[實用新型]基于保護門的時域加固鎖存器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420549293.4
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN204068927U
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 徐江濤;閆茜;聶凱明;姚素英;史再峰;高志遠
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H03K19/094
• 分類號: H03K19/094
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本實用新型涉及抗輻射集成電路設計領域，特別是涉及一種基于保護門的時域加固鎖存器。

背景技術

對于應用于空間環(huán)境中的數字電路，特別是時序電路，SEU的發(fā)生會嚴重影響芯片功能的正確性。現有的加固技術多數針對SEU。但是隨著集成電路尺寸的減小以及芯片供電電壓的下降，電路內部節(jié)點可以存儲的關鍵電荷量大大減少，MBU發(fā)生的幾率正在逐步上升。時鐘線和輸入端口的SET的發(fā)生也會傳入電路，影響電路的性能。鎖存器是電路中最常用到的存儲單元，對于鎖存器的加固尤為重要。常用的設計加固方法(Radiation?Hardened-by?Design,RHBD)有代碼級加固和電路級加固還有版圖級加固等。電路級加固方法例如經典的模組冗余，用三模冗余抵抗SEU，用五模冗余抵抗單粒子注入引起的雙節(jié)點翻轉(Double?node?upset,DNU)。

發(fā)明內容

為克服現有技術的不足，本實用新型旨在提供一種設計加固的鎖存器，它不僅能夠抵抗多內部節(jié)點翻轉，還可以抵抗輸入端口及時鐘線上的瞬時脈沖。為此，本實用新型采用的技術方案是，基于保護門的時域加固鎖存器，由6個傳輸門TG1～6，3個反相器INV1～3，3個二輸入保護門DIG1～3和一個三輸入保護門、延時單元構成，有三路相同的輸入信號分別對應輸入到輸入端D1、D2、D3，輸入端D1、D2、D3分別依次對應通過傳輸門TG1、傳輸門TG2、傳輸門TG3送入對應的二輸入保護門DIG1～3，輸入信號經輸入端D1、輸入端D2作為二輸入保護門DIG1的輸入，二輸入保護門DIG1的輸出A經過反相器INV1和傳輸門TG4連至輸入端D1；輸入端D2、輸入端D3作為二輸入保護門DIG2的輸入，二輸入保護門DIG2的輸出B經由反相器INV2和傳輸門TG5連至輸入端D2；輸入端D1、輸入端D3作為二輸入保護門DIG3的輸入，二輸入保護門DIG3的輸出C經反相器INV3和TG6連至輸入端D3；輸出A、B、C作為三輸入保護門TIG的輸入信號，三輸入保護門TIG輸出為Q；延時單元設置在輸出A、B、C節(jié)點或者輸入端D1、D2、D3節(jié)點中的任一處。

二輸入保護門DIG結構為，使用兩個PMOS管PM1和PM2串聯(lián)，兩個NMOS管NM1和NM2串聯(lián)；PM1的源級接VDD，PM2的漏極接NM2的漏極，NM1的源級接GND，PM1和NM1的柵極作為一個輸入A，PM2和NM2的柵極作為另一個輸入B，PM2和NM2的漏極作為輸出O。

三輸入保護門TIG的結構為：使用三個PMOS管PM4、PM5、PM6串聯(lián)，三個NMOS管NM4、NM5、NM6串聯(lián)；PM4的源級接VDD，PM6的漏極接NM6的漏極，NM4的源級接GND，PM4和NM4的柵極作為一個輸入A，PM5和NM5的柵極作為另一個輸入B，PM6和NM6的柵極作為另一個輸入C，PM6和NM6的漏極作為輸出O。

延時單元結構為二輸入保護門兩個輸入端之間連接一個延時器，通過調整延時單元中間兩個晶體管的寬*長可以調節(jié)T大小。

本實用新型的技術特點及效果：

本實用新型是通過結構設計的手段對電路進行加固的，因此能夠抵抗由于單個輻射粒子造成的不同阱中多個敏感節(jié)點的同時翻轉，從而使鎖存器的存儲狀態(tài)不會發(fā)生改變。

本實用新型的兩種結構使用DIG和延遲單元的組合來屏蔽輸入端口和時鐘線的SET，是一種時間域加固鎖存器。

附圖說明

圖1??DIG和延遲單元的組合結構；

圖2??延時單元結構；

圖3??(a)DIG的晶體管級結構，(b)DIG的邏輯符號，(c)DIG的輸入輸出變化；

圖4??(a)TIG的晶體管級結構，(b)TIG的邏輯符號，(c)TIG的輸入輸出變化；

圖5??基于保護門的非時域加固鎖存器結構；

圖6??基于保護門的時域抗輻射鎖存器Ⅰ結構；

圖7??基于保護門的時域抗輻射鎖存器Ⅱ結構。

具體實施方式

CMOS圖像傳感器是目前實現固態(tài)成像的主流技術。憑借優(yōu)異的性能，CMOS圖像傳感器在空間成像領域得到了廣泛的應用，用以執(zhí)行地球勘測、遙感成像、星敏感器、星圖像采集和飛船可視系統(tǒng)等空間任務。然而，空間環(huán)境中由高能粒子和電磁波構成的輻射，會導致CMOS圖像傳感器出現功能錯誤和性能退化，甚至造成芯片的永久性損毀。因此，在設計面向空間應用的CMOS圖像傳感器時，必須對其輻射效應和抗輻射加固進行深入的研究。