低面积与低延迟开销的三节点翻转容忍锁存器设计

随着纳米级CMOS集成电路的不断发展,锁存器极易受恶劣的辐射环境影响,由此引发的多节点翻转问题越来越严重。该文提出一种基于双联互锁存储单元(DICE)和2级C单元的3节点翻转(TNU)容忍锁存器,该锁存器包括5个传输门、2个DICE和3个C单元。该锁存器具有较小的晶体管数量,大大减小了电路的硬件开销,实现低成本。每个DICE单元可用来容忍并恢复单节点翻转,而C单元具有错误拦截特性,可屏蔽由DICE单元传来的错误值。当任意3个节点翻转后,借助DICE单元和C单元,该锁存器可容忍该错误。基于集成电路仿真程序(HSPICE)的仿真结果表明,与先进的TNU加固锁存器设计相比,该锁存器的延迟平均降低了64.65%,延迟功耗面积积平均降低了65.07%。     

一种低开销的三点翻转自恢复锁存器设计

随着集成电路特征尺寸的不断缩减,在恶劣辐射环境下,纳米级CMOS集成电路中单粒子三点翻转的几率日益增高,严重影响可靠性.为了实现单粒子三点翻转自恢复,该文提出一种低开销的三点翻转自恢复锁存器(LC-TNURL).该锁存器由7个C单元和7个钟控C单元组成,具有对称的环状交叉互锁结构.利用C单元的阻塞特性和交叉互锁连接方式,任意3个内部节点发生翻转后,瞬态脉冲在锁存器内部传播,经过C单元多级阻塞后会逐级消失,确保LC-TNURL锁存器能够自行恢复到正确逻辑状态.详细的HSPICE仿真表明,与其他三点翻转加固锁存器(TNU-Latch,LCTNUT,TNUTL,TNURL)相比,LC-TNURL锁存器的功耗平均降低了31.9％,延迟平均降低了87.8％,功耗延迟积平均降低了92.3％,面积开销平均增加了15.4％.相对于参考文献中提出的锁存器,LC-TNURL锁存器的PVT波动敏感性最低,具有较高的可靠性.     

一种低开销的三点翻转自恢复锁存器设计

随着集成电路特征尺寸的不断缩减,在恶劣辐射环境下,纳米级CMOS集成电路中单粒子三点翻转的几率日益增高,严重影响可靠性.为了实现单粒子三点翻转自恢复,该文提出一种低开销的三点翻转自恢复锁存器(LC-TNURL).该锁存器由7个C单元和7个钟控C单元组成,具有对称的环状交叉互锁结构.利用C单元的阻塞特性和交叉互锁连接方式...     

一种容SEU的新型自恢复锁存器

针对单粒子翻转(SEU)的问题,提出了一种容SEU的新型自恢复锁存器。采用1P-2N单元、输入分离的钟控反相器以及C单元,使得锁存器对SEU能够实现自恢复,可用于时钟门控电路。采用高速通路设计和钟控设计,以减小延迟和降低功耗。相比于HLR-CG1,HLR-CG2,TMR,HiPer-CG锁存器,该锁存器的功耗平均下降了44.40%,延迟平均下降了81%,功耗延迟积(PDP)平均下降了94.20%,面积开销平均减少了1.80%。     

一种带自刷新功能的三模冗余触发器设计

随着体硅CMOS电路工艺尺寸的不断缩小,数字电路在宇宙空间中受到的单粒子效应愈发严重。特别是触发器结构电路,单粒子效应中的单粒子翻转效应会造成触发器内部存储的数据发生错乱,影响电路正常工作。提出了一种带自刷新功能的三模冗余触发器设计,改进了传统三模冗余触发器设计只表决修正输出不刷新错误数据的不足。     

一种新型低冗余抗多节点翻转的加固D锁存器设计

在航空航天等高辐射领域中,电荷共享效应引起的多节点翻转(Multiple-Node Upset,MNU)在D锁存器中愈发频繁,其可严重影响电子系统的功能。虽然目前现有的抗MNU加固D锁存器能够对MNU进行容错恢复,但是其硬件开销非常大。为解决这一问题,本文设计了一种新型低冗余抗MNU的加固D锁存器。在TSMC 65nm CMOS工艺下对该锁存器时序及容错功能进行的仿真验证结果表明,与现有抗MNU锁存器相比,本文构造的加固锁存器不仅可恢复MNU,而且具有面积更小、功耗更低、传输时间更短的优点。     

一种新型抗多节点翻转加固锁存器

在纳米锁存器中,由电荷共享效应导致的多节点翻转(MNU)正急剧增加,成为主要的可靠性问题之一。尽管现有的辐射加固锁存器能够对MNU进行较好的容错,但是这些加固锁存器只依赖于传统的冗余技术进行加固,需要非常大的硬件开销。基于辐射翻转机制(瞬态脉冲翻转极性)设计了一种新型抗MNU锁存器。该锁存器可有效减少需保护的节点数(敏感节点数)和晶体管数,因此可减少电路的硬件开销。由于至少存在2个节点可以保存正确的值,因此任何单节点翻转(SNU)和MNU都可以被恢复容错。基于TSMC 65 nm CMOS工艺进行仿真,结果显示,设计的加固锁存器的电路面积、传播延迟和动态功耗分别为19.44μm²,16.96 ps和0.91μW。与现有的辐射加固锁存器相比,设计的锁存器具有较小的硬件开销功耗-延迟-面积乘积(PDAP)值,仅为300.02。     

一种高性能低功耗SEU免疫锁存器

为了缓解瞬态故障引发的软错误,提出一种对单粒子翻转完全免疫的加固锁存器。该锁存器使用4个输入分离的反相器构成双模互锁结构,使用具有过滤瞬态故障能力的C单元作为输出级,采用快速路径设计和钟控设计以提升速度和降低功耗。Hspice仿真结果表明,该电路结构没有未加固节点,所有节点都具有自恢复能力,适用于门控时钟电路。相比于SIN-LC,Cascode ST,FERST,TMR和SEUI加固等类型的锁存器,该锁存器的延迟、功耗、功耗延迟积平均下降82.72%,25.45%,84.24%。此外,该电路结构受工艺角、供电电压和温度扰动的影响较小。     

32nm CMOS工艺三点翻转自恢复锁存器设计

CMOS工艺的特征尺寸不断缩减,电荷共享效应诱发的单粒子三点翻转成为研究热点.本文提出了一种单粒子三点翻转自恢复的抗辐射加固锁存器:Hydra-DICE(Dual Interlocked Storage Cell).该锁存器基于24个同构的交叉耦合单元(Cross-Coupled Elements,CCE)排列成阵列结...     

一种新型的抗辐射加固锁存器

Due to aggressive technology scaling, radiation-induced soft errors have become a serious reliability concern in VLSI chip design. This paper presents a novel radiation hardened by design latch with high single-eventupset （SEU） immunity. The proposed latch can effectively mitigate SEU by internal dual interlocked scheme. The propagation delay, power dissipation and power delay product of the presented latch are evaluated by detailed SPICE simulations. Compared with previous SEU-hardening solutions such as TMR-Latch, the presented latch is more area efficient, delay and power efficient. Fault injection simulations also demonstrate the robustness of the presented latch even under high energy particle strikes.     

一种低功耗低延迟的容忍DNU锁存器设计

随着集成电路器件特征尺寸的进一步减小,锁存器内部节点之间的距离越来越短.由于内部节点间的电荷共享效应,器件在空间辐射环境中频繁发生单粒子翻转(SEU),受影响节点由单节点扩展到双节点.文章提出了一种新型的锁存器加固结构,利用C单元固有的保持属性,实现对单节点翻转(SNU)和双节点翻转(DNU)的完全容忍.HSPICE仿...     

一种低开销加固锁存器的设计

针对单粒子翻转问题,设计了一种低开销的加固锁存器。在输出级使用钟控C单元,以屏蔽锁存器内部节点的瞬态故障;在输出节点所在的反馈环上使用C单元,屏蔽输出节点上瞬态故障对电路的影响;采用了从输入节点到输出节点的高速通路设计,延迟开销大幅降低。HSPICE仿真结果表明,相比于FERST,SEUI,HLR,Iso-DICE锁存器,该锁存器的面积平均下降23.20%,延迟平均下降55.14%,功耗平均下降42.62%。PVT分析表明,该锁存器的性能参数受PVT变化的影响很小,性能稳定。     

一种新颖高效抗SEU/SET锁存器设计

随着工艺技术的发展,集成电路对单粒子效应的敏感性不断增加,因而设计容忍单粒子效应的加固电路日益重要.提出了一种新颖的针对单粒子效应的加固锁存器设计,可以有效地缓解单粒子效应对于电路芯片的影响.该锁存器基于DICE和C单元的混合结构,并采用了双模冗余设计.SPICE仿真结果证实了它具有良好的抗SEU/SET性能,软错误率比M.Fazeli等人提出的反馈冗余锁存器结构减少了44.9%.与经典的三模冗余结构比较,面积开销减少了28.6%,功耗开销降低了超过47%.     

一种新型低功耗加固SRAM存储单元

提出了一种抗辐射加固12T SRAM存储单元.采用NMOS管组成的堆栈结构降低功耗,利用单粒子翻转特性来减少敏感节点,获得了良好的可靠性和低功耗.Hspice仿真结果表明,该加固SRAM存储单元能够完全容忍单点翻转,容忍双点翻转比例为33.33％.与其他10种存储单元相比,该存储单元的面积开销平均增加了 3.90％,功...     

基于三模冗余架构的集成电路加固设计

随着科技的发展,人类对太空领域的研究会越来越多,对于航天器件的要求也会越来越高,其中可靠性是航天器件一个重要的指标.空间辐射环境中的高能粒子引发的单粒子翻转事件严重影响星载电子系统的可靠性.现有的抗辐照设计多集中在工艺库和版图的加固上,但是要完全的抑制单粒子故障的产生是不现实的.克服了现有技术中存在的不足,提供了一种基于三模冗余的电路架构,利用冗路架构去屏蔽已发生故障对整个电路的影响,使得整个电路的抗辐照性能得到极大地提升.     

一种双节点翻转加固的RS触发器

随着IC集成度的不断提高,电路中单粒子引起的多节点翻转现象愈加频繁。为了解决该问题,提出了一种可对两个电压节点翻转完全免疫的RS触发器电路。基于双互锁存储单元结构,设计了一个冗余度为4的前置RS触发器。将不相邻的两个输出节点连接到一个改进型C单元电路中,屏蔽了错误电压,最终输出电压不受单粒子翻转的影响。该RS触发器采用0.25 μm 2P4M 商用标准CMOS工艺实现。对RS触发器中任意两个电路节点同时分别注入两个单粒子事件,进行了抗单粒子翻转的可靠性验证。Spectre仿真结果表明,该RS触发器能完全对两个单粒子事件免疫。与已发表的辐射加固触发器相比,该触发器采用的晶体管个数减少了20.8%,功耗降低了21.3%。     

基于0.18μm CMOS加固工艺的抗辐射设计

为降低抗辐射设计对元器件基本性能的影响,基于0.18μm CMOS加固工艺,通过场区注入工艺实现总剂量(Total Ionizing Dose,TID)加固,优化版图设计规则实现单粒子闩锁(Single Event Latch-up,SEL)加固,灵活设计不同翻转指标要求实现单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)加固。利用以上加固方法设计的电路,证明了加固工艺平台下的抗辐射电路在抗辐射性能及面积上具有明显优势。