在在汽车电子中的SEU方面,和医疗应用中非常类似,在汽车设计中,半导体器件的使用越来越普遍,甚至在关键器件中也能看到FPGA的踪影,在汽车行业中,新版本的 AEC-Q100 规范提出 SER(软错误率)的测试需求,使得它成为基于 SRAM 技术的强制性规定。
图5 QCRIT与工艺节点的影响问答选编
总结
辐射对于 FPGA 的影响不局限于太空应用,SRAM FPGA 器件易于发生中子引发的配置错误 (固件错误),即便在海平面上亦然。
反熔丝和 Flash FPGA 在所有高度上都具有配置故障的免疫能力(获第三方独立研究机构确认的数据证明)。对于高可用性/高可靠系统的关键任务,应该考虑使用反熔丝或Flash FPGA。
问:X射线对FBGA有没有干扰影响?
答:有的,它可以产生电离性中子而导致SEU。
问:请问FPGA产品出厂之前,通常进行辐照效应试验吗?
答:抗辐射系列的是会的。
问:FPGA的抗辐射能力和那些因素?
答:与基本架构及工艺有关。
问:磁环、磁珠对于辐射的滤波到底有多大帮助呢?如果是3MHz~10MHz的辐射干扰,应该怎样选型磁环磁珠来对输入的信号进行滤波?
答:这种方法只能对电磁波干扰有作用,对高能粒子无能为力。
问:请问是不是其他的通用MCU容易受到强辐射的影响?Flash的工艺和OTP的工艺受到强辐射的影响会一样吗?
答:OTP、Flash都具有抗辐射能力。
问:非易失性FPGA和反熔丝FPGA器件哪种器件更具有抗辐射能力?
答:反熔丝从原理上更好,但是在测试中两个都未发现抗辐射失败现象。
问:如何测试FPGA器件的抗辐射能力?
答:方法有很多,简单的方法可用FPGA上的存储器组成一个长列的移位寄存器来比较预期结果。
问:在辐射影响方面是配置翻转占主导还是数据翻转占主 导?
答:配置翻转主导,因为配置单元占晶片面积较大,受影响的机率也较高。
问:高温或者低温对FPGA的容错能力有影响吗?
答:在测试中,高温低温未发现异常。但注意器件的工作环境要求。
问:对于已经在使用中的非耐辐射型的FPGA,如何减少辐射的影响?有何建议?
答:使用电路冗余,相当于多备份,灵活切换。但这很复杂,因为关系到检测、判决、切换等。功能受到影响是不可避免的,而且就实际来说,能否实施还很难说。
问:FPGA的可编程I/O受到辐射粒子的影响会产生什么问题?
答:后果可能非常严重,可能造成IO冲突而导致物理损坏。
问:一般情况下,大功率电机运行中产生的电源干扰,数据采集卡或者示波器采集的信号往往发生很大的失真和高频谐波干扰,这种干扰对FPGA的影响如何?
答:这种情况属于EMI/EMC的干扰,与辐射的情况不一样,但有时候会产生有相同的影响。
问:航空FPGA的设计,除了反熔丝技术、三模冗余技术,还有更好的办法吗?Microsemi在工艺上又有什么先进之处?
答: Flash FPGA也可以使用,大部分Microsemi的抗辐射FPGA除工艺本身以外在片上已包含三模冗余。