三阱CMOS工艺单粒子闩锁研究

随着数模混合电路在无线应用领域的发展,三阱工艺噪声隔离优点引起设计师的广泛兴趣。RF技术必须把在P-衬底上的模拟、数字和RF电路进行隔离。本文主要讨论三阱(Triple-Well)工艺的电路单粒子闩锁问题。

Virtex-5系列SRAM型FPGA单粒子效应重离子辐照试验技术研究

针对SRAM型FPGA在空间辐射环境下易发生单粒子效应,影响星载设备正常工作甚至导致功能中断的问题,开展了SRAM型FPGA单粒子效应地面辐照试验方法研究,提出了配置存储器(CRAM)和块存储器(BRAM)的单粒子翻转效应测试方法,并以Xilinx公司工业级Virtex-5系列SRAM型FPGA为测试对象,设计了单粒子效应测试系统,开展了重离子辐照试验,获取了器件的单粒子闩锁试验数据和CRAM、BRAM以及典型用户电路三模冗余前后的单粒子翻转试验数据;最后利用空间环境模拟软件进行了在轨翻转率分析,基于CREME96模型计算得到XC5VFX130T器件配置存储器GEO轨道的单粒子翻转概率为6.41×10^(-7)次/比特·天。

SRAM K6R4016V1D单粒子闩锁及防护试验研究

本工作利用脉冲激光单粒子效应模拟试验装置对三星公司的SRAM K6R4016V1D进行了单粒子闩锁效应试验研究。试验测得了此器件的单粒子闩锁效应脉冲激光能量阈值、闩锁截面曲线和闩锁电流。针对这款器件,还对工程中防护闩锁过流常用的限流和断电方法进行了试验研究。试验结果表明,该器件具有非常低的单粒子闩锁效应阈值能量和很高的闩锁饱和截面,对空间辐射环境极其敏感。

微小卫星单粒子闩锁防护技术研究

对于在轨微小卫星而言,单粒子闩锁(Single Event Latchup,SEL)是最具破坏性的单粒子效应之一,其后果轻则损坏器件,重则使在轨卫星失效。首先介绍了SEL发生机理,分析并总结现有抗SEL的关键技术。其次提出了空间单粒子闩锁防护措施并设计了一种可恢复式抗SEL电源接口电路,实现对卫星星上设备的防闩锁及过流保护。最后利用脉冲激光模拟单粒子效应技术对具有飞行经验的芯片进行实验测试。实验结果表明,该电路能够准确地检测SEL的发生,有效解除SEL效应,保证系统运行稳定可靠。

空间电子系统FPGA抗单粒子闩锁设计

宇宙空间中存在高能粒子。这些粒子会导致空间电子系统中FPGA发生闩锁。为了避免FPGA闩锁时发生损坏,采用2个稳压器并联供电,在FPGA完成配置后自行关断1个稳压器。由于FPGA配置期间需要大电流,所以采用2个稳压器并联供电。当配置完成后关断1个稳压器,只由1个稳压器供电。如果FPGA发生闩锁,剩下的1个稳压器将会限流,从而避免FPGA被大电流烧毁。关断电路由电阻和电容组成的延时电路控制稳压器使能端实现。实验结果表明:FPGA配置期间2个稳压器都处于输出使能状态,可以提供3.6 A的电流,FPGA可以成功的配置;FPGA配置结束后,则只有1个稳压器给FPGA供电,把电流限制在0.6 A,从而避免FPGA由于闩锁而损坏。该设计可以使得工业级的FPGA应用于空间电子系统中,降低系统成本。

卫星单粒子闩锁异常的诊断与自动报警

卫星的单粒子闩锁异常发生初期隐蔽性强、不易诊断,如果长时间得不到有效处置将产生严重危害。根据卫星的实际管理经验,卫星的负载电流和蓄电池温度状态参数中隐含着此类异常发生的信息,但这2个状态参数受各种干扰的影响会出现较大的波动,很难直接利用其对闩锁异常进行准确识别。针对此问题,首先通过经验模态分解和边际谱分析方法分别从负载电流和蓄电池温度中提取集成电子器件单粒子闩锁异常的典型特征,然后对2种典型特征进行二值模糊综合判断,由判断结果即可得到故障发生概率的大小。当该概率大于50%时,即认为故障发生,由此实现异常初期的自动报警。

星载计算机SRAM单粒子微闩锁检测方法

静态随机存储器(SRAM)的单粒子微闩锁(mSEL)现象可能引起星载计算机运行崩溃,威胁整星运行安全.传统的闩锁电流检测方法难以发现mSEL,国内外研究成果至今没有给出令人满意的具体可行的星上mSEL检测方案,也没有航天工程应用实例.根据SRAM发生mSEL时的错误簇现象,设计了基于EDAC编解码的mSEL检测方案,介绍了软硬件架构,提出了两种检测策略并研究讨论了其性能.其中遍寻策略实现简单、性能稳定,随机搜索策略实现开销大,在某些场景中90%,检出率的要求下,检测速度达到遍寻策略的8.5倍.本文提出的方法能够提高空间应用中SRAM器件可靠性,降低由mSEL引发的系统失效概率.

标准单元抗单粒子闩锁效应加固设计

文章针对130纳米CMOS工艺标准单粒子闩锁效应问题,开展了Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS)器件单粒子闩锁效应产生的物理机理分析,提出了一套适合于不同类型标准单元版图加固方法;基于SMIC0. 13μm工艺进行了物理建模仿真和电路实现。仿真结果显示,在遭受LET值为120MeV/mg/cm^2的重离子辐射时,所设计的电路未发生闩锁效应。

SRAM HM—65642的单粒子闩锁特性

由空间高能带电粒子引起的CMOS器件单粒子闩锁效就(SEL),在卫星工程中已日益受到重视。本文对试验获得的SRAM HM—65642的各种SEL特性进行了详细分析,希望对卫星电子系统设计师们在进行CMOS器件的防闩锁设计中能有所帮助。

VA140的单粒子闩锁试验研究

专用集成电路是为特定用户或特定电子系统制作的集成电路,具有高性能、高可靠性等优点。专用集成电路VA140是中国暗物质卫星有效载荷硅微条探测器的关键器件。为测试VA140的抗单粒子闩锁特性,设计了简单的测试系统。应用兰州近代物理研究所重离子加速器进行测试,得到了有效试验数据。对试验数据进行处理,得到了VA140的闩锁截面与线性能量传输值的关系曲线、VA140的闩锁阈值及饱和截面,为其航天应用提供必要试验依据。

一种双极型电路在空间单粒子环境下的闩锁效应

本文介绍了一种双极型模拟集成电路在空间单粒子环境下的闩锁效应,打破了双极型器件单粒子闩锁免疫的传统概念,该研究主要针对双极型模拟集成电路多个器件共用一个隔离岛,形成寄生PNP,与隔离岛内NPN管形成了P-N-P-N可控硅(SCR)结构,在特定的条件下,单粒子辐照试验过程中触发闩锁现象,文章最后针对这种情况提出了相应的改进措施,避免类似情况发生。

基于TCAD模型仿真的65纳米CMOS标准单元单粒子闩锁效应防护设计

为提高标准单元在空间辐射条件下抗单粒子闩锁能力,基于65 nm CMOS工艺使用TCAD工具建立了4种保护环结构的3D模型.设计对比了多种抗单粒子闩锁加固方法,对抗辐照性能和设计开销进行了优化.仿真结果显示,使用半封闭型保护环结构可在满足抗辐照要求的情况下最小化设计开销,同时通过模拟辐照仿真对该结构的关键设计参数进行了优化.基于提出的版图加固设计标准单元开发了测试芯片并完成了重粒子试验,经过99.8 MeV*cm^(2)/mg重离子辐照未观察到闩锁现象.

CMOS/SOI工艺触发器单元的单粒子实验验证与分析

针对定制设计中的触发器单元,提出了一种双移位寄存器链单粒子实验验证方法,利用该方法对基于0.35μm CMOS/SOI工艺、普通结构设计的抗辐射触发器,分别在北京串列加速器核物理国家实验室和兰州重离子加速器国家实验室进行了单粒子实验.实验结果表明,该抗辐射触发器不仅对单粒子闩锁效应免疫,而且具有非常高的抗单粒子翻转的能力.

1553B总线器件单粒子效应实验系统设计

1553B总线系列器件的抗辐照性能对整机系统设计及器件选型变得越来越重要,因此对其抗辐照指标的应用测试已显得更为关键;以61580S3-1H抗辐照器件为例,设计了一套单粒子效应实验系统,重点描述了该系统的硬件结构、软件系统,提出了单粒子实验的相关方法;该系统在中科院物理所HI-13串列加速器重离子单粒子效应专用辐照装置上进行了单粒子翻转和单粒子闩锁实验,结果表明该实验所得数据较为可靠,实验系统具有一定的实用价值。

SRAM型FPGA单粒子效应敏感性分析研究

首先描述了典型的SRAM型FPGA内部通常包含的三类基本资源,并分析三类基本资源内部不同功能的电路单元对单粒子效应的敏感性,归纳出Virtex系列SRAM型FPGA中6种类型的单粒子效应敏感结构单元,并得出这些敏感结构单元的单粒子翻转、单粒子功能中断、单粒子闩锁的检测方式,最后对SRAM型FPGA单粒子效应评估研究的发展趋势做了简要总结。

SRAM单粒子效应监测平台的设计

SRAM单粒子效应监测平台用于兰州重离子加速器(HIRFL)辐照终端开展单粒子效应实验,采用"承载子板—主控制板—上位机"结构。简要分析了SRAM单粒子效应产生机理,详细描述了该平台的硬件系统、软件系统和性能指标。重离子辐照实验中,该平台多次检测到IDT71256发生单粒子翻转和单粒子闩锁,实验结果与理论分析的结论基本一致。

存储单元抗TID/SEL电路加固技术面积代价研究

在太空辐射环境中,总剂量辐射(Total Ionizing Dose,TID)效应和单粒子闩锁(Single Event Latch,SEL)效应严重影响存储器的可靠性.由此讨论了存储单元TID效应和SEL效应的原理,探讨了基于电路的加固技术(RHBD),设计了4种新的抗TID/SEL存储单元加固方案,并和现有几种方案进行对比,研究了这些加固方案的面积代价.研究结果表明,抗TID/SEL RHBD方案普遍会使存储单元的版图面积增加87.5%以上.提出了一种加固方案,可以在加固性能和面积代价上得到较好的折衷.

180nm CMOS工艺下SEL敏感性关键影响因素

研究了影响SEL敏感性的关键因素。针对180nm体硅工艺,基于校准的CMOS反相器器件模型,使用器件模拟的方法,研究了粒子入射位置、温度、阱/衬底接触位置、NMOS与PMOS间距等因素对SEL敏感性的影响。模拟和分析表明,CMOS电路不同位置的闩锁响应差别很大,找出了电路发生闩锁的敏感区域,得出了温度、阱/衬底接触的位置、NMOS与PMOS间距等因素与SEL敏感性之间的关系,并从理论上进行了解释,总结了降低单粒子闩锁效应的有效方法,研究结果能为深亚微米体硅工艺下的抗SEL加固设计提供有效的指导。

实践四号卫星在轨SEL现象与地面模拟试验的对比分析

本文将地面锎源模拟试验的结果,与实践四号卫星单粒子效应动态监测仪在轨所测得的SEL现象从各方面进行对比分析,为该在轨现象发生原因的判断进行了试验验证。

模拟CMOS集成电路SEL仿真验证研究

为了解决航天用模拟CMOS集成电路的单粒子闩锁效应的评估问题,结合一种基于失效物理的半导体器件仿真方法,提出了基于失效物理的模拟CMOS集成电路单粒子闩锁仿真验证方法,并在此基础上,以某型8位抗辐照AD转换器芯片为研究对象,通过对该CMOS单元器件的抗单粒子闩锁能力进行仿真研究,可以确定该器件的抗单粒子闩锁能力高于75MeV/mg·cm^2,与实际的试验结果一致。