航空電子設(shè)計(jì)與民用電子產(chǎn)品或其他工業(yè)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)有著很多的不同。一般來(lái)講，航空電子設(shè)計(jì)對(duì)新技術(shù)的使用較為保守，對(duì)“安全性”有著極致甚至近乎變態(tài)的追逐，導(dǎo)致很多在其他行業(yè)廣泛應(yīng)用的技術(shù)，無(wú)法在航空業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。

　　最典型的例子就是多核CPU技術(shù)。CPU技術(shù)在其他行業(yè)早已是家常便飯般的技術(shù)，由于其理論上存在不確定性的不良“出身”，多年來(lái)一直無(wú)法“明媒正娶”地登陸到民用大型客機(jī)上。

　　不過(guò)，航空電子設(shè)計(jì)除了有技術(shù)更迭慢點(diǎn)的特點(diǎn)外，還有一些自身的獨(dú)特考慮。今天，我們就和大家聊聊“單粒子翻轉(zhuǎn)”問(wèn)題。

　　航空電子需要考慮單粒子翻轉(zhuǎn)問(wèn)題的原因是：任何帶有電子設(shè)備的飛行器在遠(yuǎn)離地面的空間運(yùn)行，均需要考慮空間高能粒子對(duì)它的影響。

　　高能粒子的來(lái)源主要有三種：地球輻射帶粒子，太陽(yáng)射線和宇宙射線。其中，

　　地球輻射帶是指在近地空間被地球磁場(chǎng)俘獲的高強(qiáng)度帶電粒子區(qū)域，主要由電子、質(zhì)子以及重粒子所組成。輻射帶的范圍在距離地面500km到50，000km的高度內(nèi)，民航客機(jī)的飛行高度就在這個(gè)區(qū)域內(nèi)。

　　太陽(yáng)射線主要是指太陽(yáng)發(fā)生耀斑時(shí)噴射出的高能粒子，主要為帶電的質(zhì)子，太陽(yáng)射線的強(qiáng)度和太陽(yáng)活動(dòng)周期相關(guān)。

　　宇宙射線來(lái)源于太陽(yáng)系以外的高能帶電粒子，主要由質(zhì)子和α粒子組成。

　　空間中的輻射會(huì)對(duì)數(shù)字電路尤其是集成電路造成影響，主要影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面：總粒子劑量（TID） 和單粒子效應(yīng)（SEE）。

　　總粒子劑量效應(yīng)是一種累計(jì)效應(yīng)，是對(duì)帶電粒子總電離能量的吸收效應(yīng)，其結(jié)果是造成器件、電路及系統(tǒng)的損壞或者性能下降。

　　單粒子效應(yīng)是一種瞬態(tài)效應(yīng)，指某個(gè)特定的高能粒子穿過(guò)電路敏感區(qū)域所引起的電路故障，這個(gè)故障可能是可恢復(fù)的或是永久性的。

　　隨著電子元器件及集成電路設(shè)計(jì)水平的增長(zhǎng)，以及生產(chǎn)工藝水準(zhǔn)的提升，尤其是集成電路防止高能粒子對(duì)電路造成永久性損傷的能力有了很大提升，以至于對(duì)于航空電子行業(yè)在使用專(zhuān)用集成電路甚至可編程邏輯器件時(shí)，對(duì)于總粒子劑量效應(yīng)和造成永久性損傷的單粒子效應(yīng)基本無(wú)需做額外的設(shè)計(jì)和防護(hù)考慮（經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，其發(fā)生故障的概率已經(jīng)遠(yuǎn)低于器件本身正常失效的概率）。

　　因此，在目前航空電子業(yè)界對(duì)于單粒子翻轉(zhuǎn)主要考慮的是單粒子效應(yīng)中的可恢復(fù)性故障情況，其中最主要的是單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)（SEU）。

　　SEU是指當(dāng)單個(gè)高能粒子通過(guò)邏輯電路時(shí)使得單個(gè)邏輯門(mén)或者數(shù)據(jù)位發(fā)生邏輯翻轉(zhuǎn)，如邏輯“0”變成邏輯“1”， 或者邏輯“0”變成邏輯“1”。這個(gè)錯(cuò)誤不是永久的，通過(guò)重新刷新或者電路重啟可以糾正錯(cuò)誤。也許對(duì)于其他行業(yè)SEU造成的影響可以不予考慮，但對(duì)于航空電子行業(yè)，由于其對(duì)于數(shù)據(jù)完整性的要求，設(shè)計(jì)中具有發(fā)生邏輯錯(cuò)誤是不可接受的。

　　哪些電子器件在設(shè)計(jì)上需要考慮SEU影響呢？主要包括SRAM，DRAM，D觸發(fā)器，鎖存器以及寄存器，當(dāng)然，也包括使用到以上功能的集成電路。

　　其中，SRAM，鎖存器和寄存器是最敏感的器件。另外，一些電路結(jié)構(gòu)如Flash， EEPROM和MRAM等，由于具有天然的SEU免疫特性，

　　因此，在航空電子設(shè)計(jì)中，F(xiàn)lash架構(gòu)的集成電路尤其是可編程邏輯電路特別受歡迎。不過(guò)，選擇使用Flash結(jié)構(gòu)的集成電路，需要額外注意兩點(diǎn)：

　　1、 由于Flash結(jié)構(gòu)比RAM結(jié)構(gòu)訪問(wèn)速度慢，FPGA容量小，所以僅適合使用在小規(guī)模的設(shè)計(jì)中。

　　2、即使是Flash結(jié)構(gòu)集成電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中大多會(huì)包含D觸發(fā)器，鎖存器以及寄存器單元，所以在使用這類(lèi)器件時(shí)仍需要對(duì)SEU做相關(guān)的考慮和分析。