[發(fā)明專利]一種基于延時(shí)單元的自恢復(fù)抗單粒子鎖存器結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510969497.2
• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN105577160A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃正峰;王世超;梁華國;歐陽一鳴;易茂祥;魯迎春;閆愛斌;許曉琳
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H03K19/003
• 分類號: H03K19/003
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及集成電路的抗輻射加固設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體為一種基于延時(shí)單元的自恢復(fù)抗單粒子鎖存器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著集成電路(IC)的不斷發(fā)展，工藝尺寸和電源電壓不斷降低，在IC設(shè)計(jì)中，提供更低的功耗和更高的性能的同時(shí)，也對芯片的穩(wěn)定性提出了更高的要求。特別是在一些特殊環(huán)境如太空中等等，α粒子束以及中子等高能粒子束的撞擊，可能會誘發(fā)電路內(nèi)的單粒子效應(yīng)(SingleEventEffect,SEE),從而引起電路狀態(tài)發(fā)生錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行崩潰。

其中，單粒子翻轉(zhuǎn)(SingleEventUpset,SEU)和單粒子瞬態(tài)(SingleEventTransient,SET)是引起數(shù)字電路軟錯(cuò)誤的重要誘因。SEU主要指發(fā)生在諸如觸發(fā)器、存儲器以及寄存器等存儲單元中存儲狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)引發(fā)電路軟錯(cuò)誤，而SET則主要是指發(fā)生在組合邏輯電路的節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生的瞬態(tài)故障脈沖，脈沖經(jīng)過組合邏輯路徑傳播，有可能被鎖存器或觸發(fā)器捕獲從而導(dǎo)致軟錯(cuò)誤的發(fā)生。

傳統(tǒng)的抗輻射加固技術(shù)主要集中于針對發(fā)生在存儲單元中的SEU，近年來有研究表明，隨著數(shù)字集成電路的時(shí)鐘頻率不斷上升，特征尺寸的不斷減小，SET脈沖的影響越來越占據(jù)了關(guān)鍵的地位。在較高頻率時(shí)，由SET引發(fā)的故障占據(jù)了主要的地位，其原因在于，特征尺寸越來越小，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電容降低使得組合邏輯的節(jié)點(diǎn)更容易受外部高能粒子影響產(chǎn)生瞬態(tài)故障脈沖，而不斷上升的時(shí)鐘頻率則意味著這些脈沖更加容易被鎖存器或觸發(fā)器所捕獲從而產(chǎn)生軟錯(cuò)誤。

為了降低電路的功耗開銷，許多電路設(shè)計(jì)都會使用門控時(shí)鐘技術(shù)，通過關(guān)閉芯片上暫時(shí)用不到的功能，實(shí)現(xiàn)能量節(jié)省的目的。在門控時(shí)鐘電路中，時(shí)鐘長時(shí)間維持一個(gè)恒定的值，并且該時(shí)間間隔可能遠(yuǎn)大于一個(gè)時(shí)鐘周期。如果此時(shí)鎖存器的某個(gè)節(jié)點(diǎn)因?yàn)榱Ｗ愚Z擊而進(jìn)入高阻態(tài)，那么該節(jié)點(diǎn)就會因?yàn)樾孤╇娏鞒?放電作用而逐漸跳變到錯(cuò)誤的邏輯狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)軟錯(cuò)誤。大部分的傳統(tǒng)加固鎖存器設(shè)計(jì)采用了C單元電路來屏蔽軟錯(cuò)誤，當(dāng)粒子轟擊C單元電路的輸入時(shí)，輸出節(jié)點(diǎn)很容易進(jìn)入高阻態(tài)，進(jìn)而由于泄漏電流引發(fā)軟錯(cuò)誤。所以說這些鎖存器不具有自恢復(fù)功能，不能夠適用于門控時(shí)鐘電路。

因此，希望提出一種新型的加固鎖存器，能夠容忍鎖存器內(nèi)部發(fā)生的SEU以及從組合邏輯電路傳來的SET，還具有自恢復(fù)功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于延時(shí)單元的自恢復(fù)抗單粒子鎖存器結(jié)構(gòu)，該鎖存器結(jié)構(gòu)不但能夠容忍單粒子翻轉(zhuǎn)，還能夠容忍單粒子瞬態(tài)，避免了高能輻射粒子引發(fā)鎖存器數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)進(jìn)而導(dǎo)致電路失效的問題，極大地提高了電路的可靠性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：