[發明專利]一種D觸發器

有效

• 申請號: 201510278828.8
• 申請日: 2015-05-27
• 公開（公告）號: CN104821805B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 陳智;王爽
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十七研究所
• 主分類號: H03K3/3562
• 分類號: H03K3/3562
• 代理公司: 北京商專永信知識產權代理事務所(普通合伙)11400
• 代理人: 方挺,葛強

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，特別涉及一種D觸發器。

背景技術

半導體器件在輻射環境中，周圍的能量粒子會滲透到芯片內部，并發生電離輻射，在能量粒子的運動軌跡上產生一定數目的電子和空穴對。這些由于單個能量粒子電離輻射而產生的電子和空穴有可能在電場的作用下被電路的內部節點吸收，導致半導體器件功能異常。上述效應稱為單粒子效應。

單粒子效應是一種隨機效應。人們在1975年發現了Binder、通信衛星、JK觸發器發生的異常翻轉現象，經過不斷的研究發現引發該異常翻轉現象的因素包括宇宙射線中的高能質子、重離子、中子、電子和γ射線，以及陶瓷管殼所含的放射性同位素的α粒子等。單粒子翻轉(SEU)主要發生于存儲器件和邏輯電路中。1979年發現單個高能粒子能引起CMOS器件發生閉鎖。1986年又發現單個高能粒子還能引起功率MOS器件發生單粒子燒毀。1987年又發現單粒子柵穿。進一步的模擬實驗和在軌衛星的測試證實，幾乎所有的集成電路都能發生單粒子效應。

隨著半導體技術的迅猛發展，航天器用半導體器件的集成度不斷提高，器件的特征尺寸越來越小，工作電壓越來越小，相應地，臨界電荷越來越小，導致集成電路越來越容易發生單粒子效應。D觸發器是集成電路中使用最多的時序器件，這種器件在發生單粒子翻轉和單粒子瞬態脈沖后，將會把錯誤信息保留下來，影響后續操作，從而導致整個系統錯誤或崩潰，造成嚴重的后果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種D觸發器，用于實現D觸發器的抗單粒子 效應，保證D觸發器輸出信息的準確性。

一種D觸發器，包括時鐘模塊、延時濾波模塊、主從級DICE鎖存器模塊、輸出模塊，其中主從級DICE鎖存器模塊根據從所述時鐘模塊輸出的時鐘信號，和通過所述延時濾波模塊接收的外部數據信號，向數據輸出模塊輸出相應的數據信號。延時濾波模塊接收外部數據信號，并將接收的外部數據信號分成第一路信號和第二路信號；延時濾波模塊對第一路信號進行濾波處理，對第二路信號不做處理；當經濾波處理的第一路信號與第二路信號相同時，延時濾波模塊輸出數據；當經延時濾波處理的第一路信號與第二路信號不同時，延時濾波模塊不輸出數據。

延時濾波模塊包括第一反相器、延時濾波通路、直通通路、第一三態反相器；第一反相器將外部數據分成第一路信號和第二路信號，第一路信號經延時濾波通路后進入第一三態反相器，第二路信號直接進入第一三態反相器。

主從級DICE鎖存器模塊包括主級模塊和從級模塊，從級模塊包括第一至第四從節點，從節點為單粒子敏感節點，從節點依次邏輯相鄰。主級模塊包括第一至第四主節點，主節點為單粒子敏感節點，主節點依次邏輯相鄰。主節點和從節點物理上間隔排列；當從級模塊中的單粒子敏感點中一個敏感點發生單粒子翻轉時，相鄰敏感點可以把錯誤糾正回來，只要避免相鄰敏感點被單粒子轟擊，即可確保節點的信息正確，主級亦如此。因此在版圖布局時要把邏輯上的相鄰敏感點分開，布局時把主從級敏感點交錯擺放。

本發明的D觸發器，還可以包括保護帶，保護帶包括PMOS管保護帶、NMOS管保護帶。PMOS管保護帶由P+有源構成，NMOS管保護帶由N+有源構成，單粒子敏感節點之間都設置有保護帶。保護帶的寬度采用設計規則中的有源最小寬度。

D觸發器電路為CMOS電路，CMOS器件固有的pnpn四層結構形成了一個寄生可控硅。在單粒子效應下，p阱電阻或襯底電阻上的電壓降可能會使得寄生的縱向NPN或橫向PNP三極管導通，產生電流正反饋，最終導致兩個寄生三極管達到飽和，并維持飽和狀態，形成從電源到地的大電流通路，導致電路發生閂鎖。

加入保護帶可以降低寄生晶體管的增益，并控制加到內阱和襯底的電壓，使寄生晶體管無法達到飽和，即無法產生電路通路，起到抗閂鎖的作用。

延時濾波通路可包括反相器單元和濾波單元，反相器單元由偶數個反相器構成。

反相器單元的個數可根據實際應用中延時長短的需要增加或者減少。

時鐘模塊用于輸出一對反相信號。

根據上述的D觸發器，在瞬態脈沖到來時，通過延時濾波模塊阻止該脈沖進入到電路內部，起到抗SET(單粒子瞬態脈沖)的作用；當內部存儲節點發生翻轉時，通過DICE結構迅速去掉翻轉脈沖，保證電路輸出結果正常，起到抗SEU的作用。在版圖設計時加入保護帶結構，該結構有效地抑制了SEL(單粒子閉鎖)，也有助于降低電路中的SET脈沖寬度。從而整體電路結構具有抗單粒子效應的功能。

附圖說明

圖1為本發明一實施方式的D觸發器的原理圖；