空间效应试验板、试验系统以及测试器件空间效应的方法

摘要

本申请提供一种空间效应试验板，包括处理器、与所述处理器关联的控制模块、与所述控制模块关联的检测模块、以及与所述检测模块和所述控制模块关联的用于承载Flash型FPGA器件的适配器，处理器根据主控单元的指令向所述控制模块发出相应的测试信号，控制模块根据该测试信号激励适配器承载的Flash型FPGA器件，并控制检测模块获取适配器承载的Flash型FPGA器件的输出电流信息/逻辑编码，检测模块将获取到的电流信息/逻辑编码传输至处理器，并经处理器处理后反馈至主控单元。另外，本申请还公开了一种空间效应试验系统和测试Flash型FPGA器件空间效应的方法。其可以准确地记录被测Flash型FPGA器件在何时发生了单粒子闩锁或单粒子翻转。能够帮助试验人员有效地评估被测Flash型FPGA器件的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种用于Flash型FPGA的试验板。

背景技术

FPGA(现场可编程门阵列)是现代通信技术、电子技术、计算机技术、 自动化技术中广泛采用的重要工具，在航天集成电路中占有重要地位，其主 要分为反熔丝型、SRAM型和Flash型三种。Flash型FPGA的可编程单元为 Flash存储单元，利用晶体管中的浮栅存储编程信息。Flash型FPGA使用时 无需附加PROM，上电时间也很短，另外Flash相比于SRAM不容易出现单 粒子翻转，因此Flash型FPGA很适合航天应用。

Flash型FPGA在用于空间系统之前，务必要对其进行充分的空间效应 试验评估。目前，器件级空间效应试验通常采用在同一测试信号下辐照器件 和非辐照器件的输出进行比对的方法，通过比较输出结果的差异来判定单粒 子效应。比较手段通常采用外部监听或手工操作，即在空间效应环境下在试 验板上外接逻辑分析仪、示波器和电流表的方式，对辐照器件和非辐照器件 进行观测，当辐照器件发生单粒子闩锁、单粒子翻转时，记录输出电流信息 和逻辑编码，并人工切断电源。但是对Flash型FPGA采用传统试验方法， 利用示波器只能观测到外围接口的逻辑，对内部单元翻转的观测能力有限， 无法有效地评估出单粒子翻转的次数，实现复杂且不易调试。因此Flash型 FPGA在传统方法试验中，不能采用辐照器件与非辐照器件输出比对的方 法。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种空间效应试验板，能够与 主控单元连接，包括处理器，与所述处理器关联的控制模块，与所述控制模 块关联的检测模块，以及与所述检测模块和所述控制模块关联的用于承载 Flash型FPGA器件的适配器，其中，所述处理器根据所述主控单元的指令 向所述控制模块发出相应的测试信号，所述控制模块根据该测试信号激励适 配器承载的Flash型FPGA器件，并控制所述检测模块获取所述适配器承载 的Flash型FPGA器件的输出电流信息/逻辑编码，所述检测模块将获取到的 电流信息/逻辑编码传输至所述处理器，并经所述处理器处理后反馈至所述 主控单元。

本发明提供的空间效应试验板的模块之间相互关联，可以通过网络外接 主控计算机，从而对检测逻辑编码进行存储、分析对比和实时显示，克服常 规技术中只能观测到外围接口的逻辑，对内部单元翻转的观测能力有限，无 法有效地评估出单粒子翻转的次数，实现复杂且不易调试等缺陷。

在本发明的一些实施方式中，包括设置于所述处理器和所述主控单元之 间用于信号/传输的通信模块以及为各模块供电的电源模块。

在本发明的一些实施方式中，所述适配器设置于所述试验板的上半部分 的中间位置。

在本发明的一些实施方式中，所述处理器设置于所述试验板的下半部分 的中间位置。

在本发明的一些实施方式中，所述处理器为ARM。

本发明还提供了一种空间效应试验系统，包括主控单元，与所述主控单 元关联的比较单元和两个试验板，其中，第一试验板位于辐照环境内，第二 试验板位于辐照环境外，所述主控单元接收所述第一试验板的处理器反馈的 第一输出电流信息/逻辑编码和所述第二试验板的处理器反馈的第二输出电 流信息/逻辑编码，并将其发送给所述比较单元进行比较处理。

再者，本发明还提供了一种利用空间效应试验系统测试Flash型FPGA 器件空间效应的方法，包括a.将被测Flash型FPGA器件放置于第一试验板， 将参照Flash型FPGA器件放置于第二试验板；b.主控单元向第一试验板和第 二试验板发送指令，使所述第一试验板和所述第二试验板同时开始工作；c. 对所述第一试验板进行单粒子辐照，将被测Flash型FPGA器件的第一输出 电流信息/逻辑编码和参照Flash型FPGA器件的第二输出电流信息/逻辑编码 发送回所述主控单元，所述主控单元对所述第一输出电流信息/逻辑编码和所 述第二输出电流信息/逻辑编码实时存储并发送给所述比较单元进行对比分 析；d.当所述第一输出电流信息超过所述第二输出电流信息出现跃变时，所 述比较单元判定所述被测Flash型FPGA器件出现单粒子闩锁，当所述第一 输出逻辑编码与所述第二输出逻辑编码不一致时，所述比较单元判定所述被 测Flash型FPGA器件发生单粒子翻转。

利用上述的检测方法，可以实时监控和对比两个试验板的输出电流信息/ 逻辑编码，准确地记录被测Flash型FPGA器件在何时发生了单粒子闩锁或 单粒子翻转。能够帮助试验人员有效地评估被测Flash型FPGA器件的性能。

在本发明的一些实施方式中，还包括所述步骤a和b之间的步骤a1：所 述主控单元通过ARM处理器向第一试验板发送指令，记录被测Flash型 FPGA器件的输出电流信息/逻辑编码为预存输出电流信息/逻辑编码；并且在 所述步骤d中，利用所述比较单元将所述第一输出电流信息分别和所述第二 输出电流信息、预存电流信息对比，当所述第一输出电流信息超出所述第二 输出电流信息和预存电流信息出现跃变时，所述比较单元判定所述被测Flash 型FPGA器件出现单粒子闩锁；利用所述比较单元将所述第一输出逻辑编码 分别和所述第二输出逻辑编码、预存逻辑编码对比，当所述第一输出逻辑编 码与所述第二输出逻辑编码和预存逻辑编码均不一致时，所述比较单元判定 所述被测Flash型FPGA器件发生单粒子翻转。为避免空间效应试验过程中 参照Flash型FPGA器件工作出现异常，在主控单元中预先存储被测Flash 型FPGA器件的输出电流信息/逻辑编码，并将试验过程中辐照状态下的被测 Flash型FPGA器件的输出电流信息/逻辑编码与参照Flash型FPGA器的输出 电流信息/逻辑编码以及预存电流信息/逻辑编码进行对比，从而判断其是否 发生了单粒子翻转或单粒子闩锁，增加了试验的可靠性。

在本发明的一些实施方式中，还包括所述步骤b和c之间的步骤：利用 所述比较单元将所述第一试验板上被测Flash型FPGA器件的输出电流信息/ 逻辑编码与所述预存输出电流信息/逻辑编码进行对比，判断输出电流信息/ 逻辑编码是否在允许范围内，当在允许范围内时，进入步骤c，当超出允许 范围时，返回步骤a1。

为了避免预存的被测Flash型FPGA器件输出电流信息/逻辑编码存在错 误，因此设计了验证程序，当发现空间效应试验前实际的被测Flash型FPGA 器件输出电流信息/逻辑编码与预存的被测Flash型FPGA器件输出电流信息 /逻辑编码具有较大偏差时，自动将数据进行存储覆盖。

附图说明

图1为本发明一实施方式的试验板与主控计算机和程控电源的安装示意 图；

图2为本发明一实施方式的试验板的各部件连接关系示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，应当理解，此处所描 述的具体实施例仅用于理解本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，利用本发明的空间效应试验板进行辐照试验时，需要将两 个试验板分别置于辐照环境内和辐照环境外。并分别与主控计算机和程控电 源连接。其中，两块试验板与程控电源均通过路由器连接主控计算机，主控 计算机控制程控电源向试验板提供工作电压或者断电。路由器组成数据传输 通道，通过TCP/IP协议实现主控计算机与试验板的通讯，以及数据的高速传 输。

如图2所示，本发明一实施方式中的试验板包括电源模块、ARM处理 器、通信模块、控制模块、检测模块、Flash型FPGA适配器。

其中，电源模块与程控电源连接，为试验板上各模块提供工作电压，并 接收控制模块指令，向固定于Flash型FPGA适配器承载的器件供电。

通信模块用于支持ARM处理器和主控计算机的通讯。ARM处理器通过 通信块从主控计算机获取控制指令并送至控制模块，同时也可以将检测模块 获取的检测数据通过通信模块传送给主控计算机。

控制模块根据接收的ARM处理器向其输入的地址码、指令码进行译码， 向Flash型FPGA适配器承载的被测Flash型FPGA器件输出测试信号，并控 制检测模块对被测Flash型FPGA器件的输出电流信息/逻辑编码进行检测。

检测模块对被测Flash型FPGA器件的输出电流信息/逻辑编码进行检测， 并把检测数据传送给ARM处理器。

Flash型FPGA适配器可以方便地承载被测试的Flash型FPGA器件。

下面具体介绍本发明空间效应试验平台的工作过程。

(1)主控计算机通过控制程控电源同时向第一试验板和第二试验板提供 电源，完成上电。第一试验板上承载有被测Flash型FPGA器件，第二试验 板上承载有参照Flash型FPGA器件。

(2)上电后，两块试验板上各模块均进入工作状态，ARM处理器完成 程序初始化，并与主控计算机的通过通信模块建立网络链接。主控计算机通 过网络可以访问ARM处理器，对ARM处理器发送控制指令，也可以接收 ARM处理器通过已建立的高速数据传输通道发回的数据。

(3)主控计算机通过已建立的高速通讯通道向两块试验板上固定的被测 Flash型FPGA器件和参照Flash型FPGA器件发送相同的指令，检测模块检 测参照Flash型FPGA器件的输出电流信息/逻辑编码，并将所得的检测电流 信息/逻辑编码经由通信模块以及ARM处理器发送至主控计算机，主控计算 机将所得的检测电流信息/逻辑编码与预存的参照Flash型FPGA器件的常规 输出电流信息/逻辑编码进行对比，查看输出电流信息/逻辑编码是否正确。

同时，检测模块检测被测Flash型FPGA器件的输出电流信息/逻辑编码， 并将所得到的检测电流信息/逻辑编经由通信模块以及ARM处理器发送至主 控计算机，主控计算机将所得的检测电流信息/逻辑编码与预存的被测Flash 型FPGA器件的常规输出电流信息/逻辑编码进行对比，查看输出电流信息/ 逻辑编码是否正确。

若两个数值均正确，则进入下一步。若经过多次测试，被测Flash型FPGA 器件的输出电流信息/逻辑编码仍不符合其预存的常规输出电流信息/逻辑编 码，则利用该电流信息/逻辑编码替换预存的被测Flash型FPGA器件电流信 息/逻辑编码。同样，若经过多次测试，参照Flash型FPGA器件输出电流信 息/逻辑编码仍不符合其预存的常规输出电流信息/逻辑编码，则利用输出电 流信息/逻辑编码替换预存的参照Flash型FPGA器件输出电流信息/逻辑编 码。

(4)对第一试验板进行单粒子辐照，主控计算机通过已建立的高速通讯 通道向两块试验板发送相同指令，使第一试验板和第二试验板同时开始工作。

(5)检测模块检测被测Flash型FPGA器件在辐照过程中的输出电流信 息/逻辑编码，并通过已建立的通讯通道反馈至主控计算机，主控计算机接收 数据后进行实时显示和记录存盘；检测模块同时检测参照Flash型FPGA器 件的输出电流信息/逻辑编码，并通过已建立的通讯通道反馈至主控计算机， 主控计算机接收数据后进行实时显示和记录存盘。

(6)主控计算机将二者进行对比，当被测Flash型FPGA器件的输出电 流信息与参照Flash型FPGA器件的输出电流信息相比出现跃变的大电流现 象，可以确定此时被测Flash型FPGA器件出现单粒子闩锁。当被测Flash 型FPGA器件的输出逻辑编码与参照Flash型FPGA器件的输出逻辑编码不 一致时，可以确定此时该Flash型FPGA器件出现单粒子翻转。

在此步骤中，一种优选的判定被测Flash型FPGA器件是否出现单粒子 闩锁的方案为：

将检测模块检测到的参照Flash型FPGA器件的输出电流信息(CC1) 与其预存的输出电流信息(CC0)进行对比，以确认参照Flash型FPGA器 件处于正常工作状态；

将检测模块检测到的被测Flash型FPGA器件的输出电流信息(TC1)与 其预存的输出电流信息(TC0)以及上述的检测模块检测到的参照Flash型 FPGA器件的输出电流信息(CC1)分别进行对比，当出现跃变的大电流现 象，可以确定此时被测Flash型FPGA器件出现单粒子闩锁。

一种优选的判定被测Flash型FPGA器件是否出现单粒子翻转的方案为：

将检测模块检测到的参照Flash型FPGA器件的输出逻辑编码(CD1) 与其预存的输出逻辑编码(CD0)进行对比，以确认参照Flash型FPGA器 件处于正常工作状态；

将检测模块检测到的被测Flash型FPGA器件的输出逻辑编码(TD1) 与其预存的输出逻辑编码(TD0)以及上述的检测模块检测到的参照Flash 型FPGA器件的输出逻辑编码(CD1)分别进行对比均不一致时，可以确定 此时被测Flash型FPGA器件出现单粒子翻转。

(7)当出现单粒子闩锁和/或单粒子翻转时，主控计算机控制程控电源切 断向试验板的供电，结束试验。

另外，该空间效应试验板采用四层板设计。在试验板顶层和底层进行大 面积铺铜，并将铺铜与地连接在一起。这样不但可以屏蔽高频信号的干扰， 还使得试验板在工作时能够较快地散热。

被测Flash型FPGA适配器放置在空间效应试验板上半部分的中心位置， 因为需要受到单粒子辐照而远离其他器件和模块。ARM处理器是整个空间 效应试验板的控制核心，因此把ARM处理器放置在试验板下半部分的中心 位置，与其他功能单元之间的连线基本呈放射形，减少了连线相互交错的情 况。电源和地布线线宽设置为35mil，其他导线线宽设置为12mil。间距均大 于10mil，全部采用手工布线，保证线宽、线距以及布通导线。

本发明由主控计算机实现对空间效应试验板的控制，可以同时检测置于 辐照环境内的试验板和置于辐照环境外的试验板，并把检测结果进行分析处 理、存储和比对。试验板接口齐全，元件位置布局合理，具有使用方便、性 能可靠等优点，最大限度地满足Flash型FPGA空间效应试验需求。

以上对本发明的各种实施例进行了详细说明。本领域技术人员将理解， 可在不偏离本发明范围(由所附的权利要求书限定)的情况下，对实施方案 进行各种修改、改变和变化。对权利要求范围的解释应从整体解释且符合与 说明一致的最宽范围，并不限于示例或详细说明中的实施范例。