[发明专利]一种检测FPGA单粒子效应与其时序特性关系的装置及方法

权利要求书

1.一种检测FPGA单粒子效应与其时序特性关系的装置，其特征在于，包括FPGA测试电路(11)、时序控制电路(12)和上位机控制模块(13)；其中，

所述的时序控制电路(12)连接到所述的FPGA测试电路(11)，所述的FPGA测试电路(11)连接到所述的上位机控制模块(13)；在测试过程中，所述的FPGA测试电路(11)、时序控制电路(12)分别与外部的被测FPGA(14)相连，而所述的时序控制电路(12)还要连接到外部的单粒子效应试验装置(15)上；

所述的时序控制电路(12)生成用于所述被测FPGA(14)的工作时序控制信号以及用于所述单粒子效应试验装置(15)的辐射时序控制信号；

所述的FPGA测试电路(11)用于保存所述被测FPGA(14)的配置数据，并实现所述配置数据在所述被测FPGA(14)上的配置与回读；还用于与所述被测FPGA(14)以及上位机控制模块(13)的数据传输，以及对所述时序控制电路(12)的触发；

所述的上位机控制模块(13)用于控制所述FPGA测试电路(11)，以及对在不同工作状态下被测FPGA(14)的配置数据、工作数据分别加以比较。

2.根据权利要求1所述的检测FPGA单粒子效应与其时序特性关系的装置，其特征在于，所述的FPGA测试电路(11)包括主控FPGA(21)、Flash存储器(22)和USB接口芯片(23)；其中，

所述的USB接口芯片(23)用于实现所述主控FPGA(21)和所述上位机控制模块(13)之间的通信；所述的Flash存储器(22)用于存储被测FPGA(14)的配置数据；所述的主控FPGA(21)所实现的控制功能包括：实现对被测FPGA(14)的配置和回读，与被测FPGA(14)实现功能上的数据传输，触发时序控制电路(12)；将被测FPGA(14)所生成的实验数据传送到上位机控制模块(13)。

3.根据权利要求1所述的检测FPGA单粒子效应与其时序特性关系的装置，其特征在于，所述的时序控制电路(12)包括第一脉冲发生器(31)、第二脉冲发生器(32)、试验装置接口电路(33)和延迟器(34)；其中，

所述第一脉冲发生器(31)产生实验所需的辐照时序控制信号，用于控制所述单粒子效应辐照试验装置(15)的辐照状态；所述的试验装置接口电路(33)用于对所述第一脉冲发生器(31)做电平转换；所述第二脉冲发生器(32)产生被测FPGA(14)的工作时序信号，以控制所述被测FPGA(14)的工作状态；所述延迟器(34)用于抵消两路时序控制信号之间的时间差。

4.根据权利要求1所述的检测FPGA单粒子效应与其时序特性关系的装置，其特征在于，所述的上位机控制模块(13)包括FPGA配置、回读、比较功能单元，以及FPGA输出数据采集分析单元；

所述的FPGA配置、回读、比较功能单元向所述FPGA测试电路(11)中的主控FPGA(21)发出控制命令，由所述主控FPGA(21)将保存在所述Flash存储器(22)中的配置数据配置到被测FPGA(14)上以及从被测FPGA(14)回读配置数据；对回读得到的配置数据与原始的配置数据进行比较，根据比较结果分析数据的异同；

所述的FPGA输出数据采集分析单元向FPGA测试电路(11)中的主控FPGA(21)发出控制命令，由所述主控FPGA(21)触发时序控制电路(12)，以及通过FPGA测试电路(11)采集被测FPGA(14)所输出的数据；对被测FPGA(14)在正常条件下工作时所产生的数据与在辐照条件下工作时产生的数据进行比较、分析。

5.一种应用于权利要求1-4之一所述的检测FPGA单粒子效应与其时序特性关系的装置的方法，包括：

步骤1)、设置FPGA测试电路(11)，将预先生成的被测FPGA(14)的配置数据文件写入所述FPGA测试电路(11)的Flash存储器(22)，并配置主控FPGA(11)和USB接口芯片(13)；

步骤2)、设置时序控制电路(12)，使其能生成被测FPGA工作时序控制信号和辐照时序控制信号；

步骤3)、所述上位机控制模块(13)发送指令从所述Flash存储器(22)读出配置数据，并写入被测FPGA(14)的配置位；

步骤4)、所述上位机控制模块(13)发送指令以触发时序控制电路(12)；

步骤5)、所述被测FPGA(14)开始工作，并受到外部的单粒子效应试验装置(15)所产生的同步辐照，上位机控制模块(13)通过所述FPGA测试电路(11)收到所述被测FPGA(14)在辐射条件下工作时的输出数据；

步骤6)、所述上位机控制模块(13)将步骤5)中得到的数据与被测FPGA正常工作条件下的输出数据进行比较，计算功能数据错误率；

步骤7)、回读被测FPGA的配置数据至所述上位机控制模块(13)；

步骤8)、所述上位机控制模块(13)将步骤7)中得到的回读数据与原始配置数据进行比较，计算配置数据错误率；

步骤9)、所述上位机控制模块(13)对步骤6)得到的功能数据错误率和步骤8)中所得到的配置数据错误率进行比较分析，评估该时序条件下单粒子效应对被测FPGA(14)功能的影响；

步骤10)、更改步骤2)中所设置的辐照时序控制信号，改变其与被测FPGA工作时序控制信号之间的对应关系，然后重复上述试验步骤3)-步骤9)，得到当前时序条件下的实验结果；

步骤11)、根据需要生成多个时序条件下的实验结果，综合这些实验结果，分析被测FPGA在多个工作时间或工作状态下受辐照的单粒子效应表现，计算配置数据错误率和功能数据错误率随辐照时序的变化关系，从而评估其危害。