[發明專利]一種可容忍三節點翻轉的鎖存器

有效

• 申請號: 201711267453.0
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108011628B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 劉春鳴;閆愛斌;黃正峰;陳旨樂;何倩;賴超平;張銀磊
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H03K19/003
• 分類號: H03K19/003;G06F30/337
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 彭超

本發明提供一種可容忍三節點翻轉的鎖存器，通過八組相互反饋的輸入分離反相器構建高可靠性數據存儲反饋環實現數據的高可靠存儲，使用四輸入C單元屏蔽存儲模塊中產生的多節點翻轉，從而達到容忍多節點翻轉的目的。同時，使用時鐘門控技術和較少數目的晶體管降低鎖存器開銷，可廣泛運用于對可靠性要求較高的各個應用領域。本發明相對于現有技術的有益效果在于：通過八組相互反饋的輸入分離反相器構建高可靠性數據存儲反饋環，不但能夠實現對三個節點翻轉的有效容忍，而且能夠實現對雙節點翻轉和單節點翻轉的有效容忍。功耗和面積開銷較低。通過使用時鐘門控技術減少電流競爭，降低功耗開銷；使用較少數目的晶體管進行構建，降低面積開銷。

技術領域

本發明屬于集成電路抗多節點翻轉加固容錯設計技術領域，具體涉及一種可容忍三節點翻轉的鎖存器。

背景技術

隨著集成電路制造工藝的不斷發展，晶體管特征尺寸和工作電壓不斷減小，在提升了超大規模集成電路電路性能的同時，電路功耗也隨之降低。然而，由于電路節點的關鍵電荷隨著工藝的進步不斷減小，電路越發容易受到輻射環境中的重離子、α粒子、中子和質子等粒子的影響而造成瞬態故障，并產生軟錯誤。軟錯誤是由集成電路瞬態故障造成的暫時性錯誤，而集成電路瞬態故障主要是由輻射環境中各種粒子撞擊導致。在強輻射環境中，在電荷共享機制下，粒子撞擊電路節點所誘發的多節點翻轉是一種典型的軟錯誤。相比于單粒子翻轉和雙節點翻轉而言，多節點翻轉導致的集成電路失效概率更大。在大規模的集成電路與系統中，鎖存器這一種基本的時序元件被廣泛應用。統計數據顯示，在納米尺度CMOS工藝下，技術小型化對集成電路在輻射環境下誘發的錯誤敏感性產生了不利影響，尤其在強輻射環境中，多節點翻轉已經成為影響鎖存器電路可靠性設計的主要問題。當鎖存器電路長時間工作于高能粒子和宇宙射線大量存在的強輻射環境中，僅進行單粒子翻轉加固設計和雙節點翻轉加固設計是不夠充分的，必須要對其進行多節點翻轉加固設計。鎖存器的多節點翻轉加固設計，對于提高集成電路的可靠性具有重要的意義。

目前針對鎖存器的抗多節點翻轉加固設計主要存在以下幾個問題：一是存在脆弱的節點對，當該節點對發生翻轉時，鎖存器輸出端將保持為錯誤的邏輯值，不能實現對雙節點翻轉的完全容忍；二是雖然能夠實現對雙節點翻轉的完全容忍，但是存在脆弱的節點序列，當該節點序列中的三個節點均發生翻轉，在鎖存器輸出端將保持為錯誤的邏輯值，不能有效容忍三節點翻轉；三是容忍三節點翻轉的鎖存器的面積和功耗等開銷較大。

發明內容

為了克服現有抗多節點翻轉加固鎖存器結構存在的不足，本發明提供一種能夠容忍三節點翻轉的鎖存器電路設計方案，通過八組相互反饋的輸入分離反相器構建高可靠性數據存儲反饋環實現數據的高可靠存儲，使用四輸入C單元屏蔽存儲模塊中產生的多節點翻轉，從而達到容忍多節點翻轉的目的。同時，使用時鐘門控技術和較少數目的晶體管降低鎖存器開銷，可廣泛運用于對可靠性要求較高的各個應用領域。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種可容忍三節點翻轉的鎖存器，包括：四個傳輸門、四個輸入分離反相器、四個鐘控輸入分離反相器、一個C單元和一個輸出級反相器。

其中，所述四個傳輸門分別為具有相同時鐘的：第一傳輸門TG1、第二傳輸門TG2、第三傳輸門TG3、第四傳輸門TG4；所述四個輸入分離反相器分別為：第一輸入分離反相器IINV1、第二輸入分離反相器IINV2、第三輸入分離反相器IINV3、第四輸入分離反相器IINV4；所述四個鐘控輸入分離反相器分別為具有相同時鐘的：第一鐘控輸入分離反相器CG-IINV1、第二鐘控輸入分離反相器CG-IINV2、第三鐘控輸入分離反相器CG-IINV3、第四鐘控輸入分離反相器CG-IINV4。

所述第一傳輸門TG1的信號輸入端、所述第二傳輸門TG2的信號輸入端、所述第三傳輸門TG3的信號輸入端以及所述第四傳輸門TG4的信號輸入端相連接，連接點作為所述鎖存器的數據輸入端。