依附于SRAM的XILINX FGA单粒子翻转测试

张建宁 张毅博 吴红芳

摘 要依附于SRAM（静态随机存取存储器）的XILINX FPGA（赛灵思现场可编程门阵列）具有结构繁琐及资源丰富的特性，在对其予以单粒子试验过程，只有侧重于其特点，设计有针对性的单粒子测试方式才可以精准的获取芯片中的单粒子特性，进而为抗辐设计铺平道路。

【关键词】静态随机存取存储器 单粒子翻转 测试 试验方法

近年来伴随各种航天设备的全面发展，系统设计也逐渐趋于繁琐化，系统的集成性已不可同日而语。随着semiconductor技术的全面发展，尤其是现场可编程门阵列的广泛应用，为繁琐系统的设计提供了更为开阔的平台。因为赛灵思企业的现场可编程门阵列拥有大容量、质量轻及编程便捷等一系列特点，所以目前已被航天设备所应用，不过此芯片有几率出现单粒子翻转问题，因此对此类芯片予以抗单粒子性测试就显得尤为的重要。

现场可编程门阵列中具有大量的资源，所以对其所具备的抗单粒子性要有一个明确的理解，在此基础上才可以有指向性的予以抗辐措施，进而深化此类芯片在航天设备中应用的稳定性。文章将以依附于静态随机存取存储器的XILINX FPGA单粒子翻转测试作为切入点，在此基础上予以深入的探究，相关内容如下所述。

1 赛灵思现场可编程门阵列单粒子效应的基本特性

赛灵思现场可编程门阵列是通过大量的可调配逻辑系统、输入输出模块以及大量布线资源所构建。各逻辑模块通过查找表、Multiplexer与trigger所构建。查找表能够作为实际表，进而具备Boolean Logic功能。输入输出模块能够给出外部引脚及可调配逻辑模块的端口。可调配逻辑模块间通过布线资源串联。现场可编程门阵列矩阵涵盖了可选块随机存取存储器、分布式随机存取存储器以及Digital Clock Widget。

2 依附于静态随机存取存储器的赛灵思现场可编程门阵列单粒子翻转测试方法

单粒子测试要根据有存储功能的资源而进行。依附于依附于静态随机存取存储器的赛灵思现场可编程门阵列资源存在差异，出现单粒子翻转的现象也大相径庭，对于差异化的的现场可编程门阵列资源要具备相匹配的单粒子翻转测试机制。配置存储器单粒子翻转测试的方法是予以现场可编程门阵列配置存储器回读，奇迹为一种静态测试措施。现场可编程门阵列经输入数据流配置存储器，完成加载后，相关配置存储器内容会被固化。

现场可编程门阵列具有大量存取端口，因此通过这些端口对配置存储器予以读写，其中包括两类：

（1）择取八位异步双向并行端口SelectMAP；

（2）择取联合测试行为模式。

个别状态下，现场可编程门阵列中即使一些区域己出现翻转，不过因为内质逻辑功能并不是一直处在工作中，现场可编程门阵列的对外输出看上去不存在任何异常。但是若受影响区域开始运转，那么故障即刻体现。经现场可编程门阵列读写端口能够对芯片的配置情况予以同步读取，同时将相关数据与己知的参数予以比对，进而可以有效测检有无出现单粒子翻转，通过此方法明确翻转数据。

对于随机存取存储器与分布式随机存取存储器的测试，尽可能依附于芯片的特性进行设计。随机存取存储器资源具有较高的存储容量，其测试相对便捷，能够做成单口随机存取存储器，在未测试时，写入固定的参数，在测试过程中持续读出数据，在此基础上予以比较。因为赛灵思现场可编程门阵列的随机存取存储器具有一定的独立性，举例说明XCV300现场可编程门阵列单个随机存取存储器的大小为512 x 8二进位制信息单位。因此在设计存储器的过程中，位宽尽可能设计成八的整数倍，而长度尽可能设计成512的整数倍，这样通过块随机存取存储器所设计的存储器具有超高的利用率。

除上述测试模式外，试验环节还有相匹配的偏置条件、heavy ion及Proton acceleration选择、测试参数的评定及后期处理、测试环节的监控与参数录入。若在重离子加速设备上予以辐射试验，针对陶瓷及金属封装的被测试器件，经机械措施开盖，经化学腐蚀法对芯片外层的保护层予以全面处理；而个别塑料封装的被测试器件，经化学腐蚀法予以开盖处理，在此基础上去除芯片外层的保护，进而确保heavy ion可以透射至器件灵敏范围，进而出现单粒子效应。反之，因为heavy ion加速设备内的重离子不能达到触发敏感区域生成单粒子翻转的能量，通过heavy ion与高能质子单粒子效应存在异化问题。通常经heavy ion单粒子翻转截面去评估质子单粒子翻转截面。

3 总结

综上所述，此次研究依附于静态随机存取存储器的赛灵思现场可编程门阵列资源提出了单粒子测试方法，对现场可编程门阵列试验后，要明确其翻转截面，一些试验通常忽略了现场可编程门阵列资源的使用状态，很多产品中使用的现场可编程门阵列设计，其资源使用率无法达到百分之百，平均不超过百分之八十。因此在设计完现场可编程门阵列后，需统计现场可编程门阵列的资源使用状态，试验结果需匹配于资源使用状态予以计算。对于随机存取存储器与分布式随机存取存储器的测试，尽可能依附于芯片的特性进行设计。随机存取存储器资源具有较高的存储容量，其测试相对便捷，能够做成单口随机存取存储器，在未测试时，写入固定的参数，在测试过程中持续读出数据，在此基础上予以比较。

参考文献

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作者简介

张建宁（1992-），男，河南省内黄县人。大学本科学历。助理工程师。主要研究方向为电子装配、电子测试、信号采集。

作者单位

凯迈（洛阳）测控有限公司 河南省洛阳市 471009