[發明專利]基于三模冗余抗輻照自刷新寄存器

有效

• 申請號: 201310578583.1
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103578567A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 陳鐘鵬;萬書芹;施斌友;張濤;封晴
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十八研究所
• 主分類號: G11C29/44
• 分類號: G11C29/44
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本發明涉及一種基于三模冗余抗輻照自刷新寄存器，用于組成三模冗余結構，屬于集成電路設計領域。

背景技術

航天器在太空中飛行，一直處于帶電粒子的輻射環境中。空間輻射環境中的高能質子、中子等都能導致電子系統中的半導體器件發生單粒子效應。單粒子翻轉（Single-Event?Effect??,SEU）是對集成電路影響最為嚴重的輻射效應之一。單粒子翻轉將會引起各種軟錯誤，嚴重影響航天電子系統可靠性。

在很多芯片需要長時間在寄存器中保存初始的配置字，三模冗余（Triple?Module?Redundant?，TMR）是對SEU進行加固的一種有效方法。傳統的TMR加固方式是將一個寄存器復制成三份，采取三選二的表決方式，任意一路寄存器受到重粒子轟擊發生翻轉，另外兩路寄存器輸出正常時電路工作正常；但長時間暴露在輻照環境中另外兩路寄存器同樣存在受到重粒子轟擊發生翻轉的概率，導致電路失效。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種基于三模冗余加固的具有自刷新功能的寄存器結構，避免長期工作在輻照環境下，由輻射累積導致出現兩路寄存器都發生翻轉的問題。

按照本發明提供的技術方案，所述的基于三模冗余抗輻照自刷新寄存器包括：數據輸入端連接第一非門的輸入端，第一非門的輸出端連接第一與非門的第一輸入端，第一與非門的輸出端連接第二非門的輸入端并通過第三非門連接第一與非門的第一輸入端，第二非門的輸出端連接第二與非門的第一輸入端，第二與非門的輸出端通過第四非門連接第五非門的輸入端，第五非門的輸出端連接表決器的第一輸入端，并作為整個寄存器的輸出端，表決器的輸出端通過第六非門連接第二與非門的第一輸入端，所述第一與非門的第二輸入端和第二與非門的第二輸入端連接復位端；所述第一非門、第二非門、第三非門和第六非門具有相同時鐘；所述表決器還具有第二輸入端和第三輸入端，分別連接與本寄存器相同的另兩個寄存器的輸出端。

每個寄存器的輸入均來自獨立的組合邏輯以及其余兩路寄存器的輸出。

本發明的優點是：提供了一種基于三模冗余加固單粒子翻轉的寄存器，三個相同的寄存器分別連接在表決器（寄存器之外的另一表決器）的三個輸入端；工作時當三路輸出數據中一路或三路分時受到重離子轟擊發生翻轉，輸出保持正常。因而實現了實時對三模冗余寄存器組進行糾錯，避免錯誤累計；并且可以在現有的三模冗余電路中進行替換操作提高工作效率。

附圖說明

圖1?常規寄存器原理示意圖。

圖2?本發明的寄存器原理示意圖。

圖3?本發明的外部結構圖。

圖4?常規三模冗余電路結構圖。

圖5?本發明在三模冗余中使用的示意圖。

具體實施方式

為了使本方明的技術方案及優點更加明了，下面結合附圖及實施案例，對本發明進一步詳細說明。此處所描述的具體實施案例僅用于解釋說明本方明，并不用于限定本發明。

圖1示出常用的寄存器結構，電路結構中分為前后兩級鎖存電路，前一級鎖存電路，當C為低電平時，電路導通，數據D進入鎖存狀態，此時后級電路關閉；后一級鎖存電路，C為高電平時，電路導通，數據D從前一級進入后一級鎖存狀態，并從Q端輸出，此時前級電路關閉。在某一時間段，對三模冗余電路中一路寄存器進行重離子轟擊，節點?node翻轉，由三模冗余加固設計的原理可知，見此后電路仍正常工作。在有新的數據寫入之前，該路寄存器后一級電路始終輸出的都是一個錯誤的值，此時對三模冗余結構其他兩路之一進行重離子撞擊，發生翻轉，則電路不能正常工作。

圖2示出是本方明所采用的寄存器結構，其結構包括：數據輸入端D連接第一非門的輸入端，第一非門的輸出端連接第一與非門的第一輸入端，第一與非門的輸出端連接第二非門的輸入端并通過第三非門連接第一與非門的第一輸入端，第二非門的輸出端連接第二與非門的第一輸入端，第二與非門的輸出端通過第四非門連接第五非門的輸入端，第五非門的輸出端連接表決器的第一輸入端，并作為整個寄存器的輸出端，表決器的輸出端通過第六非門連接第二與非門的第一輸入端，所述第一與非門的第二輸入端和第二與非門的第二輸入端連接復位端RN；所述第一非門、第二非門、第三非門和第六非門具有相同時鐘C；所述表決器的第二輸入端和第三輸入端分別連接與本寄存器相同的另兩個寄存器的輸出端。

可以看到，寄存器的兩級鎖存結構中，第二級鎖存結構中有一個表決器，表決器的輸入端有一個是本寄存器的輸出端，和另兩個輸入數據進行判斷選擇，更新寄存器的輸出值。