随着集成电路器件特征尺寸的进一步减小，锁存器内部节点之间的距离越来越短。由于内部节点间的电荷共享效应，器件在空间辐射环境中频繁发生单粒子翻转(SEU)，受影响节点由单节点扩展到双节点。文章提出了一种新型的锁存器加固结构，利用C单元固有的保持属性，实现对单节点翻转(SNU)和双节点翻转(DNU)的完全容忍。HSPICE仿真结果表明，相比于其他同类型的加固设计，所提出的锁存器功耗平均下降了34.86%，延迟平均下降了59%，功耗延迟积平均下降了67.91%。PVT分析表明，该锁存器结构对电压、温度、制造工艺的变化不敏感。

为克服在轨单粒子翻转并实现灵活可靠的多工作模式, 设计了基于 Xilinx现场可编程逻辑器件和上海复旦微刷新芯片的刷新成像系统。使用单组菊花链结构的串行总线进行5组刷新成像单元串口控制, FPGA将接收到的数据内部转换后再对刷新芯片配置或重注。通过刷新使能信号控制刷新芯片是否加电, 同时决定FPGA以主并工作方式从PROM加载还是从并方式在刷新芯片的控制下加载。通过控制电平设置, 实现加载数据源的选择。在各供电电源完毕后, 使用外部的复位信号对刷新芯片进行复位, 满足刷新芯片复位后立即启动配置的时序要求。实验结果表明, 以波特率625 kbit/s菊花链方式, 传输单包204 byte的数据仅需0.377 6 ms, 远低于刷新串口所需的2.01 ms, 可以进行多组的分时工作。采用少量单端控制信号结合菊花链串行总线的刷新成像系统, 多种工作模式稳定可靠, 具备设计灵活性和在轨可维护性。

ARINC818光纤视频总线以其高带宽、低延迟、非压缩数字视频接口, 以及抗干扰、重量轻等优点在国内外飞机系统中广泛应用。由于航空机载电子系统对安全性有苛刻要求, ARINC818卡的安全性设计成为适航认证的一个重要考量。给出一种可行的ARINC818卡的安全性设计, 经过故障注入等测试, 充分验证了该方法的正确性和可行性。

提出一种新颖的单粒子效应加固输入接口电路, 采用组合逻辑延迟后运算处理的方案。该电路基于华润上华 600 V BCD 0.8 μm工艺进行电路设计和流片, 并在中科院国家空间科学中心完成单粒子辐照测试。仿真测试结果表明, 提出的输入接口电路可以有效免疫线性能量传递值 (LET)在80 MeV·cm2/mg以下单粒子翻转 (SEU)事件, 特别是对多个节点同时发生单粒子翻转事件的情况, 提出的电路抗单粒子翻转可靠性较高。

在民航飞行环境下, 存在着各种各样的高能粒子, 这些高能粒子作用于民用飞机航空电子设备的SRAM型FPGA会产生单粒子翻转(SEU)效应, 从而造成器件逻辑错误和系统故障, 因此对机载设备中的SRAM型FPGA必须采取相应的抗单粒子翻转设计措施。根据AFDX交换机的基本结构, 提出了基于FPGA的AFDX交换机抗单粒子翻转的具体设计措施, 并通过故障注入方法进行模拟仿真验证, 有效提高了基于FPGA的AFDX交换机抗单粒子翻转性能, 从而提高系统在航空飞行应用中的可靠性和稳定性。

对Xilinx SRAM型FPGA的配置RAM的帧物理组织进行了研究，给出了提取帧结构的方法，并给出了比特流中帧的排列顺序；分析了SEM IP核的中间文件的结构并给出了提取必要位的方法，通过对必要位进行0/1翻转，用以模拟辐射环境下FPGA易出现的单粒子翻转问题；设计了PC端界面以实现完整的人机交互。故障注入系统在FPGA片上实现，通过内部ICAP接口实现对配置数据的读写，无需处理器参与。通过对待测电路的必要位逐位进行翻转及修复测试后对每个位进行了分类，分类结果可用于在后续故障修复中对特殊位进行重点防护。

针对卫星轨道上空间辐射环境引起的光学相机性能退化问题,采用8晶体管(8T)-全局曝光互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器进行重离子辐照实验。实验结果显示,不同功能模块寄存器发生单粒子翻转,导致输出图像出现不同的异常模式,主要表现为输出图像“卡零”、若干相邻列输出异常、整幅图像“花屏”等。结合器件的不同子电路功能、工艺结构和工作原理,分析重离子入射器件微观作用过程对宏观图像异常模式的影响,深入探讨器件不同功能模块单粒子翻转的敏感性和损伤机理。研究结果可为CMOS图像传感器加固设计、单粒子地面模拟实验方法及标准和评估技术的建立提供重要参考。

针对近地卫星在轨运行中的单粒子翻转事件(Single Event Upset, SEU)的退火问题, 选取某卫星器件长期积累的SEU数据为样本, 在分析器件长期温度变化的基础上, 详细统计SEU事件的星下点以及年、月等时空分布特征, 并讨论SEU事件与地球磁场分布、F10.7曲线、中子监测数据的关联特性, 最后以SEU事件发生的平均间隔为目标, 建立退火模型, 用实际数据进行退火估计。结果表明, SEU事件星下点发生在南大西洋异常区的达到67%以上, 发生在南、北两极高纬度区域的超过16%, 其它区域的不足17%; 8、9、10、12这4个月份的SEU事件最多, 占全年的38%以上; 以远、近日点为参考时, 发生在4~9月的约占50%, 发生在其它月份的也在50%附近, 两者十分接近; 长期SEU事件受宇宙射线、太阳活动影响明显, 长期性变化以宇宙射线影响为主, 短期性变化以太阳活动影响为主; 在轨道周期内温度变化约2 ℃、长期温升接近5 ℃的条件下, SEU事件时间间隔的均值约4.57 d, 退火零值约1.56×10-13 d, 退火因子约7.94×10-15 d-1, 衰减零值约24.34 d, 衰减因子约0.12 d-1, 退火特征并不明显, 退火影响可不用考虑。

为了探究在低空环境下SRAM型FPGA产生单粒子翻转事件与大气中高能粒子剂量的关系, 设计了一种便携式测试系统。使用该系统在某地6个不同海拔的测试点对SRAM型FPGA进行单粒子翻转测试。某地平均海拔在3000~5000 m, 可以很好地模拟低空飞行环境。通过测试试验, 该系统获得了大量现场数据, 使用Matlab对测试数据进行了分析。结合在某地的测试结果, 从SRAM型FPGA的存储结构、单粒子翻转产生机理、测试系统的工作原理等方面入手, 对该测试系统的科学性与实用性进行了验证分析。分析结果表明, 该便携式测试系统科学有效, 可为航空航天领域中SRAM型FPGA的选型与使用提供一种参考方式。

针对低等级器件抗辐射能力较差的特点，需开展应用加固以满足宇航应用，对一款Flash型现场可编程门阵列(FPGA)开展抗单粒子翻转(SEU)加固设计，并利用地面模拟试验进行加固效果验证，结果表明器件加固后块随机存储器(BRAM)区翻转截面下降近2个数量级，寄存器单粒子翻转截面下降约75%，验证了加固措施的有效性。结合典型轨道环境，计算了器件在轨翻转率，BRAM区翻转率下降4~5个量级，寄存器翻转率下降2~3个量级，可为在轨应用提供指导。