复杂DSP芯片γ射线瞬时辐照效应测试系统的设计与实现

摘要

数字信号处理器（DSP）在图像识别，工业控制，信息处理等设备中有着广泛的应用。随着国防及航天事业的发展，越来越多的复杂DSP芯片被应用在雷达、武器弹头、卫星以及各类航天器中。新型工艺下的高复杂度、高主频DSP芯片在核辐射环境下的生存能力评估及加固技术研究，对新型航天器及武器设备的研制和发展有重要意义。
　　本文阐述了核辐射中γ射线瞬时辐照效应对CMOS型半导体集成电路的影响，通过分析国内γ射线瞬时辐照实验环境，以TI KeyStone系列DSP为目标器件，设计了一种针对此类新型复杂DSP芯片的γ射线瞬时辐照效应测试系统。本测试系统实现了以下三部分内容：
　　1）由封闭铝制壳体、屏蔽线缆及厚铅砖组成的电磁脉冲屏蔽及商用器件γ射线防护系统，以尝试在距离γ射线靶面较近的位置安放基于商用芯片的复杂控制系统；
　　2）由FPGA主控制器及一系列外围电源芯片、时钟芯片、存储器、电平转换芯片等组成的DSP支持与监控硬件系统，为DSP芯片提供大电流、高频差分时钟信号、外部存储器等支持，相比传统测试实验的降频/固定频率测试，本系统可以实现DSP芯片运行较复杂程序，和在较大频率范围内的测试，最低至50MHz，最高达1.25GHz；
　　3）由PC端测试系统监控软件和DSP配置与测试程序组成的上/下位机监控和调试软件系统，实现了测试过程中对DSP芯片的远程监控和计算数据采集。
　　通过在“强光一号”加速器上进行的γ射线瞬时辐照实验，本测试系统完成了KeyStone系列某DSP芯片在多种工作模式下的辐照实验，为KeyStone系列DSP芯片γ射线瞬时辐照应研究提供了原始数据，并为后续实现复杂DSP芯片器件加固提供了实验依据。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要工作

1.4 论文的组织结构

第二章 测试系统总体设计

2.1 核辐射效应概述

2.2 核辐射的实验室模拟

2.3 总体设计方案

2.4 本章小结

第三章 硬件系统设计

3.1 硬件系统的电磁脉冲和γ射线屏蔽

3.2 硬件电路详细设计

3.3 本章小结

第四章 控制系统设计

4.1 FPGA控制器逻辑功能设计

4.2 DSP配置和测试程序设计

4.3 PC端监控软件设计

4.4 本章小结

第五章 系统调试及辐射实验

5.1 系统调试

5.2 辐射实验

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果