EO518

DIGITAL FPGA di durata della missione. Il danno dipende dalla quan- tità di radiazioni ed è espresso in RAD ( Radiation Ab- sorbed Dose ). A seconda della tolleranza alle radiazioni in relazione al TID, un dispositivo può presentare gua- sti funzionali o parametrici. Tra gli effetti tipici delle radiazioni TID negli FPGA da segnalare in particolare l’aumento del ritardo di propagazione che penalizza le prestazioni del dispositivo. Un altro meccanismo di guasto è l’aumento della corrente di dispersione dopo un’elevata esposizione alla TID. L’altro tipo di effetto delle radiazioni sono i SEE ( Sin- gle-Event Effect ). Si tratta di disturbi istantanei, transi- tori o danni permanenti dovuti alla radiazione di par- ticelle come protoni, ioni pesanti e particelle alfa che possono colpire regioni sensibili del transistor, causan- do guasti di vario tipo. Le SEE si manifestano in diverse forme, tra cui SEU ( Single Event Upset ), che si verificano quando particelle ionizzanti ad alta energia come ioni pesanti, particelle alfa o protoni irradiano un circuito o passano attraverso un circuito integrato. Ciò si traduce in un’interruzione della logica del sistema. Un altro fenomeno da tenere in considerazione è il SEL (Single Event Latch-Up), ovvero una condizione che causa la perdita di funzionalità del dispositivo dovuta a uno stato di corrente elevata imputabile a un singolo evento. Un SEL può risultare distruttivo o anche non esserlo. In un evento di latch-up distruttivo la corren- te non tornerà al valore nominale. In un evento di la- tch-up non distruttivo invece la corrente di alto livello tornerà al valore nominale dopo il riavvio dell’FPGA. Tecnologie FPGA: un confronto Ci sono quattro tipologie base di FPGA: FPGA basati su SRAM Gli FPGA basati su SRAM memorizzano i dati di con- figurazione delle celle logiche nella memoria statica. La SRAM è volatile e non può mantenere la configu- razione del dispositivo senza alimentazione. Invece, gli FPGA devono essere programmati all’accensione. La tecnologia basata su SRAM tende a consumare più energia e ad essere più sensibile alle radiazioni. FPGA basati su flash Gli FPGA riprogrammabili basati su flash utilizzano come risorsa primaria per la memoria di configurazio- ne quella flash. La tecnologia flash è immune al SEU, eliminando la minaccia di disturbi indotti dalle radia- zioni nella memoria di configurazione degli FPGA. Gli FPGA basati su flash RTG4 consumano fino al 50% in meno di potenza rispetto agli FPGA basati su SRAM. La tecnologia Flash semplifica la progettazione e re- alizzazione in diversi modi, poiché non è necessario disporre di memoria esterna, ridondanza o monito- raggio continuo della configurazione. Inoltre elimi- na la necessità di un dissipatore di calore, riducendo sia dimensioni e peso dei progetti, sia il consumo di energia, fatto questo che può essere particolarmente importante se un modulo elettronico è alimentato con pannelli solari. FPGA basati su SONOS Un esempio sono gli FPGA di Microchip RT PolarFi- re: si tratta di dispositivi con dati di radiazione ca- ratterizzati che si distinguono per il basso consumo, l’immunità ai fenomeni SEU e l’elevata affidabilità, con un percorso di qualificazione QML-V. Questi FPGA sono sviluppati utilizzando una tecnologia SONOS ( Si- licon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon ) di tipo NV (Non Vola- tile) su un nodo tecnologico da 28 nm. Le prestazioni della tecnologia a 28 nm e della precedente a 65 nm sono state confrontate misurando il ritardo di propa- gazione di un inverter. Questi test hanno dimostrato che la tecnologia SONOS a 28 nm offre prestazioni 2,5 volte superiori rispetto a quelle della flash a 65 nm. Questi FPGA basati su SONOS hanno anche eccellenti prestazioni in termini di tolleranza alle radiazioni e immunità ai fenomeni SEU, a fronte di consumi mol- to ridotti. Con un percorso di qualificazione QML-V, le FPGA basate su SONOS sono ideali in applicazioni che richiedono un’elaborazione del segnale ad alta velo- cità. La figura 1 mostra l’architettura utilizzata per gli ELETTRONICA OGGI 518 - MAGGIO 2024 55