恶劣环境中异步逻辑的辐射硬化设计DavidJBarnhart会员IEEE
一种紧凑型星球表面反应堆辐射屏蔽初步设计
屏蔽体内部材料排序方式及其厚度， 设计出更为优化的屏蔽体。
关键词 ： 反应堆 ； 屏蔽 体 ； 蒙特卡 罗
中图分类号 ： Ｖ４ ８ ７ ． ９ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ２ ５ ８ － ０ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ｏ ２ － ｏ １ ５ ４ － ｏ ５
进行深空探测时 ， 由于弱太 阳光照 、 极端高 低温等恶劣环境 的影 响， 以及可长达 十几年甚 至数十年的任务周期对能源寿命 的要求 ， 传统 的太阳能电池、 蓄电池电源不能满足任务需求 。 核裂变反应堆系统适用于 日照缺乏环境下的大 功率、 长时间能源 需求 ， 在大于 １ Ｏ千瓦 电功率 需求下较其他电源系统具有更高 的比功率 （ 定
凑， 从而可显著减少在月表进行挖掘及 回填地 洞时所花费的时间和工程量 ， 同时对其他堆芯 冷却方式具有 更好 的适应 性 （ 如热 管） 。所得 结果可为星球表面裂变反应堆辐射屏蔽设计 的
改 进 和蔽设计简 介
Ｆ ｓ Ｐ反应堆 的辐射屏 蔽设 计 目标是 ： 在堆 芯寿期内 ， 系统部件受到 的累积辐射剂量限值 为５ Ｍ ｒ ａ ｄ （ 伽玛 射线 ） 和２ ． ５×１ ０ ¨中子 ／ ｃ ｍ
瞪 翌蜀 月壤 破 化焉 ＝＝ｊ 冷 却扪管道
２ 堆芯 泄漏能谱与平 均泄漏能量
■电 ●皿■＝ 鼍士子
Ｆ Ｓ Ｐ堆芯呈圆柱形 。本文利用 Ｍ Ｃ Ｎ Ｐ程序
构建模型时 ， 参照 Ｆ Ｓ Ｐ堆芯参数 ， 对堆 芯进行 了均匀化处理 。由于本文主要关 注堆芯上方系 统部件 （ 如斯特林 电机等仪器设备 ） 所受辐照 情况 ， 因此首先模拟计算 了无任何屏 蔽体 时泄 图１ Ｆ Ｓ Ｐ 堆芯地埋式屏蔽 示意图 漏 出堆芯上表 面的泄漏能谱 和粒子 的平均能 地洞深约 ２ ｍ， 从挖掘 到 回填 需要 约 ４ ｌ 一 ５ ０ ｄ ， 以便有针对性地选择合 适的屏蔽材料。堆 因此这项工作极为耗时， 也需要很大 的成本 ， 如 量 ， 所示。 能采用紧凑设计进一步减小屏蔽体积是有很大 芯泄漏的中子和光子能谱如图 ２ 实际意义的。
2008南京伽玛射线暴会议
2008南京伽玛射线暴会议
黄永锋
【期刊名称】《国际学术动态》
【年(卷),期】2009(000)004
【摘要】2008年6月23～27日，2008南京伽玛射线暴会议.（2008 Nanjing Gamma-Bay Burst Conference ）在江苏省南京市举行。
会议的科学组织委员会由P.Meszaros, M.J.Rees, C.Kouveliotou,R.A.Chevalier, E.Waxman,
N.Gehrels ,T.Lu,B.Zhang,Z.G.Dai , S.N.Zhang.K.S.Cheng等17位本领域的国内外知名专家组成，其中Z．G．Dai和BZhang共同担任科学组织委员会主席。
【总页数】1页(PF0003)
【作者】黄永锋
【作者单位】南京大学天文系,南京210098
【正文语种】中文
【中图分类】P172.3
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卫星用SRAM型FPGA抗单粒子翻转可靠性设计研究
引言随着卫星技术的不断发展，卫星的功能越来越复杂。
卫星的功能离不开FPGA 技术的支持。
然而，卫星运转的环境非常苛刻，容易受到辐射颗粒的影响，进而导致单粒子翻转（Single Event Upset ，SEU）现象的发生。
针对这一问题，本文提出采用SRAM 型FPGA 抗单粒子翻转可靠性设计的方法，以提高卫星的可靠性。
FPGA 的原理FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种采用可编程门电路实现的集成电路。
通过FPGA，开发人员可以自由编程，将其变为自行制定的特定电路或处理器。
若干个可编程逻辑单元（Programmable Logic Block ，PLB）、一些时钟管理模块、存储器、和输入/输出模块等构成了FPGA 的架构。
各种模块间的连接通过可编程的路由器实现。
FPGA 的可编程性是其最大的特点之一，这一特性使FPGA 比前面的ASIC （Application Specific Integrated Circuit）更加灵活。
FPGA 的SEU 问题FPGA 在卫星中的应用已经变得非常广泛。
然而，卫星在轨运行的环境却非常恶劣，包括极端的温度、空气和重力等，其中最大的问题是粒子辐射。
在高能脉冲射线的辐射下，晶体管容易发生单粒子翻转，即SEU。
单粒子翻转有可能导致电路故障，进而产生错误的计算结果。
这种问题的出现会严重影响卫星的正常运转。
在FPGA 中，存储在SRAM 中的开关逻辑电路众多，这意味着FPGA 中存在着大量的SEU 敏感电路。
一旦发生单粒子翻转，存放在SRAM 中的状态就会被改变，从而导致计算结果的变化。
大多数FPGA 供应商都采用种种技术来加强FPGA 的SEU 抵御能力，而SRAM 型FPGA 对于单粒子翻转的敏感性也较高。
因此，加强SRAM 型FPGA 的抗SEU 能力尤为重要。
SRAM 型FPGA 抗SEU 技术目前，针对SRAM 型FPGA 的抗SEU 技术可以归纳为以下几种。
2006年诺贝尔物理学奖获得者的成果——宇宙微波背景辐射与宇宙学
2006年诺贝尔物理学奖获得者的成果——宇宙微波背景辐射
与宇宙学
胡中为
【期刊名称】《科学（北京）》
【年(卷),期】2007(000)009
【摘要】瑞典皇家科学院2006年10月3日宣布，将本年度诺贝尔物理学奖授予美国科学家约翰·马瑟（John C．Mather）和乔治·斯穆特（George F．Smoot），以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性。
这是宇宙学研究的又一个重要里程碑。
有关的大爆炸宇宙学知识开始走出科学殿堂，增进社会公众分享宇宙探索的兴趣。
【总页数】4页(P20-23)
【作者】胡中为
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】O4-09
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A Virtual Work Approach to Modeling the Nonlinear
Barry T. Rosson
Department of Civil, Environmental and Geomatics Engineering, Florida Atlantic University, Boca Raton, FL 33431, USA
Abstract: The stiffness reduction is studied in detail of compact W-Shapes (wide-flange steel shapes) that results from yielding of the
Key words: Nonlinear analysis, steel beam-columns, stiffness reduction, material model, virtual work.
1. Ihavior of steel frames with compact doubly-symmetric beam-columns that are subjected to major or minor axis bending has been shown to exhibit significant differences in their response based on plastic hinge and plastic zone analyses [1, 2]. Frames of this type with little to no redundancy can be very sensitive to the refinement of the inelastic analysis procedure employed [3, 4]. Recent research has focused on developing improved empirical relationships to account for the reduction in stiffness that occurs due to yielding of the beam-column’s cross-section [5-7]). The objective of this paper is to present the findings from a detailed fiber element model investigation of the stiffness reduction that develops as a result of yielding in the flanges and web over the full range of moment and axial load combinations from initial yield to the fully plastic condition. Considering major axis or minor axis bending under axial compression conditions, analytical expressions are presented to determine the moment and axial load combinations at the initial onset of yielding
体硅集成电路版图抗辐射加固设计技术研究
体硅集成电路版图抗辐射加固设计技术研究田海燕;胡永强【摘要】Radiation effect is the ifrst problems we must face when circuit is used in space, it will arise the mistakes and invalidation of integrated circuit. In this paper, we analyze the effect of radiation for device, firstly. And for improving the questions when circuit used in space, we introduce the design measure of annular-gate, inversion-gate and defend Quenching effect from point of layout design for radiation hardened. When we design the integrated circuit which used in space, we could use these design measures which are talked in this paper. It could improve the circuit performance of radiate.%辐射效应是电路在太空等领域应用时遇到的首要问题，常常会引起电路出错或失效。
为了满足抗辐射电路设计的需求，必须提高电路抗辐射效应的能力。
文章分析了辐射效应对器件产生的影响。
针对电路在辐射环境中应用时存在的问题，文章从版图抗辐射设计加固的角度出发，介绍了抗总剂量的环形栅、倒比例器件，以及抗单粒子昆倾效应抗辐射版图的设计方法。
在电路设计时，通过上述几种版图设计方法的应用，可以提高电路的抗辐射性能，进而提高电路的可靠性。
1973年诺贝尔物理学奖——隧道现象和约瑟夫森效应的发现
1973年诺贝尔物理学奖——隧道现象和约瑟夫森效应的发现1973年诺贝尔物理学奖一半授予美国纽约州约克城高地（YorktownHeights）IBM瓦森研究中心的江崎玲於奈（Leo Esaki，1925—），美国纽约州斯琴奈克塔迪（Schenectady）通用电器公司的贾埃沃（IvarGiaever，1929—），以表彰他们分别在有关半导体和超导体中的隧道现象的实验发现；另一半授予英国剑桥大学的约瑟夫森（BrianJosephson，1940—），以表彰他对穿过隧道壁垒的超导电流所作的理论预言，特别是关于普遍称为约瑟夫森效应的那些现象。
江崎玲於奈1925年3月12日出生于日本大阪的一个建筑师家庭里，1938年，江崎进入同志社中学，三年后父亲去世。
江崎自幼就表现出对科学的浓厚兴趣，喜欢阅读科学家传记故事，立志要作像爱迪生和马可尼那样的发明家，小时自己动手制作电动火车和汽车模型。
1940年，他以优异成绩越级进入京都第三高等学校。
1944年初提前毕业。
同年10月，江崎进入东京帝国大学攻读实验物理。
在大学期间，为维持生计勤工俭学，做晚间家庭教师。
他认真学习了数学和物理课程，并自学物理学专著。
1947年，江崎获硕士学位，有机会进入神户工业股份有限公司研究真空管热电子发射现象。
他由此接触到固体表面物理化学性质和真空管材料技术。
由于这项研究与强外电场作用下的冷金属表面电子发射现象有关，他对固体中的隧道效应发生了兴趣。
1950年，他转入对半导体材料和晶体管的研究。
这时，晶体管刚刚发明。
1956年江崎辞去神户公司的工作转入索尼公司。
在索尼公司领导了一个小组对半导体二极管内电场发射机理进行研究。
这项研究主要考查窄宽度p－n结的导电机制。
p-n结中内电场分布取决于杂质的分布。
当时许多研究者都把提取含杂质少的高纯半导体材料当作目标，而江崎选择了相反的路线，他尝试制备高掺杂的锗p－n结器件。
1957年初江崎首先获得了掺有高浓度杂质的锗精制单晶体做成了薄p－n结。
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恶劣环境中异步逻辑的辐射硬化设计DavidJ.Barnhart,会员，IEEE，TanyaVladimirova,会员，IEEE, MartinN.Sweeting,会员，IEEE，KennethS.Stevens,高级会员，IEEE摘要：一个广泛范围内新兴技术的应用推动了无线传感器节点技术朝系统芯片方向发展。
特别令人感兴趣的是恶劣环境的情况下辐射和热极限的存在。
过去10多年来辐射硬化的设计已经被认识到了，一直替代开源电路设计方法去减轻辐射频谱的影响，但已显着重要电能和面积的限制。
同样，异步逻辑设计提供了潜在的功耗节省和性能方面的改进，达到设计复杂性和较小面积的限制的折衷。
这些方面的影响阻碍这些设计方法被更广泛地接受。
个案研究支持发展单片系统芯片上的无线传感器节点已出现。
同步，硬化，以及异步/硬化实施教科书微处理器在0.35 m微小系统SiGe BiCMOS技术进行了比较。
这种新颖的异步/加固配合设计的方法，被仿真和硬件试验的结果所证实了。
索引词：异步逻辑，环境耐受性，辐射加固的设计，片上集成系统1引言一个新的层面的无线传感器网络体系结构设计正在兴起，数百乃至数千超轻（< 10克）低成本传感器节点被要求在恶劣的环境中执行分布的频谱遥感任务，包括那些在空间中遇到的情况。
研究正在进行检查编造生存自供电系统单芯片（ SoC ）无线传感器节点单片商用硅锗双极互补金属硅芯片（硅锗BiCMOS工艺）技术[ 1 ]的可行性。
特别令人感兴趣的是恶劣的环境中否认辐射和热极端[ 2 ] 。
辐射硬化的设计（ RHBD ）和异步逻辑的配合已成为一个潜在的解决方案，以改善系统辐射的耐力，过程变化，电压浮动和温度（PTV）极端。
本文介绍了这些概念的一个案例研究是通过比较同步，硬化，以及异步/硬化实施教科书微处理器。
第二节和第三节详细介绍了RHBD概念和用于这项工作的异步逻辑，第四节讨论共同改变RHBD和异步设计概念，并展示了比较性的结果.这项工作，支持所有裸露的片上集成系统的应用，包括片上集成卫星系统[ 2 ] 。
2 辐射硬化设计辐射硬化设计与异步逻辑设计的合作提高了对辐射和半导体热极端的耐性。
此外，辐射硬化设计的功耗限制通过异步设计技术的应用大大减少了A 目的极端辐射情况经常在核能发电厂，一些工业处理工厂和太空等地方遇到。
令人惊讶的是，在早期的集成电路开发，来自塑料包装中杂质的阿尔法粒子导致了地面系统的神秘异常状况。
中子有时会使飞行正常巡航高度下的飞机航空电子系统出现错误。
太空和各种核环境更具有挑战性，那里的电离子总剂量（TID）的辐射造成了系统逐渐退化，从而增加了电力消耗。
此外，高能粒子，如电子，质子和重离子/银河宇宙射线（ GCRs ），可引起一系列的单事件效应（ SEE ），主要是单事情扰乱（SET），单事件闭锁（SEL），和单事件即逝（SET）。
不自然的影响，如增强的剂量率，迅速中子剂量和系统电磁脉冲（EMP）也可以成为一个影响因素[ 3 ] ，已经用系统级方法减轻这些影响。
各种类型的重屏蔽可用于TID和系统EMP，但是对SEE是无效的.SEE有容忍性且能被检测，一般是通过三倍的（或更多）模冗余（ TMR）或其他办法[ 3 ] 。
此外，硬化，才能实现在IC层面通过专门的程序用于硬化的铸造厂。
硬化的铸造厂通常采用外延的或绝缘物质来减少SEE并认真控制氧化物增长和控制化学物质来改善TID硬度。
这些做法可能相当昂贵，往往是出口处控制，而且通常是经过几代商业伙伴。
一个开放式的源辐射硬化解决方案在IC水平上是的RHBD [ 4 ]的应用，可用于任何生成过程包括最近的.RHBD后的指导原则尽可能多地减轻辐射效应，在晶体管器件和电路层次上尽可能利用非传统的布线技术。
图1 核心晶体管的RHBD布局B RHBD实验设计这项工作的第一步是设计一个新的RHBD数字电池为奥地利微小系统0.35mSiGe的BiCMOS （AMS 35 ）进程（ HITKIT 3.70 ）在DFII的框架（ 2006-2007 5.1.41 ）。
设立这个试验对于这项工作来说是必不可少的，由于RHBD试验没有免费提供，它们被视为知识产权和依赖铸造过程。
RHBD试验普遍使用基本晶体管配对海门或门阵列的办法。
在这项工作中开发的基晶体管在图1显示出来了。
通过使用环形几何NMOS晶体管，TID影响减少到最低限度。
这个几何减少电压转换，防止附近地区的产生费用和消除边缘泄漏。
晶体管周围高度掺杂护圈，防止通过氧化物泄露分离晶体管和消除SEL 。
晶体管固有的驱动力量（宽）的增加，由于要达到环形nMOS的小型设计规则，然后与PMOS平衡，增加SEU门槛，并通过增加收费而减少SET。
门阵列方法的缺点是增加面积，而环形NMOS和PMOS直接导致增加电力需求。
晶体管实际布局和晶体管配对几何由最小过程设计规则控制。
基对的高度和宽度是地点和布线工具之间的兼容性控制。
一个典型RHBD 试验是晶体管的参数提取工具，包括Cadence Assura ，不适合于确定环形晶体管参数[ 5 ] 。
具体来说，他们不能准确地计算出晶体管长度，宽度，源区，源周边，流失面积，流失周边。
这些必须通过手动测量计算设计然后纠正提取网表。
随着CMOS技术的成熟，最小特征尺寸（目前为45纳米）继续缩小。
最近，环形晶体管作为一个在关键任务系统中改善电路可靠性的技巧而获得关注。
此外，工作[ 6 ]表明，通过试验和测试，通过选择nMOS晶体管内部联系作为源，可靠性得到进一步增强。
许多RHBD工作已表现出相当的辐射硬度。
只要遵照基本办法，开发的实验的硬度是可以和类似的试验相比较的。
例如，最近在0.25μm的CMOS上的设计和测试活动，取得了以下典型的结果，这是最适合在恶劣的环境下的裸片的SoC应用 [ 7 ] ：TID>1 Mrad Si ;SEL>110MeV-c㎡ /mg@125°C (SEL immune);SEU<1×1210-errors/bit-day@2.25V一个完整的电池的列表需要完成所有的设计，它在表一和表二中列出来了。
在试验中最简单的电池是逆变器（ INV0 ）与最复杂的是极低预置（ DFP1 ）的触发器积。
金属2在任何电池中是最高金属层，大部分的单元路由只用金属1 ，试验特征，通过工具，如信号风暴是不能完成的，因为RHBD试验非常适合替换一对一更换标准商业单元。
理由是， RHBD单元具有较高的内在驱动力量，提高了SEU 和SET硬度。
各种优化阶段将不正确的减少驱动力量相符的试验，从而降低了SEU硬度。
例如，高驱动强度的变频器和缓冲器经常用于确保分布式信号的适当时机，这会在优化阶段减少他们的驱动力量，因为优化者将看到更高的RHBD驱动强度。
通过商业时机的RHBD电池试验阻止了这个问题的出现。
然而硬件描述语言（HDL）模拟在这种情况下是不理想的，在制作之前提取布局HDL模拟确认适当的时机和业绩。
试验的发展进程的概述如表三。
3 异步电路设计方法异步逻辑概念在20世纪50年代以来就存在，在此应用上提供了潜在的节省功耗和性能方面的改进 [ 8 ] 。
类似与RHBD在功耗和面积的限制上的短缺，异步逻辑设计相比较于同步进行的商业标准更复杂且带来了一个潜在的区域限制。
也许最好的报道在功率，性能和应用领域上的比较，在一个大型商业电路上引应异步设计，如异步奔腾前端，可以在[ 9 ]中找到。
最新在自动化异步设计过程使得这个想法更具吸引力，导致新的商业产品。
A.异步设计的介绍异步逻辑提供了潜在的功耗节省和性能方面的改进，在设计复杂性和小范围内的损失之间采用折衷的方法。
在其纯粹的形式上，这条电路的设计方法的目标是尽量减少晶体管的开关。
由于各种不同的电路类型和实施方法，设计过程中可能相当复杂。
传统的同步电路设计具有全局时钟驱动锁存周围组合逻辑，而作为一个系统，执行特定的功能。
时钟速率是由通过该系统关键路径而确定的。
这种做法仍然是一个行业标准主要是由于根深蒂固的设计流程，其中包括HDLS的设计合成。
然而，同步设计有定期电源高峰，产生电磁干扰（ EMI ）。
此外，全局时钟树消耗了所要求的电能中的一大部分。
异步SoC设计有很多优点，这些优点在最近才被SoC团体考虑到。
特别是，异步的实施只消耗时钟的一部分电能并且产生非常小的EMI。
异步设计被事件触发，用最少数量的门极晶体管处理新数据。
异步SoC设计中还承诺解决全球时钟延迟问题，从而增加SOCS尺寸，增加了系统芯片功能和性能。
异步设计是在模块功能的其础上，使用握手协议互相通信。
电路整体功能类似于同步设计的功能。
最近，已取得相当的进展，通过同步以改善这一特定的异步特性的设计自动化。
同步还没有发现所有异步逻辑的优点，虽然消除全球时钟树和用以组织交换联系来代替它会使功率谱变平和降低EMI的产生，人们普遍认为，错过了降低能源需求和提高性能的机会。
这个可以达到，通过认识多数同步电路通常有多余的操作依赖于系统状态，并非所有的操作要相同的时间。
不幸的是，这一过程的自动化，由于各种力量和潜在性减少技术能够被应用，而且每一个设计具且依赖性。
B. 异步设计方法实施为这项工作选择一个定制设计的办法证明了异步逻辑最可能的好处，改变了其他人继续改善异步设计自动化的假想。
异步构建模块在这方面的探索分为四类[ 12 ] 。
基本模式拖延方法用于有相对固定的完成时间的模块。
延迟敏感的设计方法适用于功能模块，这种模块有广泛的变化的完成时间。
突发模式的设计方法适用于作为控制器或异步有限状态机（ AFSMs ）等组成部件。
高速独立模式指定主要功能模块之间的握手协议。
此外，纹波闭锁和时钟门控被用来进一步降低EMI和能源使用。
基本模式绑定的延迟用于功能模块，这些模块在完成时间上几乎没有变化，如门闩。
这种方法假定通过一个功能模块的延迟时间是不变的。
最坏情况的延迟，在安全边际范围内，使用类似时钟电路。
踪合结构会带来困难，因为时间信息不能从HLDS的行为里综合，但可以从布局模拟来注解。
图2说明一个延误因素用来模仿门闩完成时间。
当数据被锁定时，一个确认信号生成了。
延时原理不适合于有广泛的变化的完成时间的功能模块，如基本的加/减单元，显示在图3里。
执行延迟敏感的办法完成时，附加逻辑可以被添加到这种类型模块去检测。
合成工具还没有能力为某一特定功能块创造完成检测电路。
一个双重隔开的加法器设计如曼切斯特PGK加法器，能够用于执行完整探测。
双重隔开的加法器的工作原理是每个阶段根据输入都有执行或不执行的情况。
将0和0相加，即使有输入也绝对不会导致有结果输出。
类似的，将1和1相加，即使是0输入也总是导致有输出。
因此，在这些案件中的执行条件只由数据相加的和来确定的，执行条件给出了早期的完整检测。