CN102540061A - Sram型fpga电离总剂量辐照试验偏置装置 - Google Patents

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宁永成
于庆奎
陈旭东
唐民
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Abstract

本发明提供一种SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置，包括：偏置测试板；偏置测试板上的转接板，用于承载被测FPGA；偏置测试板上的配置状态检测单元；偏置测试板上的程控电源；配置管理单元。本发明还提供一种SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置操作方法。

Description

SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置
技术领域
本发明涉及电离总剂量辐照试验偏置装置，可以用于SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验的加电偏置和被辐照器件的功能性检测。
背景技术
SRAM(静态随机存取存储器)型FPGA(现场可编程门阵列)是一种常用的宇航器件，在宇宙环境中，由于受到宇宙射线的辐照，器件的性能容易退化，为了检测SRAM型FPGA在辐照下的退化性能，需要测试使器件性能退化的电离总剂量阈值。
从事电离总剂量效应试验研究的报道主要有美国XILINX公司和欧洲SAAB试验室，但是其公布的抗电离总剂量能力数据是基于对空白未配置的器件(blank devices)进行试验得到的结果；欧洲SAAB试验室和Xilinx公司合作，采用了专门设计的检测板、上位机检测软件以及IP核进行电离总剂量效应检测，系统复杂，成本较高。因此，需要开发一种结构简单、成本较低的测量SRAM型FPGA电离总剂量阈值的偏置装置。
发明内容
本发明提供了一种SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置，可将FPGA配置后再进行电离总剂量辐照试验，能够更加真实的反映器件在太空中可能出现的状态，且结构简单、成本低，该装置包括：
偏置测试板；
偏置测试板上的转接板，用于承载被测FPGA；
偏置测试板上的配置状态检测单元；
偏置测试板上的程控电源；
配置管理单元。
根据本发明提供的偏置装置，其中配置管理单元包括偏置测试板上存储器配置管理单元，由可擦写只读存储器PROM构成。
根据本发明提供的偏置装置，其中配置管理单元还包括计算机配置管理单元，通过被测FPGA的JTAG端口对被测FPGA进行配置。
根据本发明提供的偏置装置，其中计算机配置管理单元的优先级别高于存储器配置管理单元。
根据本发明提供的偏置装置，其中配置状态检测单元由发光管和电阻器组成。
根据本发明提供的偏置装置，其中当偏置装置加电后，被测FPGA和PROM被加电，存放在PROM中的程序通过被测器件的配置端口对被测FPGA自动配置。
本发明还提供一种SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置操作方法，包括：
1)将被测器件装上辐照试验板；
2)开启程控电源，对辐照偏置板加电，使装在辐照试验板上的被测FPGA、PROM同时被加电；
3)使配置管理单元完成对被测器件的配置；
4)配置状态管理单元检测器件是否配置成功。
根据本发明提供的操作方法，其中步骤3)包括使存储器配置管理单元完成对被测器件的配置。
根据本发明提供的操作方法，其中步骤3)包括使计算机配置管理单元完成对被测器件的配置。
根据本发明提供的操作方法，其中还包括将FPGA配置后进行电离总剂量辐照试验。
采用本实施例提供的偏置装置，可将FPGA配置后再进行电离总剂量辐照试验，而非背景技术所述的空白未配置的器件，能够更加真实的反映器件在太空中可能出现的状态。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1为根据本发明的实施例的偏置装置的结构示意图；
图2为配置成功后FPGA模块的内部状态示意图。
具体实施方式
本实施例提供一种SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置，如图1所示，包括：
偏置测试板；
偏置测试板上的转接板，用于承载被测FPGA；
偏置测试板上的存储器配置管理单元，由可擦写只读存储器PROM构成，用于存放被测FPGA的配置程序；
偏置测试板上的计算机配置管理单元，具有与存储器配置管理单元同样的对将被测器件进行配置的功能，通过被测FPGA的JTAG端口对被测FPGA进行配置，计算机配置管理单元的优先级别高于存储器配置管理单元；
偏置测试板上的配置状态检测单元，由发光管和电阻器组成；
偏置测试板上的程控电源，由可编程多路程控电源构成，编程形成3路输出电源，第一路给被测FPGA内核供电，并利用程控电源电流检测功能实时、动态监测被测FPGA的内核电流，第二路给被测FPGA的I/O供电，并利用程控电源电流检测功能实时、动态监测被测FPGA的I/O电流，第三路给辐照偏置测试板上其它部分(包括PROM)供电。
其中，当偏置装置加电后，被测FPGA和PROM被加电，存放在PROM中的程序通过被测器件的配置端口对被测器件自动配置。存储器配置管理单元可在被测器件配置成功后拔去。
在被测器件配置过程中，配置完成后，均可通过计算机配置管理单元对被测器件进行配置或再配置。被测器件配置成功后，可将计算机配置管理单元撤除。通过计算机配置管理单元，可对被测FPGA进行任何所希望的配置程序配置。
SRAM型FPGA本身有配置成功指示端Done，当被测器件配置成功后，其配置成功指示端Done将被器件本身自动置高，配置状态检测单元连接在配置成功指示端Done和地GND端，当被测器件未配置或配置不成功时，其配置成功指示端Done为低电平，配置状态检测单元电路中无电流流过，配置状态检测单元中发光管不发光，当被测器件配置不成功后，其配置成功指示端Done为高电平，配置状态检测单元电路中有电流流过，配置状态检测单元中的发光管发光，代表被测FPGA配置成功。
在本实施例中，通过接收存储器配置单元的配置程序，可进行内部可配置模块的配置，也可通过配置计算机进行内部可配置模块的配置，通过被测FPGA配置成功指示端Done电位的高低，可判断被测器件配置是否成功。被测FPGA配置成功指示端Done电位为高，表明被测FPGA配置成功。
所述的配置工作过程为：在偏置测试板上，通过将被测器件的相关引出端连接电源端或地端，实现对被测器件状态的设定，包括将高低I/O端口信号设定为LVTTL模式；电源端连接规定的电源电压(VCCO、VCCINT)，地端接地，输入端串联1kΩ电阻后，依次交替连接电源VCCO和地端，输出端悬空。配置成功后器件内部状态如图2所示。其中可编程逻辑模块使用率为90％，块存储器使用率为50％，输入输出管脚使用率为100％，延时锁定环路模块使用率为100％。
FPGA配置成功后，即可将上述偏置装置放入辐照装置中进行测试，采用本实施例提供的偏置装置，可将FPGA配置后再进行电离总剂量辐照试验，而非背景技术所述的空白未配置的器件，能够更加真实的反映器件在太空中可能出现的状态。
本实施例提供的SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置的操作方法包括：
1)将被测器件装上辐照试验板；
2)开启程控电源，对辐照偏置板加电，使装在辐照试验板上的被测FPGA、PROM同时被加电，同时利用程控电源的电流检测功能实时、连续监测被测FPGA的内核电流、I/O电流；
3)被测FPGA的配置使能端被置于有效，预先烧写在存储器配置管理单元的PROM中的配置文件将自动下载到被测FPGA中，使存储器配置管理单元完成对被测器件的配置；
4)在计算机上编制配置程序，在试验前、试验中，由计算机通过被测FPGA的JTAG口对被测FPGA进行配置，使计算机配置管理单元完成对被测器件的配置；
5)配置状态管理单元检测器件是否配置成功；
6)将FPGA配置后进行电离总剂量辐照试验。
根据本发明的其他实施例，其中SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置中，也可以不包括计算机配置管理单元，而仅包括存储器配置管理单元。存储器配置管理单元体积小、使用更方便。计算机配置管理单元能够更灵活的编制配置程序。
根据本发明的其他实施例，其中SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置的操作方法中，也可以不包括步骤4)，仅采用存储器配置管理单元完成对被测器件的配置，而不使用计算机配置管理单元完成对被测器件的配置。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置，包括：
偏置测试板；
偏置测试板上的转接板，用于承载被测FPGA；
偏置测试板上的配置状态检测单元；
偏置测试板上的程控电源；
配置管理单元。
2.根据权利要求1所述的偏置装置，其中配置管理单元包括偏置测试板上存储器配置管理单元，由可擦写只读存储器PROM构成。
3.根据权利要求2所述的偏置装置，其中配置管理单元还包括计算机配置管理单元，通过被测FPGA的JTAG端口对被测FPGA进行配置。
4.根据权利要求3所述的偏置装置，其中计算机配置管理单元的优先级别高于存储器配置管理单元。
5.根据权利要求1所述的偏置装置，其中配置状态检测单元由发光管和电阻器组成。
6.根据权利要求1的偏置装置，其中当偏置装置加电后，被测FPGA和PROM被加电，存放在PROM中的程序通过被测器件的配置端口对被测FPGA自动配置。
7.一种SRAM型FPGA电离总剂量辐照试验偏置装置操作方法，包括：
1)将被测器件装上辐照试验板；
2)开启程控电源，对辐照偏置板加电，使装在辐照试验板上的被测FPGA、PROM同时被加电；
3)使配置管理单元完成对被测器件的配置；
4)配置状态管理单元检测器件是否配置成功。
8.根据权利要求7所述的操作方法，其中步骤3)包括使存储器配置管理单元完成对被测器件的配置。
9.根据权利要求7所述的操作方法，其中步骤3)包括使计算机配置管理单元完成对被测器件的配置。
10.根据权利要求7所述的操作方法，其中还包括将FPGA配置后进行电离总剂量辐照试验。
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