Discussion of the metric in characterizing single-event effect induced by heavy ions

Single-event effect (SEE) is the most serious problem in space environment. The modern semiconductor technology worries about the feasibility of the linear energy transfer (LET) as metric in characterizing SEE induced by heavy ions. In the paper, we calibrate the detailed static random access memory (SRAM) cell structure model of advanced field programmable gate array (FPGA) device using the computer-aided design tool, and calculate the heavy ion energy loss in multi-layer metal utilizing Geant4. Based on the heavy ion accelerator experiment and numerical simulation, it is proved that the metric of LET at the device surface, with ignoring the top metal material in advanced semiconductor device, would underestimate the SEE. In the SEE evaluation in space radiation environment the top-layers on the semiconductor device must be taken into consideration.     

252Cf源和重离子加速器对FPGA的单粒子效应

对10万门基于静态随机存储器的现场可编程门阵列（FPGA）分别在锎-252（252Cf）源和HI-13串列加速器下进行了单粒子效应试验研究,测试了静态单粒子翻转截面及发生单粒子闩锁的线性能量转移阈值,并对试验结果进行了等效性分析比较。试验结果表明252Cf源引起的FPGA单粒子翻转截面比重离子加速器引起的约低1个数量级;使用252Cf源未能观测到该器件的单粒子闩锁现象,而使用重离子加速器可以测出该FPGA发生单粒子闩锁的线性能量转移阈值;在现代集成电路的宇航辐射效应地面模拟单粒子效应试验中252Cf源不是理想的测试单粒子闩锁的辐射源。     

252Cf源和重离子加速器对FPGA的单粒子效应

 对10万门基于静态随机存储器的现场可编程门阵列（FPGA）分别在锎-252（²⁵²Cf）源和HI-13串列加速器下进行了单粒子效应试验研究,测试了静态单粒子翻转截面及发生单粒子闩锁的线性能量转移阈值,并对试验结果进行了等效性分析比较。试验结果表明²⁵²Cf源引起的FPGA单粒子翻转截面比重离子加速器引起的约低1个数量级;使用²⁵²Cf源未能观测到该器件的单粒子闩锁现象,而使用重离子加速器可以测出该FPGA发生单粒子闩锁的线性能量转移阈值;在现代集成电路的宇航辐射效应地面模拟单粒子效应试验中²⁵²Cf源不是理想的测试单粒子闩锁的辐射源。     

基于现场可编程门阵列的高能工业CT同步系统设计

介绍了一种基于现场可编程门阵列的嵌入式高能工业CT同步控制系统。该系统将现场可编程门阵列作为系统时序控制的核心,其内部集成了UART、指令解码、LCD显示、EEPROM读写和同步时序产生等模块。系统采用有限状态机设计了指令解码模块,具有良好的可扩展性。同时,设计了基于查找表结构的频率计数值产生模块,提高了系统处理速度,减少了逻辑资源的占用。最后,采用VC++设计了控制软件,并通过实验得到了清晰的图像数据。     

重离子轰击Ta靶引起的多电离效应

在兰州重离子加速器国家实验室分别测量了H⁺, He²⁺, Ar¹¹⁺和Xe²⁰⁺离子轰击Ta表面过程中辐射的X射线谱, 并得到了Ta特征X射线谱中M_γ (M₃N₅)和N_αβ (M_4,5N_6,7)线的强度, 即I_γ和I_αβ. 分析结果表明, 强度比值I_γ/I_αβ 随着入射离子原子序数的增加而显著增加, 这是由于碰撞过程中Ta原子的多电离效应使M₃支壳层的荧光产额ω₃产生了显著增强.     

基于现场可编程门阵列的高能工业CT同步系统设计

 介绍了一种基于现场可编程门阵列的嵌入式高能工业CT同步控制系统。该系统将现场可编程门阵列作为系统时序控制的核心,其内部集成了UART、指令解码、LCD显示、EEPROM读写和同步时序产生等模块。系统采用有限状态机设计了指令解码模块,具有良好的可扩展性。同时,设计了基于查找表结构的频率计数值产生模块,提高了系统处理速度,减少了逻辑资源的占用。最后,采用VC++设计了控制软件,并通过实验得到了清晰的图像数据。     

静态随机访问存储器型现场可编程门阵列辐照效应测试系统研制

在调研静态随机访问存储器型现场可编程门阵列(FPGA)器件空间辐照效应失效机理的基础上,详细论述FPGA辐照效应测试系统内部存储器测试、功能测试及功耗测试的实现原理,给出了系统的软硬件实现方法。所建立的系统可以测试FPGA器件的配置存储器翻转截面、块存储器翻转截面、功能失效截面、闭锁截面等多个参数,其长线传输距离达到50 m以上,最大可测门数达到了100万门,为FPGA辐照效应研究提供了测试平台。     

兰州重离子加速器控制系统DSP组件设计

针对重离子加速器部分电源的控制要求,进行了分析研究,提出并实现了一种实时、高效、多功能的控制系统。该系统基于数字信号处理器（DSP）和两片现场可编程门阵列（FPGA）芯片相结合的核心处理构架,在系统后端利用PXI总线接口配合FPGA来与工控机箱中的系统控制器和其他控制组件进行大批量数据交互;系统前端利用直接数字频率合成器、模数转换器和数模转换器等器件结合DSP和FPGA中的控制算法及相应控制机制来实现对不同电源控制参数的处理和功率的输出;平台中两组光纤模块也与FPGA相配合实现对同步触发事例等实时数据的收发和调试。     

基于现场可编程逻辑门阵列的新型混沌系统实现

构建了一个新的五维变形蔡氏系统,通过数值仿真,分析平衡点的稳定性、分岔图和Lyapunov指数谱,研究系统特有的基本非线性动力学行为,还分析了改变不同参数时系统动力学行为的变化.基于混沌系统的数值仿真分析以及数字化处理技术,将五维变形蔡氏系统状态方程进行离散化处理,并根据IEEE-754标准和模块化设计理念构建出实现混沌系统变量运算关系的基本模块,进一步利用现场可编程逻辑门阵列硬件平台实现了五维变形蔡氏系统的混沌吸引子.研究结果表明,新五维变形蔡氏系统具有新的混沌动力学行为,并通过硬件证实了新系统的存在性和物理上的可实现性.     

基于SOPC和FPGA的星敏感器检测算法设计与实现

星点检测用于星图中星点质心坐标的提取,是星敏感器处理算法的重要组成部分。星点检测的准确度、精度以及处理速度对星敏感器整机性能具有重要影响。目前,成熟的星点检测方案是采用DSP+FPGA进行图像处理,通过高斯曲面拟合、平方质心法等方法提取质心坐标。提出了一种基于SOPC技术和FPGA图像处理实现星点检测的可行方案,详细介绍了关键算法设计及实现细节。在减小电路尺寸的同时,该方案极大提升了处理速度,实际应用中1 024×1024分辨率星图可达到14Hz帧率,这对于提高星敏感器实时性、丰富星点检测的实现方法具有重要意义。     

基于FPGA的多通道超声波测距系统设计

超声波测距是一种非接触式连续测量方法,具有电路简单、测量精度高等优点。传统的测距系统多采用单片机实现,无法满足现代测距实时性、立体化、多向性的要求;因此设计了一种基于FPGA的多通道超声波测距系统,所有通道同时进行检测与处理,系统具有较高的扩展性。硬件部分采用US_100超声波传感器实现了超声信号的发射与接收,采用京微雅格C192芯片对回波信号进行检测和处理,实现了从2厘米到4米的距离的精确测量,测量结果送入LCD12864进行显示。软件设计采用Verilog HDL语言在Primace编辑环境下进行开发,在Modelsim软件下进行仿真,并通过HR3开发板验证了全部设计功能。测试结果表明：该测距系统运行稳定可靠,测量精度高。     

不同离子激发Au靶的多电离效应

重离子与固体表面相互作用时,会引起靶原子内壳层的电离,相应空穴退激过程中发射的X射线对研究重离子与固体表面的相互作用有着重要意义,可为相关研究提供基础数据.目前,在K和L壳层电离方面做了一些工作,而M壳层的研究较少,本文依托兰州重离子加速器国家实验室320 kV高电荷态离子综合研究平台,测量了不同能量的H~+, Ar~(8+), Ar~(12+), Kr~(13+)和Eu~(20+)离子与Au表面作用产生的特征X射线谱及其能移,计算了X射线的产额比值.结果表明:重离子引起了靶原子内壳层的多电离,多电离效应使Au的MX射线有不同程度的能移;多电离程度取决于入射离子能量、离子的原子序数和其外壳层的空穴数量.     

兰州重离子加速器控制系统DSP组件设计

针对重离子加速器部分电源的控制要求,进行了分析研究,提出并实现了一种实时、高效、多功能的控制系统。该系统基于数字信号处理器（DSP）和两片现场可编程门阵列（FPGA）芯片相结合的核心处理构架,在系统后端利用PXI总线接口配合FPGA来与工控机箱中的系统控制器和其他控制组件进行大批量数据交互;系统前端利用直接数字频率合成器、模数转换器和数模转换器等器件结合DSP和FPGA中的控制算法及相应控制机制来实现对不同电源控制参数的处理和功率的输出;平台中两组光纤模块也与FPGA相配合实现对同步触发事例等实时数据的收发和调试。     

基于现场可编程门阵列的加速器同步控制器设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度同步控制器,它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式,FPGA实现粗延时,专用延时芯片实现精延时,提高了延时精度,同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明,该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25ns,延时、脉宽及周期调节范围为1μs~2s,周期抖动的标准偏差为70ps。该控制器输出信号满足要求,程序界面操作简便,通过串口RS-422远程控制稳定可靠。     

基于FPGA的CMOS图像传感器的驱动开发

对比分析了COMS图像传感器IBIS5-A-1300的两种工作模式,使用Verilog语言对图像传感器的驱动时序进行硬件的描述,并用ModelSim对卷帘模式的设计时序进行仿真。采用了Altera公司的cycloneⅡ系列器件EP2C20F48418进行配置和验证,结果证明了时序电路的正确性。该系统适用于航天领域空间图像采集任务。     

Research on the fault diagnosis technology of intermittent connection failure belonging to FPGA solder-joints in BGA package

A new method to detect intermittent faults in FPGA (field programmable gate array) of BGA (ball grid array) packages is presented. Inject proper current into measured IO port via sensor circuit, the intermittent faults will arouse impedance of the solder-joint to change intermittently, the voltage of solder-joint will also change intermittently, the fault information can be obtained through regulating the voltage signal. Compared with current monitoring method based on degradation model, this scheme is more reliable and accurate. It can prevent the catastrophic faults caused by failure of the FPGA solder-joints effectively, as well as economize the maintenance cost.     

基于DSP的新一代液晶光电图形发生器

液晶光电图形发生器选用先进的液晶显示器件,在计算机的控制下可根据实际测量的需求产生出各种所需的目标图形。针对第一代光电图形发生器数据传输速度过慢等问题,研制了新一代基于DSP的光电图形发生器,采用通用异步接收/发送通信外设的接口方式,通过高性能DSP与FPGA进行图形传输,利用专用的液晶驱动芯片完成图形显示。结果表明,该装置提高了传统光学测量中对目标更换的效率和图形传输速度,实现了从目标到探测的全光电化测量。