[发明专利]一种单粒子瞬态脉冲收集及检测电路结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种单粒子瞬态脉冲收集及检测电路，尤其涉及一种能通过检测单粒子瞬态脉冲宽度有效表征数字电路单粒子瞬态敏感性的收集及检测电路，作为抗单粒子辐射加固的依据。

背景技术

高能质子或高能中子撞击原子核产生的辐射以及宇宙射线中的重核粒子都能引起电路状态的改变，如组合逻辑中的瞬态脉冲、存储类单元的位翻转等，这种效应是单个粒子作用的结果，通常称为单粒子效应。单粒子效应可分为单粒子翻转(SEU)、可恢复的单粒子闩锁(SEL)、单粒子瞬态(SET)等单粒子软错误，同时，还包括有单粒子烧毁(SEB)、单粒子栅击穿(SEGR)、不可恢复的单粒子闩锁(SEL)等硬错误。

在超深亚微米工艺下，数字逻辑的SET效应成为加固的薄弱环节。粒子入射产生的SET脉冲由设计、工艺、以及入射粒子能量分布决定和影响。国内外对此方面进行了很多研究，提出了一些SET脉冲模型，但是这些模型大多都含有与工艺相关的量或参数，需要工艺相关确切参数数据。这些参数数据很难从工艺厂商获取，所以通过模型准确反映工艺的SET脉冲特性目前困难较大。而且，模型得到是一个确定的值，但在实际试验中，J.M.Benedetto和D.G.Mavis等人研究发现，对于大小一致的电路，在任意给定的LET值，SET脉冲的持续时间的分布很广，从几百ps到几ns。所以不能仅仅基于模型的模拟，需要设计特定电路以便通过试验获得工艺的实际的SET瞬态特性。直接捕捉电路发生的SET脉冲，在试验中获取直接的SET波形是很困难的事。事实上，对于逻辑电路的设计来说，精确获得SET的波形意义并不大，因为对于电路设计更关注的是脉冲的宽度。只是那些幅度超过了电路的噪声容限，达到了下级电路的翻转阈值，并且脉冲跨度足够宽，不致在传输过程中被衰减到不足以影响正常逻辑状态的那些SET脉冲才可能在电路中传播并转化为电路的故障信号。

国内外研究也提出了一些检测SET脉冲的方法和电路结构，但这些方法只是基于某个单一尺寸、单一负载情况的单元电路(如反相器)生成和检测SET脉宽。在数字集成电路中，会有各种不同驱动能力的逻辑门单元，各级逻辑门会有不同情况的输出负载情况。在一个数字逻辑电路中，单粒子入射后对于不同的逻辑门单元，不同的负载，会有不同的情况。仅以某单一情况进行SET脉宽测试和评估，不足以对相关工艺得到足够的信息，支持实际电路的设计。以这样的数据知道抗辐射加固，往往会使设计中的冗余量过宽或过松，造成不必要的性能开销或降低了使加固性能不能达到预期。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提出了一种单粒子瞬态脉冲收集及检测电路结构，该电路结构可表征数字电路中大部分的常见电路节点状态，通过获取本发明电路结构的单粒子瞬态脉宽分布，得到数字电路抗单粒子辐射加固的依据。

本发明的技术解决方案：一种单粒子瞬态脉冲收集及检测电路结构，包括收集电路和检测电路，电平信号D经收集电路输出与电平信号D同相或反相的N个电平信号Y，粒子入射收集电路导致电平信号Y产生瞬态脉冲，检测电路在时钟信号CLK的作用下对瞬态脉冲进行捕获，所述的收集电路包括N条由单元电路级联形成的链路，N条链路的输入均为电平信号D，不同链路中的单元电路具备不同的驱动能力和不同扇入扇出比，同一链路中的单元电路具备相同的驱动能力和相同的扇入扇出比，N为整数。

本发明与现有技术相比的优点：本发明提出了一种单粒子瞬态脉冲收集及检测电路结构，其中的收集电路包括N条由具备不同的驱动能力和不同扇入扇出比的单元电路级联形成的链路用于表征不同驱动及负载情况(由扇入扇出比体现)。因为这些链路表征了数字电路内大部分常见电路节点的状态，通过获取本发明电路结构的单粒子瞬态脉宽分布，可反映数字电路内大部分常见电路节点在单粒子入射后所产生的瞬态脉冲状况，因此本发明的电路结构可用于有效评估数字电路及数字电路所基于工艺的单粒子瞬态敏感性，并通过所得到的单粒子瞬态脉宽分布为数字电路抗单粒子辐射加固提供依据。

附图说明

图1为本发明收集及检测电路的组成结构图；

图2为本发明检测电路中时间冗余锁存器的工作原理图；

图3为本发明收集电路的组成结构图；

图4为本发明收集电路的链路配置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。