SRAM型FPGA的单粒子效应及TMR设计加固

黄伟 刘涛 王华 潘卫军

（北京空间机电研究所，北京 100076）

1 引言

目前，FPGA被大量的应用于星载电子设备的数据处理、探测器中流程控制以及时序发生。随着系统复杂度的增加，100万门级以上规模的FPGA已经广泛的应用于空间中[1]。然而随着器件集成度的提高和工作电压的降低，空间高能粒子对电子系统可靠性的威胁越来越大。防辐射加固是FPGA器件空间应用必须考虑的问题之一。

FPGA器件根据工艺和配置方式不同分为反熔丝型和SRAM型两种。基于反熔丝的FPGA一次烧写成型，硬件固化，抗辐射的能力相对较强；基于电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）配置的SRAM型FPGA更容易受到空间辐射的影响[2]。但是，基于反熔丝的FPGA器件价格贵，不能重复烧写，其逻辑门数也比SRAM型FPGA少。SRAM型FPGA因其具有丰富的资源以及灵活可配置的优点，已被广泛的应用于各种宇航电子设备中，因此有必要研究SRAM型FPGA受辐射影响的机理以及提高其防辐射性能的方法。

本文介绍了SRAM型FPGA受单粒子效应影响的机理，指明传统的TMR设计架构存在的不足，在此基础上提出了一种改进的TMR设计架构，并将该架构应用于某星载设备关键控制电路的TMR设计中。

2 SRAM型FPGA中的单粒子效应

基于SRAM的FPGA的电路功能是依靠存储在SRAM型配置寄存器中的bits位实现的。总体上可分配置区和功能区。配置区的寄存器组成配置帧，其中的配置信息用于对功能区的可编程逻辑块、可编程IO端口以及可编程互联线的硬件编程[3]。功能区按照配置Bits位信息完成指定的功能。……