基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器内部复位电路制造技术

本实用新型专利技术属于航天大规模数字集成电路器件的可靠性研究领域，公开了基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器内部复位电路，针对在星载短波红外探测器组件制冷控制系统中的反熔丝FPGA在安全性与可靠性方面存在的问题，通过设计一种反熔丝FPGA的内部复位电路，为星载短波红外探测器组件的制冷机控制器增加定时复位功能和温差异常复位功能，从而使星载反熔丝FPGA在发生单粒子翻转后，经过一定时间可以复位到初始状态，避免了因为反熔丝FPGA功能失效而导致的系统工作状态异常始终无法恢复，从而提高制冷机控制系统在轨运行的安全性可靠性。

Internal reset circuit of on-board refrigerator controller based on anti fuse FPGA

The utility model belongs to the research field of the reliability of the spaceflight digital integrated circuit device, and discloses the internal reset circuit of the spaceborne refrigerator controller based on the anti fuse FPGA, which aims at the problems of the security and reliability of the anti fuse FPGA in the cooling control system of the spaceborne short wave infrared detector component. The internal reset circuit of the anti fuse FPGA is designed to increase the timing reset function and the abnormal reset function for the refrigerator controller of the spaceborne short wave infrared detector component, so that after the single particle flipping of the spaceborne anti fuse FPGA, it can be reset to the initial state after a certain time, avoiding the function of the anti fuse FPGA function. The failure of the system can not restore the working state, so as to improve the safety and reliability of the refrigerating control system in orbit.

【技术实现步骤摘要】
基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器内部复位电路
本技术属于航天大规模数字集成电路器件的可靠性研究领域，具体涉及到基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器内部复位电路。
技术介绍
星载短波红外探测器组件普遍配置了直线分置式斯特林制冷机，一般由宇航级的FPGA生成频率固定、调制度可调的SPWM波对输出到直线电机的正弦交流信号的幅值进行控制，进而通过改变直线电机活塞的行程调整输出功率的大小，使得制冷机能够快速降温，并在设定温度点保持一定的温度稳定精度。在当今复杂电磁环境和强干扰的条件下，航空和航天装备的信号处理器件的逻辑可能产生意外翻转而产生功能失效，甚至导致系统工作状态异常，因此器件的可靠性至关重要。反熔丝型FPGA(现场可编程门阵列)因其低功耗、高可靠性、高保密性等特点，广泛应用于航空航天的电子系统中。然而一旦发生单粒子翻转，系统将处于由温控功能失效而导致的工作状态异常始终无法恢复，严重影响单机在轨运行的安全性和可靠性。
技术实现思路
鉴于上述现有技术所存在的问题，本技术的目的是提供了基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器的内部复位电路，以解决现有技术反熔丝FPGA功能失效而导致的系统工作状态异常始终无法恢复的问题，提高了制冷机控制系统在轨运行的安全性和可靠性。本技术的技术解决方案是：基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器内部复位电路，包括：设置在FPGA内的定时复位计数器、温差异常复位模块、三输入或门；所述定时复位计数器的输入端接收外部复位引脚的上电异步复位信号，其输出端发送全局复位信号至制冷机驱动逻辑单元；所述温差异常复位模块根据红外探测器制冷机杜瓦的实时温度以及设定值MW，输出同步复位信号至三输入或门的其中一个输入端；所述三输入或门的另外两个输入端分别接收电流异常检测信号和MOSFET驱动异常检测信号。进一步地，所述温差异常复位模块包括温差正常标识单元、温差正常计数器、温差异常计数器、温差稳定状态标识单元、温差异常复位单元；所述温差正常标识单元将所采集的红外探测器制冷机杜瓦的实时温度和基准温度范围作比较，生成温差正常或异常的温差标识信号；所述温差正常计数器对温差正常的温差标识信号进行计数；所述温差异常计数器对温差异常的温差标识信号进行计数；所述温差异常复位单元将温差异常计数器的计数值与设定值MW进行比较，并生成同步复位信号。进一步地，所述温差异常复位单元还包括中值滤波单元，所述中值滤波单元对所采集的红外探测器制冷机杜瓦的实时温度进行滤波后再送入温差正常标识单元。与现有技术相比，本技术具有以下优点：1、本技术基于反熔丝FPGA的制冷机控制器复位设计基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器的内部复位电路，在其发生单粒子翻转导致功能失效后，无需片外配置电路进行刷新，也无需地面进行遥测和发送指令，系统可通过定时复位功能或者温差异常复位功能恢复到初始状态，实现简单，片内逻辑资源消耗小。2、反熔丝FPGA内部设计有一个定时复位计数器，对制冷机驱动的逻辑设计进行全局定时复位，或者工作状态异常对定时复位计数器进行复位，定时复位计数器再对制冷机驱动的逻辑设计进行复位，外部的复位信号不接入反熔丝FPGA的全局复位引脚，复位过程耗时少，温控状态恢复迅速，对温控系统稳定性的影响较小。3、在温差异常复位模块中设计了温差异常计数器和温差正常计数器双计数器对温差正常与否的信号标识进行计数，能产生可适应复杂工况、抗干扰能力强的温差稳定状态标识，在温差稳定状态时，对温差异常计数器进行置零，从而避免了系统频繁的复位。4、本技术通过合理设计全局复位系统，以及相应的温差异常的检测电路，可实现系统全局定时复位和温控功能失效复位。附图说明图1为基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器内部复位电路原理图；图2为本技术的定时复位计数器的逻辑功能框图；图3为本技术的温差异常复位模块电路原理图；图4为温差异常计数器和温差正常计数器的逻辑功能框图。具体实施方式如图1所示的基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器内部复位电路,主要分为三部分：全局复位：在反熔丝FPGA内部设计一个定时复位计数器，制冷机驱动的逻辑单元全部仅由该定时复位计数器进行全局复位；上电异步复位：该复位信号仅对定时复位计数器进行上电异步复位，再由定时复位计数器的全局复位信号对制冷机驱动的逻辑单元进行上电异步复位；工作状态异常复位：设计了温差异常复位模块，与来自FPGA片外的电流异常检测信号和驱动异常检测信号经过三输入的或门后，对定时复位计数器进行工作状态异常复位，再由定时复位计数器对制冷机驱动的逻辑单元进行的全局复位。定时复位计数器可对制冷机驱动逻辑设计单元进行全局复位，复位的优先级为：上电异步复位，工作状态异常复位，计数定时复位器，当工作状态异常复位单元中的温差异常复位寄存器因为单粒子翻转而无法对温差异常状态作出复位操作时，定时复位计数器可做出定时的全局复位，纠正温差异常复位寄存器因为单粒子翻转而造成的错误。定时复位计数器单元的逻辑功能设计如图2，首先判断上电异步复位信号和工作状态异常复位信号是否有效，如果两个信号有任意一个有效，则定时复位计数器复位为0，向制冷机驱动逻辑设计单元发送全局复位；如果两个信号均为无效，其次，判断定时复位计数器是否等于设定值END，如果定时复位计数器等于设定值END，则定时复位计数器复位为0，向制冷机驱动逻辑设计单元发送全局复位信号；如果定时复位计数器不等于设定值END，则定时复位计数器计数+1，之后判断定时复位计数器是否大于设定值RST，如果定时复位计数器大于设定值RST，则释放全局复位，否则发送全局复位。温差异常复位模块包含在制冷机驱动逻辑单元中，具备详细设计如图3，FPGA通过控制A/D转换芯片，将红外探测器制冷机杜瓦的实时温度采集为数字信号，再和基准温度范围作比较，生成温差正常与异常的信号标识，温差正常计数器和温差异常计数器根据温差正常与异常的信号标识进行计数。在温差达到了长期稳定之前，温差稳定状态标识无效，温差正常计数器从0开始计数，在温差正常时加1，在温差不正常时清零；温差异常计数器从0开始计数，在温差不正常时加1，在温差正常时保持不变，达到设定值MW后，即认为温度长期不正常，系统温控功能失效，此时产生温差异常复位信号。当温差正常计数器计数达到一个可调的阈值参数TH时，则认为系统温差达到了长期稳定的状态，产生温差稳定状态标识。在温差稳定后，即使温差不正常，温差正常计数器只是减1而非清零，直到温差正常计数器小于阈值参数TH退出长期稳定状态，如此设计，温度稳定状态下遇到的短时间温差异常，不会对温差稳定状态标识造成干扰，温差稳定状态时，温差异常计数器进行清零，因此温差异常计数器只记录最近一次温度长期稳定以后，温度不正常的时间，可将开机启动等温差范围较大的工况不计入温差异常时间累计。温差异常计数器和温差正常计数器的逻辑功能设计如图4，首先判断全局复位信号是否有效，如果全局复位信号有效，则温差正常计数器和温差异常计数器均复位为0；如果全局复位信号无效，其次继续判断温差正常计数器是否大于阈值TH，如果温差正常计数器大于阈值TH，则温差稳定状态标识有效，此时认为系统温差正常且长期处于稳定状态，温差异常计数器置位为0，此时需要判断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器内部复位电路，其特征在于：包括设置在FPGA内的定时复位计数器、温差异常复位模块、三输入或门；所述定时复位计数器的输入端接收外部复位引脚的上电异步复位信号，其输出端发送全局复位信号至制冷机驱动逻辑单元；所述温差异常复位模块根据红外探测器制冷机杜瓦的实时温度以及设定值MW，输出同步复位信号至三输入或门的其中一个输入端；所述三输入或门的另外两个输入端分别接收电流异常检测信号和MOSFET驱动异常检测信号。

【技术特征摘要】
1.基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器内部复位电路，其特征在于：包括设置在FPGA内的定时复位计数器、温差异常复位模块、三输入或门；所述定时复位计数器的输入端接收外部复位引脚的上电异步复位信号，其输出端发送全局复位信号至制冷机驱动逻辑单元；所述温差异常复位模块根据红外探测器制冷机杜瓦的实时温度以及设定值MW，输出同步复位信号至三输入或门的其中一个输入端；所述三输入或门的另外两个输入端分别接收电流异常检测信号和MOSFET驱动异常检测信号。2.根据权利要求1所述基于反熔丝FPGA的星载制冷机控制器内部复位电路，其特征在于：所述温差异常复位模块包括温差正常标识单元、温差正常计...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昕，刘强，赵强，陈小来，温志刚，魏文鹏，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61