[發明專利]單粒子脈沖寬度測量電路

有效

• 申請號: 201110319780.2
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN103063933A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 宿曉慧;畢津順
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01R29/02
• 分類號: G01R29/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及電子行業電脈沖信號測量技術領域，尤其涉及一種單粒子脈沖寬度測量電路。

背景技術

隨著航天、軍事等領域技術的發展，越來越多的集成電路需要在輻射環境下工作。輻射對集成電路產生的效應主要分為兩大類：單粒子效應和總劑量效應。

其中，單粒子瞬變效應是影響芯片性能的主要因素。當芯片放置在輻射環境中，周圍能量粒子會注入到芯片內部，由于電離輻射作用能量粒子的運動軌跡上產生一定數目的電子、空穴對；這些電子、空穴對在電場的作用下被芯片上的電路節點吸收，改變節點電平。如果所述芯片上的電路中沒有反饋回路，那么在單粒子作用的時間結束后，該節點電平又會恢復回原來的值，從而在電路中產生一個脈沖信號，在短時間內對電路節點產生干擾。

為了能夠避免上述單粒子瞬變效應，首先需要對單粒子效應進行研究，比如對單粒子脈沖信號寬度等特征進行準確測量，進而為抗單粒子效應的改進提供理論參數。

在對單粒子脈沖信號寬度進行測量時，由于單粒子作用時間非常短，產生的脈沖信號電平維持時間在幾十到幾百ps(10-9秒)之間。如果采用傳統的示波器或邏輯分析儀等檢測設備測量單粒子脈沖寬度，對設備的工作頻率要求非常高，測試成本高且實現難度非常大。如果采用片上電路進行測試，現有的脈沖寬度測量方法往往通過外部輸入高頻信號對脈沖信號采樣來進行測量，這種測量方法的捕獲精度受采樣信號的頻率和性能影響，實際測試中也難以提供頻率極高、波形特點又十分優良的采樣信號，因此可測量脈沖寬度的范圍小、測量精度低，不適于進行單粒子脈沖的寬度測量。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種單粒子脈沖寬度測量電路，以提高單粒子脈沖寬度的測量精度，降低設備成本。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種單粒子脈沖寬度測量電路。該電路包括單粒子脈沖信號產生電路及至少一級測量電路；單粒子脈沖信號產生電路產生待測單粒子脈沖信號；由待測單粒子脈沖信號直接驅動的雙穩態電路構成測量電路的第一級；從測量電路的第二級開始，每一級電路分別由脈沖衰減電路和雙穩態電路構成；其中脈沖衰減電路的輸入端與上一級電路中雙穩態電路的信號輸入端相連，脈沖衰減電路的輸出端與本級電路中的雙穩態電路的信號輸入端相連；預設的一級或多級雙穩態電路的輸出端共同構成了測量電路的輸出結果，該輸出結果對應單粒子脈沖寬度。

優選地，本發明單粒子脈沖寬度測量電路中，雙穩態電路具有兩個穩定狀態；在對待測單粒子脈沖信號進行測量前，輸出能夠處于一個確定的穩定狀態，在對輸入待測單粒子脈沖信號進行測量時，只要輸入信號發生翻轉并維持足夠長的時間，雙穩態電路能夠從一個穩定狀態翻轉到另一個穩定狀態，使得輸出信號電平改變。優選地，雙穩態電路為RS鎖存器。

優選地，本發明單粒子脈沖寬度測量電路中，若將多級測量電路中各RS鎖存器的R輸入端連接到復位信號上，則S輸入端作為信號輸入端；若將多級測量電路中各RS鎖存器的S輸入端連接到置位信號上，則R輸入端作為信號輸入端。

優選地，本發明單粒子脈沖寬度測量電路中，如果待測單粒子脈沖信號為高電平脈沖信號，多級測量電路中各RS鎖存器為或非門RS鎖存器；如果待測單粒子脈沖信號為低電平脈沖信號，多級測量電路中各RS鎖存器為與非門RS鎖存器。

優選地，本發明單粒子脈沖寬度測量電路中，或非門RS鎖存器或與非門RS鎖存器中，PMOS管中的導電溝道的寬為1.5μm、長為0.18μm，NMOS管中的導電溝道的寬為0.5μm、長為0.18μm。

優選地，本發明單粒子脈沖寬度測量電路中，脈沖衰減電路，在單粒子脈沖信號測量時，當輸入脈沖寬度在閾值范圍時，輸出脈沖信號寬度短于輸入脈沖信號寬度。

優選地，本發明單粒子脈沖寬度測量電路中，脈沖衰減電路為由兩個串聯的反相器構成的緩沖器電路，其中第一級反向器的輸入端作為緩沖器電路的輸入端，第一級反相器的輸出端作為第二級反相器的輸入端，第二級反向器的輸出端作為緩沖器電路的輸出端。

優選地，本發明單粒子脈沖寬度測量電路中，每個反相器包括一個PMOS管和一個NMOS管，PMOS管中的導電溝道的寬為1.5μm、長為0.18μm，NMOS管中的導電溝道的寬為0.5μm、長為0.18μm。