一种SRAM型FPGA复杂IP核精准辐照评估方法技术

本发明专利技术提供了一种SRAM型FPGA复杂IP核精准辐照评估方法，包括：(1)对重离子进行Geant4蒙特卡洛仿真；(2)对待测FPGA进行包含重离子物理特性的器件单元级TCAD仿真；(3)将仿真参数转化为spice网表，进行Pspice仿真；(4)将仿真所得敏感区域进行高精度激光试验；(5)对激光试验结果进行重离子效应修正，拟合重离子评估曲线。该方法通过软件仿真、激光细化、等效修正，对FPGA内复杂IP核进行精准辐照测试，实现对FPGA内嵌复杂IP核辐照效应精准评估。对FPGA内嵌复杂IP核辐照效应精准评估。对FPGA内嵌复杂IP核辐照效应精准评估。

【技术实现步骤摘要】
一种SRAM型FPGA复杂IP核精准辐照评估方法


[0001]本申请涉及FPGA辐照评估的
，特别是一种SRAM型FPGA复杂IP核精准辐照评估方法。

技术介绍

[0002]静态随机存取存储器(static random
‑
access memory，SRAM)型现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，FPGA)存在成本低、资源多、动态可重构能力强等优点，广泛应用于国内外各类航天型号中。但航天器在外太空遭受宇宙射线、地球辐射带粒子及质子、中子等高能粒子的辐射，FPGA在遭受辐射后，容易发生单粒子效应。随着半导体器件工艺尺寸的逐渐减小，如今FPGA对单粒子辐射效应变得越来越敏感，因此在为保障航天型号的可靠性，在FPGA进行实际空间任务之前，对其进行地面辐照效应评估尤为重要。IP核作为目前FPGA内最为复杂，功能最为先进的模块，航天型号对其的需求日益迫切，与FPGA一般资源不同，由于电路结构复杂、面积占比小、数据传输速度快，对知识产权(intellectual property core，IP)核辐照评估成为了目前地面辐照效应评估的重大挑战。
[0003]进行地面评估的主要手段是利用重离子加速器进行单粒子模拟试验，由于IP核面积过小，以高速接口IP为例，目前最小的单粒子束斑面积仍为其面积的几十倍，因此注入IP核内的粒子注量与预期相比过小，多次评估结果差异较大，准确度过低，无法作为IP核辐照效应评估依据，进而影响FPGA空间应用可靠性。
[0004]激光模拟单粒子实验成本低，激光频率精确可调，能够实现单个脉冲辐照实验，可利用精密三维移动载体准确移动激光源，可以针对特定区域进行精准辐照。但激光斑径过小，对FPGA进行全面积试验需要近61万次扫描。同时由于激光和重离子存在电离机制上的差异，激光测试结果无法等效为重离子测试结果，大面积测试的可靠性仍无法保障。
[0005]综上所述，FPGA作为航天型号核心主控芯片，是辐照效应敏感器件，而现有的IP核的辐照评估并不可靠，将会对航天型号的运行产生重大影响，因此研究一种复杂IP核精准辐照评估方法非常重要。

技术实现思路

[0006]本申请提供一种SRAM型FPGA复杂IP核精准辐照评估方法，该方法通过软件仿真、激光细化、等效修正，对FPGA内复杂IP核进行精准辐照测试，实现对FPGA内嵌复杂IP核辐照效应精准评估。
[0007]第一方面，提供了一种应用于SRAM型FPGA的IP核评估方法，包括：
[0008](1
‑
1)、对重离子与FPGA器件进行仿真，确定IP核辐照敏感区域初步预测结果；
[0009](1
‑
2)、利用激光对(1
‑
1)确定的敏感区域初步预测结果进行扫描式测试，确定敏感区域精确预测结果；
[0010](1
‑
3)、对(1
‑
2)所得敏感区域精确预测结果进行单粒子效应修正，确定IP核评估
结果。
[0011]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，步骤(1
‑
1)中仿真的具体步骤包括：
[0012](2
‑
1)、对待测重离子进行Geant4软件的仿真，提取物理特征参数；
[0013](2
‑
2)、结合(2
‑
1)所得重离子物理特性，对待测SRAM型FPGA进行对应工艺的器件级别TCAD仿真，得出器件级别辐照效应仿真结果；
[0014](2
‑
3)、对(2
‑
2)所得TCAD仿真结果进行spice网表转换，利用Hspice进行包含辐照效应的电路仿真，确定IP核辐照敏感区域初步预测结果。
[0015]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，步骤(2
‑
1)具体包括：
[0016]设计器件几何结构及辐照环境模型，并确定覆盖材料结构及材料敏感组件的响应，建立Geant4几何模型；
[0017]设定离子穿过待测材料电磁区域的粒子轨迹及角度，可通过在Geant4软件中编码设定；
[0018]选取重离子仿真相关的离子输运模型，仿真离子反应的物理过程，分析并提取物理特征参数。
[0019]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，步骤(2
‑
2)具体包括：
[0020]将(2
‑
1)步骤中的Geant4几何模型转换为TCAD模型；
[0021]利用pisces在工艺仿真所得器件结构基础上计算电学行为，并利用Slivaco的SPICE模型参数提取工具Utmost IV提取符合bsim标准的器件参数，并生成spice网表。
[0022]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，步骤(1
‑
2)中扫描式测试的具体步骤包括：
[0023](3
‑
1)、根据IP核辐照敏感区域初步预测结果，在该区域背部进行切割，露出FPGA衬底；
[0024](3
‑
2)、将待测FPGA安装于FPGA测试板，所述FPGA测试板提供待测FPGA芯片的供电信号，时钟信号以及数据通讯功能；
[0025](3
‑
3)、将FPGA芯片上电，将激光对准开孔敏感区域，进行扫描试验；
[0026](3
‑
4)、监测工作电流、电压、数据传输误码率，当任一电参数出现跳变，数值过高或过低时，则认为FPGA待测区域出现故障。
[0027]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述开口精度控制在0.8mm2。
[0028]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述FPGA测试板用于评估FPGA待测芯片，所述FPGA测试板包括：FPGA主控芯片、配置模块、DDR模块、reset模块、时钟模块、电源系统、通信模块；其中，
[0029]电源系统用于实现供电；
[0030]DDR模块用于存储FPGA测试向量，上电后将通过配置FLASH模块将测试向量烧录入待测FPGA中，FPGA待测芯片上电后读取DDR模块中的测试向量并运行；
[0031]配置模块，上电后配置DDR中储存的功能测试程序；
[0032]FPGA主控芯片配合对FPGA待测芯片的功能测试，并将测试程序运行后得到的功能测试结果发送至监测控制设备；
[0033]reset模块，与通信模块及待测FPGA相连，通过监测控制设备操作控制待测FPGA进
行复位；
[0034]时钟电路，通过电路板线路连接主控与待测FPGA芯片，为主控与待测FPGA芯片实现测试功能时提供时钟信号；
[0035]通信模块，通过USB端口实现待测FPGA各项测试数据向监测控制设备的数据传输，同时实现监测控制设备对FPGA供电与复位的控制。
[0036]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于SRAM型FPGA的IP核评估方法，其特征在于，包括：(1
‑
1)、对重离子与FPGA器件进行仿真，确定IP核辐照敏感区域初步预测结果；(1
‑
2)、利用激光对(1
‑
1)确定的敏感区域初步预测结果进行扫描式测试，确定敏感区域精确预测结果；(1
‑
3)、对(1
‑
2)所得敏感区域精确预测结果进行单粒子效应修正，确定IP核评估结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1
‑
1)中仿真的具体步骤包括：(2
‑
1)、对待测重离子进行Geant4软件的仿真，提取物理特征参数；(2
‑
2)、结合(2
‑
1)所得重离子物理特性，对待测SRAM型FPGA进行对应工艺的器件级别TCAD仿真，得出器件级别辐照效应仿真结果；(2
‑
3)、对(2
‑
2)所得TCAD仿真结果进行spice网表转换，利用Hspice进行包含辐照效应的电路仿真，确定IP核辐照敏感区域初步预测结果。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2
‑
1)具体包括：设计器件几何结构及辐照环境模型，并确定覆盖材料结构及材料敏感组件的响应，建立Geant4几何模型；设定离子穿过待测材料电磁区域的粒子轨迹及角度，可通过在Geant4软件中编码设定；选取重离子仿真相关的离子输运模型，仿真离子反应的物理过程，分析并提取物理特征参数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2
‑
2)具体包括：将(2
‑
1)步骤中的Geant4几何模型转换为TCAD模型；利用pisces在工艺仿真所得器件结构基础上计算电学行为，并利用Slivaco的SPICE模型参数提取工具Utmost IV提取符合bsim标准的器件参数，并生成spice网表。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1
‑
2)中扫描式测试的具体步骤包括：(3
‑
1)、根据IP核辐照敏感区域初步预测结果，在该区域背部进行切割，露出FPGA衬底；(3
‑
2)、将待测FPGA安装于FPGA测试板，所述FPGA测试板提供待测FPGA芯片的供电信号，时钟信号以及数据通讯功能；(3
‑
3)、将FPGA芯片上电，将激光对准开孔敏感区域，进行扫描试验；(3
‑
4)、监测工作电流、电压、数据传输误码率，当任一电参数出现跳变，数值过高或过低时，则认为FPGA待测区域出现故障。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述开口精度控制在0.8mm2。7.根据权利要求5或6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，杨泽宇，孙华波，张帆，刘映光，李智，王文锋，方鑫，郭洋，
申请(专利权)人：北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：