[发明专利]基于数据可信性判断的抗辐射SRAM多模冗余设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路的抗辐射设计技术领域，尤其是一种基于数据可信性判断的抗辐射SRAM多模冗余设计方法。

背景技术

辐射对集成电路的影响机制分为总剂量效应和单粒子翻转效应。总剂量效应是指芯片受到的辐射累积后，其MOS器件的栅氧化层积累电荷和缺陷，使MOS管性能退化导致电路功能失效；单粒子翻转效应是高能粒子穿过MOS管的源和漏区时，沿轨迹碰撞出很多的电子-空穴对，电子或空穴在有源区边缘的耗尽区电场作用下被收集到源区或漏区，导致源区或漏区电压改变，从而引起电路功能错误。在成本高昂的空间探测装置中，或者是关键性的地面应用如汽车控制系统中，由辐射引起的微小的电路错误或失效都可能导致灾难性的后果，提高电路抗辐射性能的技术方法之一是冗余设计，即采用多模电路并行工作，以增加硬件开销为代价来提高系统抗辐射性能。

集成电路各模块中，SRAM抗辐射干扰的能力差，且随着集成电路制造工艺向更小的尺寸节点推进，SRAM更容易受辐射干扰发生错误。因为SRAM在高性能电子系统中必不可少，所以提高SRAM的抗辐射性能具有重要的应用价值。研究发现高能粒子穿过SRAM存储阵列，引起的数据翻转错误现象有：（１）单粒子效应使一个数据位发生错误；（２）单粒子效应使物理相邻的多个数据位发生错误：（３）高能粒子与体硅内的原子核碰撞发生核裂变，裂变释放出更多的高能粒子，在附近引起更多的单粒子效应，造成多个数据位发生翻转错误。针对一个数据位发生错误的情况，可以采用编码校验法进行纠错，而物理相邻的错误数据如果同属于一个数据字节，则用简单的编码校验法无法纠错，针对这种多数据错误的情况可以采用多模冗余设计法。例如对于九模冗余数据存储，将同样的数据保存入九个相同的存储器，读出时并行读取出这些存储器相同地址上的数据，然后根据九份数据进行表决，用服从多数法判断出最终的输出数据，并将数据刷新回发生错误的存储器。但是在强辐射环境中，有可能发生五个或以上数据样本同时发生错误的情形，此时冗余系统将做出错误的判决，冗余系统出错的概率与单个存储器数据出错的概率正相关，存储器数据出错概率越大，则冗余系统做出误判的可能性越高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高冗余判决的正确率、降低每个存储器的数据错误率、提高冗余存储系统的性能的基于数据可信性判断的抗辐射SRAM多模冗余设计方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于数据可信性判断抗辐射SRAM多模冗余设计方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）由多个相同的SRAM存储器和一个冗余系统控制电路组成多模冗余存储系统；

（2）在多模冗余存储系统中的SRAM存储器的存储阵列中选择多个数据位作为观察位，观察位存储已知数据；

（3）冗余系统控制电路对每个SRAM存储阵列中的观察位进行周期性检查，当发现观察位数据发生翻转错误，则刷新对应SRAM存储阵列中发生翻转错误的观察位周围的嫌疑区域内的数据位，并且在刷新前的判决时放弃采用这些数据，刷新完成后，将对应的观察位的数据恢复。

读取数据或者刷新前判断正确数据时，冗余系统控制电路同时读取所有SRAM存储器以获取多份数据样本，然后采用服从多数表决法判断出结果。

所述观察位存储的已知数据为0或1。

所述嫌疑区域内的数据位为数据发生变化的观察位周围相邻物理范围内的所有数据位。 

所述冗余系统控制电路在对数据进行刷新前的判决时放弃采用嫌疑区域的数据。

由上述技术方案可知，多模冗余存储系统包括至少两个相同的SRAM存储器，以及执行读写、判决和刷新功能的冗余系统控制电路，多个相同的SRAM存储器内保存多份数据样本。SRAM存储器的存储阵列中设置有若干保存已知数据的观察位，冗余系统控制电路周期性的检查SRAM存储阵列中的观察位，当发现观察位数据发生翻转错误时，则认为其周围一定物理范围内的数据位都有发生翻转错误的可能，多模冗余系统控制电路读取其它的SRAM相同区域内的数据，采用服从多数法表决出结果后刷新嫌疑区域内的数据位，在嫌疑区域的数据都被刷新后，将对应的观察位的数据复原。通过本发明，可以提高冗余判决的正确率，降低每个存储器的数据错误率，最终使多模冗余存储系统整体的性能得到提高。

附图说明

图1是本发明中带有观察位的SRAM存储阵列的示意图。

图2是多模冗余存储系统中的SRAM存储器的功能结构示意图。

图3是多模冗余存储系统中的组成结构示意图。

具体实施方式