隨著航天領域中電子系統(tǒng)的發(fā)展,FPGA(Field-Programmable Gate Array)器件在其環(huán)境下發(fā)揮著關鍵作用�，F階段,FPGA芯片架構有SRAM(Static Random-Access Memory)型、FLASH型、和反熔絲型。SRAM單元在掉電以后里面的數據就會消失,因此在器件系統(tǒng)上電后,須將配置數據經配置電路送給到SRAM單元,來實現FPGA的正常工作。在航天領域,空間環(huán)境中的宇宙射線或強磁層產生的高能帶電粒子都會對集成電路造成干擾,當宇宙中的單個高能粒子射入半導體靈敏區(qū),半導體器件內存儲單元中的數據位信息會跳變,即數據位高低電平會隨機轉換,這樣使得電路的功能發(fā)生錯誤,后果難以預知,并且隨著芯片集成度的增加,發(fā)生單粒子翻轉錯誤的可能性也在增加。在特殊的環(huán)境下,對半導體器件在抗輻照方面的特性上提出要求,這樣里面保存的數據相對安全與可靠些。基于反熔絲結構PROM具有一定的耐輻照性,與其他配置的芯片相比較,可以穩(wěn)定可靠的保存數據,在輻射強、晝夜溫差大、電磁干擾嚴重的外太空環(huán)境工作時具有無可比擬的優(yōu)勢。反熔絲PROM(Programmable Red-Only Memory)具備快速讀取、功耗低、抗輻照性強、可靠性高等優(yōu)點,被廣泛利用在航空環(huán)境中。本文提出了一種新型的FPGA芯片架構設計即反熔絲PROM+SRAM,即將PROM作為配置芯片來加載FPGA器件,這樣可保證配置數據的穩(wěn)定保存,相比較于常見的SRAM型FPGA具有一定的抗輻照功能,且可將實現不同功能的配置數據保存入不同的反熔絲配置存儲器中來實現不同的電路設計。本設計的工作包括了:首先對反熔絲配置存儲器的工作過程進行研究,然后討論了SRAM型FPGA上電后的配置過程,確定了PROM作為配置芯片時,FPGA的配置模式。設計了PROM芯片轉接電路和FPGA最小系統(tǒng)板,設計配置接口電路,并對電路進行功能仿真,在線調試和實物驗證。最后對整個系統(tǒng)做優(yōu)化評估,提出關于配置電路可靠性的建議。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V443
【部分圖文】：

第二章 反熔絲配置存儲器第二章 反熔絲配置存儲器2.1 反熔絲存儲器整體結構本課題采用的反熔絲 PROM 的存儲容量為 256kbit，PROM 存儲器主要有四個功能模塊組成，其中存儲陣列占了大部分的芯片面積，另外還有一些存儲器編程電路、數據讀取電路、存儲器地址譯碼電路等外圍電路[11]，如圖 2-1 所示：

PE 為 0，OE 為 1 時，芯片工作在編程即寫入狀態(tài) 1，OE 為 0 時，芯片工作在讀取狀態(tài)[11-12]。結構原理存儲器件的結構由熔絲和反熔絲兩種組成，前者在默認情況下元沒有數據，對外顯示為 0，熔絲型 OTP（One Time Program據 1 時，需要高壓信號加在結構的兩端，使其熔斷，對外顯示構的存儲器對周圍環(huán)境比較敏感，在編程之后即熔絲燒斷后，持為高電平，對外不可恢復到其編程前的狀態(tài)，這樣可能會使誤的數據。常見的一次性存儲器中的熔絲結構為多晶硅，多晶情況下，熔絲結構兩端是連接的，如圖 2-2（a）所示，在將數時，利用功率較大的激光來對熔絲結構中的多晶硅進行燒斷，絲機構兩端存在的電路通路斷開，如圖 2-2（b）所示。在對熔，可能對周圍的多晶硅熔絲帶來影響，所以在設計時，需要將一定的空間，這樣就會造成芯片面積增大，成本升高[11]。

圖 2-3 反熔絲 PROM 結構 所示為本課題中 OTP 存儲器 PROM 的反熔絲的內部結構，在每個反熔絲結構，在電路圖中用電容表示（相當遠端開路狀態(tài)）燒寫數據之前，用戶可以選擇對一個存儲單元中的哪個反熔絲設置為對左右兩邊的反熔絲結構一起編程。同理，在讀取數據讀左邊存儲單元，或者只讀右邊存儲單元，還可以一起選中兩并聯讀取，編程和讀取模式的選擇根據芯片初始化來決定[11-12]。是提高芯片的可靠性，減少出錯幾率。
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本文編號：2861138