[發明專利]一種具有抗輻照能力的表決器

有效

• 申請號: 201310257609.2
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103353999A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 劉曉鵬;陳雪;韓雁;曹天霖;王明宇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G07C13/00
• 分類號: G07C13/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于數字電路表決器技術領域，具體涉及一種具有抗輻照能力的表決器。

背景技術

馮·諾伊曼早在1956年就在標題為Probabilistic?logics?and?synthesis?of?reliable?organisms?from?unreliable?components（in?Automata?Studies,C.Shannon?and?J.McCarthy,Eds.Princeton?University?Press,1956,pp.43–98.）的文獻中提出利用冗余和多數表決器來構造可靠系統。從此多模冗余和三模冗余就作為一種最基本的技術在可靠性系統中被廣泛應用。由于三模冗余需要額外的硬件開銷較小，且其可靠性非常接近多模冗余，使得三模冗余技術在工業、交通控制以及航空航天領域廣泛使用。

航空航天飛行器中的芯片很容易受外層空間以及核爆等輻射的影響而出現暫時的功能錯誤，這種錯誤稱之為“軟錯誤”。出現這種“軟錯誤”的原因是高能帶電粒子（太陽內部核聚變反應放射出來的質子和α粒子、核爆炸產生的高能Y射線、X射線、中子及電磁脈沖以及芯片封裝材料中微量放射性元素發生的Q粒子）在穿過電子器件的靈敏區時，沉積能量，產生足夠數量的電荷，這些電荷被器件電極收集后，造成器件邏輯狀態的非正常改變。這種邏輯狀態非正常改變就會造成芯片功能錯誤從而出現“軟錯誤”。正是由于這種“軟錯誤”是不可避免的，所以需要采用三模冗余硬件加固技術，這樣就不得不使用到表決器來得到最終的輸出。近年來，人們的研究熱點一直是怎么來加固電路中的D觸發器和組合電路，卻忽視了表決器也是很容易受到輻射影響從而產生錯誤的表決。隨著我國航天事業的迅猛發展，集成電路作為航天器核心，其可靠性和性能也有了更高的要求。我國的抗輻照集成電路的研制還處于起步階段。由于美國核心高端芯片對我國采取禁售措施，使得我國長期以來不得不采用8086、80386、1750等性能很低的集成電路來構建航天器的電子系統，很難完成用于軍事偵察、載人航天等關鍵任務。因此設計更加可靠的集成電路意義重大，而表決器作為三模冗余技術不可或缺的一部分，設計一種能抵抗輻照的表決器可以大大提高整個三模冗余系統的可靠性，從而里滿足不斷發展的航空航天事業。

傳統的表決器如圖1所示，將三個輸入信號兩兩一組進行“與”運算，再將“與”運算的結果進行“或”運算后作為表決器的表決結果輸出。從圖1中的真值表可以看出，這個表決器是滿足三模冗余系統“少數服從多數”的要求，即只要保證三個輸入信號中有兩個輸入信號是正確的，那最后的判決結果也是正確的。但這樣一個表決器內部節點是很容易受到輻射影響從而產生單粒子瞬時脈沖；圖2為上述模擬表決器中一個與門輸出節點受到輻射后的波形圖，可以看出這個與門輸出節點上產生了瞬時脈沖，這個瞬時脈沖最后傳遞到表決器輸出端，從而造成表決器短暫表決錯誤，如果這個短暫錯誤（圖2中的毛刺）結果被下一個電路采樣到，就會造成整個電路的功能錯誤。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術缺陷，本發明提供了一種具有抗輻照能力的表決器，使得表決器在有輻射下仍然能工作正常而不會產生瞬態脈沖。

一種具有抗輻照能力的表決器，包括兩個三輸入表決器B1～B2、兩個反相器INV1～INV2和一個C單元反相器；其中：

三輸入表決器B1的三個輸入端與三輸入表決器B2的三個輸入端對應連接且分別接收三組輸入信號，三輸入表決器B1的輸出端與反相器INV1的輸入端相連，三輸入表決器B2的輸出端與反相器INV2的輸入端相連，反相器INV1的輸出端與C單元反相器的第一輸入端相連，反相器INV2的輸出端與C單元反相器的第二輸入端相連，C單元反相器的輸出端輸出表決結果。

所述的三輸入表決器以三組輸入信號作為自身的輸入信號，若三組輸入信號中有至少兩組為1，則三輸入表決器輸出為1，否則輸出為0。

所述的反相器INV1對三輸入表決器B1的輸出結果做反相處理，若三輸入表決器B1的輸出結果為1，則反相器INV1輸出為0；若三輸入表決器B1的輸出結果為0，則反相器INV1輸出1。

所述的反相器INV2對三輸入表決器B2的輸出結果做反相處理，若三輸入表決器B2的輸出結果為1，則反相器INV2輸出為0；若三輸入表決器B2的輸出結果為0，則反相器INV2輸出1。