[发明专利]抗单粒子翻转和单粒子瞬态的扫描结构D触发器

说明书

技术领域

本发明涉及一种带扫描结构的主从D触发器，特别涉及一种抗单粒子翻转（Single Event Upset,SEU）和抗单粒子瞬态（Single Event Transient,SET）的扫描结构D触发器。

背景技术

宇宙空间中存在大量高能粒子（质子、电子、重离子等），集成电路中的时序电路受到这些高能粒子轰击后，其保持的状态有可能发生翻转，此效应称为单粒子翻转效应，单粒子轰击集成电路的LET（线性能量转移）值越高，越容易产生单粒子翻转效应。集成电路中的组合电路受到这些高能粒子轰击后，有可能产生瞬时电脉冲，此效应称为单粒子瞬态效应，单粒子轰击集成电路的LET值越高，产生的瞬时电脉冲持续时间越长，电脉冲越容易被时序电路采集。如果时序电路的状态发生错误翻转，或者单粒子瞬态效应产生的瞬时电脉冲被时序电路错误采集，都会造成集成电路工作不稳定甚至产生致命的错误，这在航天、军事领域尤为严重。因此，对集成电路进行加固从而减少单粒子翻转效应和单粒子瞬态效应越来越重要。

D触发器是集成电路中使用最多的时序单元之一，其抗单粒子翻转和单粒子瞬态的能力对整个集成电路的抗单粒子翻转和单粒子瞬态的能力起关键作用，对D触发器进行相应加固可以使集成电路的抗单粒子翻转和单粒子瞬态能力得到提高。

传统的D触发器为主从D触发器，一般由主级锁存器和从级锁存器串联构成。将普通锁存器替换为DICE（Dual Interlocked Storage Cell，双互锁存储单元）等冗余加固结构可以实现抗单粒子翻转的D触发器。在此基础上改造输入输出端口，可以实现同时抗单粒子翻转和单粒子瞬态。M.J.Myjak等人在The47^thIEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems（第47届IEEE电路与系统中西部国际会议）上发表的“Enhanced Fault-Tolerant CMOS MemoryElements”（增强容错的CMOS存储单元）（2004年，第I-453～I-456页）上提出了一种改进的DICE电路，该电路采用DICE电路进行抗单粒子翻转加固，并把双向数据线分成了两个写数据线和两个读数据线，通过数据线的双模冗余，使得在任意时刻通过某一数据线传播到DICE电路的单粒子瞬态脉冲难以造成整个电路状态的翻转，从而实现针对单粒子瞬态的加固。但是数据线的双模冗余存在正反馈回路，在较长持续时间的单粒子瞬态脉冲下会产生锁存信息翻转，抗单粒子瞬态能力不高。

D.G.Mavis等在IEEE Reliability Physics Symposium（国际可靠性物理会议）上发表的“Soft error rate mitigation techniques for modern microcircuits”（减少现代微电路软错误率的技术）（2002年第216页-225页）中提出了时间采样D触发器电路。该电路在锁存数据的反馈环中引入了延迟和表决电路，因而具备了一定抗单粒子翻转和单粒子瞬态能力。但是表决电路本身不具备抗单粒子瞬态的能力，在单粒子瞬态脉冲下会输出错误数据，抗单粒子瞬态能力不高。

申请号为200910046337.5的中国专利公开了一种抗单粒子翻转和单粒子瞬态脉冲的D触发器。该发明是一种结构类似于时间采样结构的D触发器，包括两个多路开关、两个延迟电路、两个保护门电路和三个反相器，实现了D触发器的抗单粒子翻转和单粒子瞬态的加固。该专利具有抗单粒子瞬态的能力，但由于第三个反向器的输出端Q连接第二个多路开关的输入端VIN0，形成了正反馈回路，在较长持续时间的单粒子瞬态脉冲下会产生锁存信息翻转，抗单粒子瞬态能力不高。

普通主从D触发器不利于在测试阶段对电路进行检测，使得测试工作变得非常繁琐、复杂。在普通主从D触发器结构基础之上加入扫描结构，可以有效地简化电路测试工作，即在测试阶段可以通过扫描信号控制主从D触发器的输入，进而控制电路状态。但目前扫描结构D触发器抗单粒子翻转和抗单粒子瞬态能力不高，不利于在航空、航天等领域的集成电路芯片中使用。