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人类对于空间以及外太空的不断探索促进了国内外航天事业的迅速发展,然而,空间辐射导致的单粒子效应(Single Event Effects,SEEs)严重威胁着航天器的安全,因此,如何保障航天器的运行安全成为航天器设计中不可忽视的问题。随着空间探测任务对电子学要求的不断提高,现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)等复杂可编程器件在航天领域逐渐得到广泛的应用,因而,FPGA单粒子效应的地面测试及抗辐照加固成为人们必须面对和重视的问题。目前,利用加速器提供的重离子等束流开展半导体器件的单粒子效应地面模拟研究是国内外单粒子效应研究的发展趋势。而兰州重离子加速器(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,HIRFL)正是开展空间单粒子效应地面模拟的有力工具。本文选取Microsemi公司的Flash型FPGA开展了单粒子效应的实验测试研究。选择该类型FPGA中分布范围最广的可编程逻辑单元VersaTiles和对单粒子效应敏感的块存储器BRAMs作为单粒子效应实验的主要研究对象,提出了两种不同的测试方法,使用课题组现有的单粒子效应测试系统,利用HIRFL提供的86Kr束和209Bi束开展了束流辐照实验。通过束流实验成功获取了可编程逻辑单元和块存储器的翻转截面图;并且发现FPGA的时序逻辑单元翻转截面与系统运行频率没有太大的关系;对于不同类型的D触发器,其0→1翻转和1→0翻转具有不同的翻转规律,并对这种差异性进行了深入的分析。在束流辐照实验的基础上,对Flash型FPGA的块存储器BRAMs开展了抗辐照加固研究。文中设计了(26,20)缩短汉明码和(26,16)缩短BCH码两种不同类型的差错控制编码(Error Correcting Codes,ECC)并在FPGA中进行了实现,最后利用209Bi束开展了束流辐照实验。实验结果表明,缩短汉明码和缩短BCH码均具有较好的加固效果。与没有加固的器件相比,采用缩短汉明码加固器件的翻转截面降低了两个数量级,而采用缩短BCH码加固的器件在束流实验中未发现错误。通过多次束流辐照实验对课题组现有单粒子效应测试系统的功能验证,发现现有测试系统在方案设计和实验开展上存在一定的局限性,因此文中最后采用“SoC+FPGA”结构设计了新型单粒子效应测试验证系统。在新型测试验证系统中采用了Xilinx公司的Zynq-7000 SoC器件,使测试方案的实现更加灵活。新型测试验证系统可提供120条单端信号和40对差分信号,并且兼容多种电平标准,能够测试绝大多数的数字器件。最后在实验室条件下使用故障注入的方法对新型测试验证系统进行了初步验证。