【摘 要】
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工作在空间环境中的航天器容易受到影响发生故障,其中最常见的故障为单粒子翻转（Single Event Upset,SEU）。以航天电子系统中常用的现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）为研究对象,判断FPGA内部是否发生SEU有静态测试和动态测试两种方法,这两种方法并不能对SEU进行定位。确定SEU的位置及其发生原因,可以帮助航天器进行预警与故
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
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工作在空间环境中的航天器容易受到影响发生故障,其中最常见的故障为单粒子翻转（Single Event Upset,SEU）。以航天电子系统中常用的现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）为研究对象,判断FPGA内部是否发生SEU有静态测试和动态测试两种方法,这两种方法并不能对SEU进行定位。确定SEU的位置及其发生原因,可以帮助航天器进行预警与故障修复。基于以上背景,本文提出了一种硅微条探测系统,该系统可以获取空间粒子入射到FPGA上的位置及能量。主要工作包括:（1）硅微条探测系统前端探测阵列的结构设计,其结构的设计直接决定了此系统的定位误差。（2）提出了硬件电路系统设计方案,此方案可以将硅微条探测阵列输出的电荷信号依次串行读出,且满足系统要求。硬件设计部分主要包括电源电路、AD转换电路、前端电子学集成芯片ASIC的外围电路以及FPGA的设计电路。（3）基于Verilog硬件编程语言,实现了FPGA对前端电子学集成芯片ASIC的控制功能,AD数据读取与存储功能以及串口通信功能,最终将硅微条探测系统的读出数据完整的传输到上位PC机中。（4）对硅微条探测系统进行测试,实验数据表明,系统比较稳定,可测得的最小LET阈值为0.08 Me V/mg·cm2,线性度优于99.8%,积分非线性度（INL）为1.81%,动态测试范围为0.08～7.8 Me V/mg·cm2。此系统实现了对空间粒子入射位置及能量的测量,与SEU监测方法相结合,可以帮助判定FPGA中SEU事件的发生与空间粒子的相关性,同时定位SEU的位置。为了抑制噪声的干扰,在设计时,对PCB板的布局布线进行了优化,同时设计了专用的屏蔽壳进行遮光处理并隔离外部干扰。
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