[發明專利]一種具有自刷新功能的抗單粒子翻轉效應異步分頻電路

有效

• 申請號: 201810574786.6
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108847842B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 李海松;尹飛;高利軍;周鳳;楊博;吳龍勝
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: H03K21/40
• 分類號: H03K21/40;H03K23/58
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明一種具有自刷新功能的抗單粒子翻轉效應異步分頻電路，包括多數表決電路和并聯的三級計數分頻模塊，計數分頻模塊包括分頻數配置電路和計數器電路。采用冗余結構、多數表決電路和自刷新方法大幅提升異步分頻電路的抗單粒子翻轉效應；通過冗余表決方式抑制單個分頻電路中發生的單粒子翻轉事件，且利用多數表決后輸出頻率信號對三個計數分頻模塊進行實時刷新控制，確保三個計數分頻模塊工作狀態一致，消除了單粒子翻轉效應在計數分頻模塊中的時序錯誤狀態累積，大幅降低了異步分頻電路的單粒子翻轉概率，提高了集成電路在空間應用環境的可靠性。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路領域，具體為一種具有自刷新功能的抗單粒子翻轉效應異步分頻電路。

背景技術

分頻電路廣泛應用于集成電路設計領域，諸如SoC芯片、DSP芯片、專用集成電路以及鎖相環和數模轉換器等，實現對時鐘、數據以及控制等各類信號的分頻。由于半導體集成電路結構自身特點，分頻電路在空間輻射環境中極易受到空間電子、質子、光子、α粒子與重離子等粒子的干擾而發生單粒子翻轉效應，導致分頻電路狀態發生錯誤，影響電子元器件正常工作，嚴重時可促使衛星和航天飛機等空間飛行器出現故障。

圖1是一個分頻數等于八的數字分頻電路，該分頻電路采用三個DFF觸發器級聯構成，輸出信號clkout的頻率等于輸入信號clk頻率的八分之一。在空間輻射環境中，假設觸發器dff312受到單粒子轟擊發生單粒子翻轉效應，引起DFF觸發器q端輸出狀態發生錯誤翻轉，則輸出信號clkout的頻率將發生偏差，導致輸出頻率至少一個周期的頻率不等于輸入信號clk頻率的八分之一。同樣原理，數字電路中采用的其它數字分頻電路也存在類似的單粒子翻轉問題，降低了數字集成電路在空間輻射環境中工作的可靠性。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種具有自刷新功能的抗單粒子翻轉效應異步分頻電路，結構簡單，易于實現，能夠提高現有異步分頻電路的抗輻射性能，減少異步分頻電路在空間應用時的單粒子翻轉概率，提高集成電路可靠性。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種具有自刷新功能的抗單粒子翻轉效應異步分頻電路，包括多數表決電路和并聯的三級計數分頻模塊；

所述的計數分頻模塊包括分頻數配置電路和計數器電路；分頻數配置電路的輸入端分別連接兩個輸入配置信號s2和s1，分頻數配置電路輸出端輸出三個輸出信號a1、a2和a3連接到計數器電路輸入端；計數器電路的輸入端分別連接輸入配置信號s0，以及輸入頻率信號fin和復位信號reset，計數器電路的輸出端輸出分別連接到多數表決電路的輸入端；

輸入配置信號s2、s1和s0用于設定分頻電路的分頻數；復位信號reset用于對電路進行復位，重新設定分頻電路的分頻數；分頻數配置電路用于對輸入配置信號s2和s1進行譯碼，并輸出三個輸出信號對計數器電路的計數初始狀態進行配置；計數器電路用于根據分頻數配置電路的三個輸出信號和輸入配置信號s0進行計數初始狀態設定，并進行遞減計數，計數值達到特定數值時輸出頻率信號發生跳變；

所述的多數表決電路的輸出端輸出時鐘輸出信號fout，并分別與計數器電路的輸入端相連；多數表決電路用于對三個輸入信號進行表決處理，當三個輸入信號有兩個或兩個以上是高電平時，多數表決電路輸出高電平時鐘輸出信號fout，當三個輸入信號有兩個或兩個以上是低電平時，多數表決電路輸出低電平時鐘輸出信號fout。

優選的，分頻數配置電路包括兩個反相器、一個二輸入或非門、兩個二輸入與非門和一個二輸入與門，分頻配置電路的兩個輸入端分別與輸入配置信號s1和s2相連；

輸入配置信號s1經反相器inv101輸出輸出信號a1；

輸入配置信號s2經反相器inv102連接二輸入或非門nor101輸入端b，二輸入或非門nor101輸入端a連接反相器inv101的輸出端，二輸入或非門nor101的輸出端輸出輸出信號a3；