多种IO标准,内核电压为2.5V,端口电压可在3.3V与5V之间转换。仿真与测试结果表明,该IO接口电路满足设计要求,接口速度优于国外同类产品。

用于反熔丝FPGA的片上闭环电荷泵电路

针对反熔丝FPGA编程模式和用户模式不同的控制要求,基于Dickson电荷泵结构提出了一种新型的片上闭环电荷泵结构。新增加零伏电路实现了高电压与低电压之间有效隔离。电荷泵闭环控制机制有效地解决了启动慢的问题,保证了电路正确工作时序。仿真结果显示:在电源电压3.3 V、整体电路全负载的条件下,启动时间为6.23μs。采用0.18μm 1P3M 3.3 V/5 V CMOS工艺流片,电路编程成功并且功能正确。

用反熔丝FPGA的数据采编存储系统之设计

针对SRAM型FPGA在航天空间环境下容易受单粒子辐射效应影响的特点,介绍了反熔丝FPGA在航天多路数据采集领域的优势,并简述了Actel反熔丝FPGA A32200系列的特点。由于反熔丝FPGA内部的时序电路设计和全局时钟控制与其他FPGA相比有所差异,在设计不当时会出现时钟的不稳定状态,特别是在特定的环境下可能会出现时钟偏斜现象,导致电路时序处于临界或紊乱状态。通过在FPGA程序中利用状态机和全局时钟引脚分配这种方法达到控制全局时钟的目的、并对扇出做出相应的设计,避免了在特定环境下的时钟偏移问题。最后通过抗辐射试验验证了程序及设计的可靠性,表明该设计满足抗辐射要求。

浅谈PLD/FPGA器件在汽车电子中的应用

PLD/FPGA器件的开发软件和分类使用日益广泛,笔者结合我国在汽车电子方面的现状,详细分析了FPGA器件在诸如车用语音信号、图像、自适应处理等汽车电子方面的各种应用。

基于反熔丝技术的FPGA配置芯片设计

为了提高现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)配置芯片在太空使用的可靠性,降低单粒子翻转效应的影响,基于CSMC 0.18μm 1P6M反熔丝工艺,采用MTM(Metal To Metal)反熔丝作为存储单元设计了一款高可靠性配置芯片。该配置芯片容量为512 kb,在同FPGA配置的工作模式下,电源电压为3.0~3.6 V,最高工作频率为50 MHz。由于MTM反熔丝存储单元有天然的抗辐射特性,并且数据输出锁存器采用了双联互锁存储结构,所以该配置芯片具有较高的抗辐射性能,比较适合太空的应用环境。另外针对太空应用中电源系统共用导致上电的过程中电源斜率范围比较宽泛的情况,该配置芯片中的上电复位电路采用了RC复位和电压检测复位组成的双模复位电路,可以使配置芯片适应复杂的电源环境,进一步提高了电路的可靠性。

国产JRAX1000型反熔丝FPGA应用演示系统设计

为了实现进口元器件国产化替代,采用中国电科五十八所自行研制的抗辐射百万门级反熔丝FPGA和64Mbit抗辐射SRAM设计了一套综合演示系统。系统主要功能包含触摸屏控制、图像采集、音频播放、电机控制等功能。通过系统的软硬件设计、功能调试、时序优化,阐述国产JRAX1000型反熔丝FPGA的应用经验,有助于后续此产品广泛应用时参考和借鉴。

反熔丝FPGA驱动技术在宇航步进电机中的实现

为了提高航天器的抗单粒子效应,提高可靠性,本文基于正弦细分驱动原理、在宇航驱动机构驱动器常用的三种驱动电路下,采用反熔丝型FPGA芯片实现了步进电机的细分驱动,为后续工程应用提供参考。

基于MLVDS接口电路在波控系统中的应用

在相控阵雷达波控系统中,为了降低电缆的数量和整机质量,通常需要总线式拓扑应用场景。该文基于MLVDS接口电路设计了波控单元,该系统由反熔丝FPGA控制多个MLVDS接口电路组成,实现元器件完全国产化,通过板间连接器完成1拖16总线式通信,用于解决多点应用中的问题。相对于同样多点应用的RS422和CAN技术,MLVDS能够以更低的功耗实现更高速的通信链路。该系统已应用于某高轨卫星的子波控中,该波控单元可同时驱动90多路TR组件,系统能够监控实时温度,经过实验该波控单元通过1拖16线缆传输,传输距离为1000 mm时,传输速率可达18.7 Mb/s,误码率低,板卡总功耗仅为1.5 W。

可编程器件的瞬时电离辐射效应及加固技术研究

概述了国内外瞬时电离辐射效应的研究历程。针对空间电子学系统常用的两种类型可编程器件(32位微控制器和反熔丝FPGA),分别研制了辐照试验长线动态测试系统,在"强光一号"脉冲加速器上开展了γ瞬时电离辐照试验。试验数据表明:32位微控制器的瞬时电离辐射效应表现为复位重启和闭锁,闭锁阈值为6×107Gy/Si.s,反熔丝FPGA的瞬时电离辐射效应表现为瞬时扰动和复位重启,二者的工作电流都随着剂量率的增加而升高。分析了两种可编程器件的瞬时电离辐射损伤机理,提出了一种"瞬时回避+数据备份与恢复"的抗瞬时电离辐射的电路设计加固方法。

一种低功耗的红外无线视频传输系统

设计了一套用于传送视频信号的低功耗红外无线传输系统。该系统以反熔丝工艺的FPGA器件作为编解码核心,高速串行红外收发器作为收发模组。FPGA内部配置了游程长度受限码作为红外信道编解码逻辑,并与缓冲、串并/并串转换、循环冗余校验、扰码/解扰等模块一起构成编解码核心。配合辅助的AD/DA接口电路,可实现对复合视频信号从采集缓冲、编码发射到解码回放的完整功能演示。该传输系统的位速率高达16 Mbit/s,而发射模块的功耗低于500 mW,适合应用于大型视频处理系统中作视频采集设备与视频处理设备间的无线接口。