[发明专利]面向低功耗电路应用的三节点容错堆栈式D锁存器

说明书

面向低功耗电路应用的三节点容错堆栈式D锁存器，属于集成电路可靠性中的抗核加固领域。解决了传统的抗三个节点翻转的D锁存器需要耗费较多硬件、功耗高、面积大和敏感节点数多的问题。本发明包括28个NMOS晶体管N1至N28和22个PMOS晶体管P1至P22，本发明利用辐射粒子入射后产生的瞬态脉冲极性来实现对三个节点的容错，因此，本发明电路中敏感节点数被有效的减少至5个，从而使系统的稳定性有所提高，同时，使用的晶体管数被有效的降低了，进而降低了整个电路的面积和功耗开销；在其传输路径上，输入信号D的信息可以直接通过晶体管P22和N28来传输到节点Q，使得锁存器具有较小的传播延迟。本发明适用于中低频电路中。

技术领域

本发明属于集成电路可靠性中的抗核加固领域。

背景技术

单粒子翻转主要出现在存储器电路以及时序逻辑电路中。当高能粒子轰击存储器或时序逻辑电路的敏感节点，电荷在敏感节点附近积累，导致相对的另外一个节点电平也发生跳变。单粒子翻转效应发生时，高能带电粒子与半导体材料发生相互作用，沿着粒子入射路径形成漏斗状的等离子区。此时器件中若存在电场，这些被引入的非平衡载流子会发生漂移运动，形成瞬态电流，从而使电路中敏感节点电势变化造成翻转。在具有存储功能的电路中，由于具有保存的结构，因此，一个节点值的翻转就可以导致另外一个节点的翻转。随着工艺的持续进步，电荷共享和收集效应越来越严重，这将导致电路发生多个节点的同时翻转成为了可能。

然而，目前的加固技术，是通过增加冗余结构来提高抗辐射能力，当有一个值发生错误时，由于另一个保存着正确的数据，可通过特殊的反馈机制使错误的值恢复正确的数据。常见的加固方法有：冗余加固、RC滤波加固、C单元加固等。冗余加固包括时间冗余加固和空间冗余加固。时间冗余加固通过将输出经过不同的延迟时间送给表决器，由于延迟不同使送入表决器的错误信号只有一个，从而使表决器根据多数原则输出正确的结果。三模冗余技术属于空间冗余加固技术，多对存储器以及时钟电路中进行加固，它是由三个完全一样的电路模块以及比较器构成，通过比较器判断输出。该技术纠错能力较强，但是其需要的器件多，故使面积和功耗大大增加。

为了实现对很多节点翻转的加固，目前一般采用的加固技术是将C单元复制高达9份，这样通过额外增加的晶体管和敏感节点来提高其可靠性。但是这样，将会导致其面积冗余和功耗开销极大；另外，增加的敏感节点数将会严重影响系统的可靠性，因为越多的节点将导致越高的被轰击的概率，因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明是为了解决传统的抗三个节点翻转的D锁存器需要耗费较多硬件、功耗高、面积大和敏感节点数多的问题，本发明提供了一种面向低功耗电路应用的三节点容错堆栈式D锁存器。

面向低功耗电路应用的三节点容错堆栈式D锁存器，包括28个NMOS晶体管N1至N28和22个PMOS晶体管P1至P22；

晶体管P22的源极、晶体管N28的漏极、晶体管N22的漏极、晶体管N24的漏极和晶体管N26的漏极连接后，作为锁存器的输入信号D的输入端；

晶体管N23的漏极、晶体管N25的漏极、晶体管N27的漏极连接后，作为锁存器的输入信号DN的输入端，且输入信号D和输入信号DN相反；

晶体管N22至N28的栅极和晶体管P21的栅极连接后，作为锁存器的时钟信号CLK的输入端；

晶体管P22的栅极和晶体管N19的栅极连接后，作为锁存器的时钟信号CLKN的输入端，且时钟信号CLK与时钟信号CLKN相反；

晶体管P22的漏极、晶体管N28的源极、晶体管P21的漏极和晶体管N19的漏极连接后，作为锁存器输出信号Q的输出端，同时，还作为节点Q；

晶体管P1的源极、晶体管P4的源极、晶体管P7的源极、晶体管P10的源极、晶体管P13的源极和晶体管P16的源极均与电源的正极连接；