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.     

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...     

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。     

两个低开销抗单粒子翻转锁存器

提出了两个抗单粒子翻转(SEU)的锁存器电路SEUT-A和SEUT-B。SEU的免疫性是通过将数据存放在不同的节点以及电路的恢复机制达到的。两个电路功能的实现都没有特殊的器件尺寸要求,所以都可以由小尺寸器件设计完成。提出的结构通过标准的0.18μm工艺设计实现并仿真。仿真结果表明两个电路都是SEU免疫的,而且都要比常规非加固的锁存器节省功耗。和传统的锁存电路相比,SEUT-A只多用了11%的器件数和6%的传输延时,而SEUT-B多用了56%的器件数,但获得了比传统电路快43%的速度。     

一种低开销的抗SEU锁存器

随着微电子技术的不断进步,集成电路工艺尺寸不断缩小,工作电压不断降低,节点的临界电荷越来越小,空间辐射引起的单粒子效应逐渐成为影响芯片可靠性的重要因素之一。针对辐射环境中高能粒子对锁存器的影响,提出了一种低开销的抗SEU锁存器(LOHL)。该结构基于C单元的双模冗余,实现对单粒子翻转的防护,从而降低软错误发生的概率。Spice模拟结果显示,与其他相关文献中加固锁存器相比,LOHL在电路面积、延迟和延迟-功耗积上有优势。     

一种自恢复容SEU锁存器的设计

随着集成电路工艺水平的不断提高、器件尺寸的不断缩小以及电源的不断降低,传统的锁存器越发容易受到由辐射效应引起的软错误影响。为了增强锁存器的可靠性,提出了一种适用于低功耗电路的自恢复SEU加固锁存器。该锁存器由传输门、反馈冗余单元和保护门C单元构成。反馈冗余单元由六个内部节点构成,每个节点均由一个NMOS管和一个PMOS管驱动,从而构成自恢复容SEU的结构。在45 nm工艺下,使用Hspice仿真工具进行仿真,结果表明,与现有的加固方案FERST[1]结构相比,在具备相同面积开销和单粒子翻转容忍能力的情况下,提出的锁存器不仅适用于时钟门控电路,而且节省了61.38%的功耗-延迟积开销。     

一种新型低功耗抗软错误锁存器

该文提出一种新型的C单元的连接方法,将距离输出节点比较远的P型和N型晶体管的栅端与C单元的输出节点相连接,利用晶体管自身的反馈机制形成反馈路径,实现了自恢复功能,因此大幅降低动态消耗和硬件开销;采用点加强型C单元作为输出级电路并进行优化,使得电路抵御单粒子翻转的能力更强;基于上述改进,搭建出一个新的抗软错误锁存器,将输入信号经过传输门以后接传到输出端,以降低输入信号传到输出节点的延迟,利用节点之间的反馈比较机制进一步提升各个电路节点的临界电荷量。在22 nm的先进工艺下进行仿真,实验结果表明,提出的新型锁存器电路不仅具有优秀的抗软错误能力,并且在功耗延迟积方面比现有的锁存器电路性能提升了26.74%~97.50%。     

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%。     

一种用于峰值电流模式的锁存比较器设计

设计了一种宽输入共模范围的比较器,用以处理高端电流检测中大共模信号的问题。通过采用预放大器和锁存器结构,优化了传输延时,提高了电路的分辨率及工作速度。基于0.5μm工艺,采用Cadence软件对电路进行仿真。结果表明,该电路可以处理轨到轨的共模输入电平,其最大可处理共模输入电平可跟随输入电压变化。当开关电源频率为1 MHz时,比较器电路的分辨率达到0.1 mV。     

单粒子翻转加固锁存器分析与辐照试验验证

对目前基于软错误屏蔽、施密特触发及双互锁单元结构的几种单粒子翻转加固锁存器进行分析,并从面积、延时、功耗和抗单粒子翻转能力等方面进行综合比较。着重剖析了DICE结构的多节点翻转特性,研究了敏感节点隔离对抗单粒子翻转能力的影响,设计了测试芯片,并进行了辐照试验验证。辐照试验结果表明,相比于其他加固锁存器结构,DICE结构的单粒子翻转阈值最高,翻转截面最低,功耗延时积最小。当敏感节点隔离间距由0.21 μm增大到2 μm时,DICE结构的单粒子翻转阈值增大157%,翻转截面减小40%,面积增大1倍。在DICE结构中使用敏感节点隔离可有效提高抗单粒子翻转能力,但在具体的设计加固中,需要在抗辐照能力、面积、延时和功耗之间进行折中考虑。     

一种高速低功耗双电流锁存比较器

提出了一种应用于低电源电压的改进型高速超低功耗双电流动态锁存比较器。在不增加电路复杂度的情况下,通过在传统双电流动态比较器中增加一条额外的放电途径,使得比较器能够快速地从复位状态进入到再生阶段,缩短了整个过程的延迟时间,更重要的是扩宽了输入共模范围,同时降低了延迟时间对共模输入电压的依赖性。电路基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺进行设计与仿真,仿真结果表明,在时钟频率为1 GHz,输入电压差为5 mV时,延迟时间为294 ps,功耗仅为52 μW。     

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。     

Scan Latch Design for Test Applications

This JETTA letter describes a new single-latch scan design that uses a single clock for both scan and functional operations. A test mode signal differentiates between normal and test operations. This new design enjoys savings in circuits, pins, test time, and also enjoys the benefits of a high-speed scan capability.     

一种新型的低功耗SEU加固存储单元

提出了一种新的SEU加固单元,该单元在保持Whitaker单元基本结构的基础上增加4个晶体管以消除电平退化.SPICE模拟结果表明该单元读写功能正确,静态电流较Whitaker单元下降了4个数量级,写入速度和其他单元相当.通过DESSIS和SPICE混合模拟表明,该单元在LET为94MeV/(mg·cm2)的Au离子撞击下没有发生翻转.