[发明专利]抗辐射加固存储单元电路

说明书

技术领域

本发明涉及存储单元电路，更具体地，涉及一种抗辐射加固存储单元电路。

背景技术

在航空航天电子系统中，存储器占据了大部分的芯片面积，是一个极为重要的部件。在空间环境中，电子系统会因遭受到银河射线，太阳射线和地球辐射等辐射环境的影响而发生故障。存储器由于其高密度成为航空航天电子系统中最脆弱的部件之一。

在存储器遭受到的辐射效应中，总剂量效应、单粒子闩锁效应和单粒子翻转效应是对存储单元影响最为重要的三个效应。在0.18um及以下的工艺中，由于栅氧化层的厚度已经小于5nm，总剂量效应的主要影响为在NMOS管中产生的泄漏电流。单粒子闩锁效应是指单粒子辐射导致的瞬间电流脉冲被集成电路中寄生的反馈环循环放大而使芯片烧坏。单粒子翻转效应是指单粒子辐射在敏感节点处产生瞬间电流脉冲而使存储单元中的数据发生错误。

对存储单元进行抗总剂量效应加固，当前主要采用如图1和图2所示的异形栅结构对NMOS管进行加固。图1采用环形栅晶体管（Annular FET）版图技术来对NMOS管进行加固。通过栅极101将漏极102和源极103之一完全包围，从而从物理上隔断产生泄漏电流的通路，从而实现抗总剂量效应加固。图2采用马蹄形栅晶体管（Horseshoe FET）版图技术来对NMOS管加固。通过栅极201对漏极202和源极203之一进行半包围，延长总剂量效应导致的泄漏电流的通路长度，从而降低总剂量效应导致的泄漏电流，实现抗总剂量效应加固。

对存储单元进行抗单粒子闩锁效应加固，当前主要通过在NMOS管版图和PMOS管版图之间增加隔离环，使寄生的反馈环的环路增益远低于1，不会对单粒子辐射的瞬间电流产生放大作用。

对存储单元进行抗单粒子翻转效应加固，当前的主要加固方法有：三模冗余（TMR），图3所示的双互锁存储单元（DICE）以及图4所示的重离子抵抗（HIT）单元。图3所示的DICE单元300中的四个存储节点X1、X2、X3和X4中的每一个都由相邻的两个节点通过反相器控制，利用这种双节点反馈实现抗单粒子翻转。图4所示的HIT单元400利用407、408、411和412管的驱动能力不同，宽长比大的管的驱动能力高于宽长比小的管，使翻转的节点恢复，实现抗单粒子翻转。

现有的对存储单元进行抗单粒子翻转效应加固技术会使存储单元的面积增加1.4～2.0倍，现有的对存储单元进行抗总剂量效应、抗单粒子闩锁效应加固技术会使存储单元的面积增加2倍以上，导致存储单元和存储器的面积大幅增加，不能满足实际应用中对电路小型化、集成化的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种抗辐射加固存储单元电路，可自动实现抗总剂量效应加固和抗单粒子闩锁效应加固，同时利用冗余和双路循环反馈技术实现抗单粒子翻转效应加固，具有较好的抗辐射特性，且电路结构简单，单元面积小。

为实现上述目的，本发明提供了一种抗辐射加固存储单元电路，其特征在于，包括：基本存储单元、冗余存储单元和双向反馈单元；其中，

基本存储单元包括第一、第二PMOS管和第三、第四PMOS管；第一、第二PMOS管为读出访问管，第一PMOS管的源极连接读操作选择字线，栅极连接存储节点，漏极连接第一读出位线，第二PMOS管的源极连接读操作选择字线，栅极连接反相存储节点，漏极连接第二读出位线；第三、第四PMOS管为写入访问管，第三PMOS管的源极连接存储节点，栅极连接写入选择字线，漏极连接第一写位线，第四PMOS管的源极连接反相存储节点，栅极连接写入选择字线，漏极连接第二写位线；

冗余存储单元包括第五、第六PMOS管和第七、第八PMOS管；第五、第六PMOS管为读出访问管，第五PMOS管的源极连接读操作选择字线，栅极连接冗余存储节点，漏极连接第一读出位线，第六PMOS管的源极连接读操作选择字线，栅极连接反相冗余存储节点，漏极连接第二读出位线；第七、第八PMOS管为写入访问管，第七PMOS管的源极连接冗余存储节点，栅极连接写入选择字线，漏极连接第一写位线，第八PMOS管的源极连接反相冗余存储节点，栅极连接写入选择字线，漏极连接第二写位线；

双向反馈单元，用于构成存储节点（Q1）与冗余存储节点（Q2）间的反馈通路，还用于构成反相存储节点（Q1N）与反相冗余存储节点（Q2N）间的反馈通路。