針對未來的任務(wù)關(guān)鍵設(shè)計應(yīng)采用那種耐輻射平臺？(06-100)

　　對于某些應(yīng)用而言，數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)個別擾亂并不是災(zāi)難性的，或不會導(dǎo)致系統(tǒng)故障；圖象處理系統(tǒng)便是一例，因圖象質(zhì)量并不會因為個別擾亂事件而全體下降。在這種情況下，可以不對個別數(shù)位錯誤采取任何緩解措施，因為圖象可能是由數(shù)百萬象素構(gòu)成，或者說是一個視頻流；個別數(shù)據(jù)錯誤對整體圖象質(zhì)量的影響只是輕微。然而，對敏感性數(shù)據(jù)和任務(wù)關(guān)鍵功能如指令和數(shù)據(jù)處理、軌道和高度控制及航天器功率管理等，忽視SEU問題并不是恰當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，有時甚至?xí)馂?zāi)難。因此，為了防止SEU誘發(fā)錯誤，SRAM FPGA的設(shè)計人員開發(fā)了能檢測和減少這個影響的緩解技術(shù)，包括：配置數(shù)位流梳理和修復(fù)、利用FPGA 邏輯門實施三重模塊冗余 (TMR)；或在設(shè)計層面上采取緩解措施，如添加外部監(jiān)視電路。不過，這些緩解技術(shù)會增加FPGA的門密度，進(jìn)而增加太空系統(tǒng)的重量和復(fù)雜性，這是人們所不愿看到的。

　　與以SRAM為基礎(chǔ)的FPGA不同，以反熔絲為基礎(chǔ)的解決方案具有一次性可編程 (OTP) 的特點。器件一旦完成編程并焊接在板卡上，就不可能重新配置，然而在大多數(shù)任務(wù)關(guān)鍵應(yīng)用中，很少有可能在設(shè)計周期的這個特殊階段變更設(shè)計。在許多方面，以反熔絲為基礎(chǔ)的FPGA都比SRAM FPGA更象RH-ASIC。一直以來，反熔絲FPGA都是低門密度的產(chǎn)品，適合于不需要高門密度器件的運載艙應(yīng)用。然而，隨著高密度反熔絲FPGA的問世 (如Actel的RTAX-S系列，其門密度目前可達(dá)兩百萬)，設(shè)計人員可考慮在運載艙和有效載荷應(yīng)用中使用這類器件。

　　以反熔絲為基礎(chǔ)的FPGA除了仍然具備一般FPGA固有的靈活性外，在耐輻射能力方面也比以SRAM為基礎(chǔ)的FPGA更接近ASIC器件。多年的測試證明：耐輻射的反熔絲FPGA具有SEU免疫力，其特性并不會因為隨時間累計TID而產(chǎn)生劣化。盡管FPGA觸發(fā)器中存儲的數(shù)據(jù)仍然可能被宇宙射線所破壞，而這問題現(xiàn)通過實施三重模塊冗余 (TMR) 來解決 ，即每個觸發(fā)器都由3個觸發(fā)器和一個表決電路來實現(xiàn)。如果其中一個觸發(fā)器因重離子轟擊而改變狀態(tài)，另外兩個的狀態(tài)仍然保持不變，表決電路會在這三個觸發(fā)器的輸出端檢測到狀態(tài)數(shù)據(jù)，這樣表決電路輸出端的數(shù)據(jù)便不會受到影響。這種觸發(fā)器稱作具有SEU增強功能的觸發(fā)器，是反熔絲FPGA (包括Actel的產(chǎn)品) 的一大特點。這種觸發(fā)器的實現(xiàn)并不占用FPGA的任何片上資源，因此用戶可利用整個FPGA而不會造成任何邏輯丟失。通過這種技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計的幅射數(shù)據(jù)LETth指標(biāo)便能超過60MeV-cm2/mg，以滿足當(dāng)今大多數(shù)太空應(yīng)用的要求。

　　如今的太空系統(tǒng)設(shè)計人員在進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計時，必須清楚了解其應(yīng)用的耐輻射需求。具有耐輻射能力的新型非揮發(fā)性FPGA為設(shè)計人員提供了新的機會，利用FPGA的可編程特點以較低的工程開銷來縮短開發(fā)時間，并實現(xiàn)ASIC解決方案所具備的低功耗特性。隨著太空應(yīng)用的需求越來越層出不窮，并需要更高的性能、更多的功能和更大的門密度，以及具備抗輻射功能以適應(yīng)極端的環(huán)境，反熔絲FPGA已成為唯一同時具備傳統(tǒng)ASIC和SRAM FPGA所有上述優(yōu)勢的解決方案。