本發(fā)明涉及一種單粒子效應(yīng)研究領(lǐng)域，特別是涉及一種自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路。

背景技術(shù)：

隨著航天、軍事等領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，越來越多的集成電路需要在輻射環(huán)境下工作。輻射對集成電路產(chǎn)生的效應(yīng)主要分為兩大類：單粒子效應(yīng)和總劑量效應(yīng)。

其中，單粒子瞬變效應(yīng)是影響芯片性能的主要因素。當芯片放置在輻射環(huán)境中，周圍能量粒子會注入到芯片內(nèi)部，由于電離輻射作用能量粒子的運動軌跡上產(chǎn)生一定數(shù)目的電子、空穴對；這些電子、空穴對在電場的作用下被芯片上的電路節(jié)點吸收，改變節(jié)點電平。如果所述芯片上的電路中沒有反饋回路，那么在單粒子作用的時間結(jié)束后，該節(jié)點電平又會恢復(fù)回原來的值，從而在電路中產(chǎn)生一個脈沖信號，在短時間內(nèi)對電路節(jié)點產(chǎn)生干擾。單粒子效應(yīng)可細分為三類：1、單粒子軟錯誤效應(yīng)：包括單粒子反轉(zhuǎn)效應(yīng)，單粒子瞬變效應(yīng)，單粒子多翻轉(zhuǎn)效應(yīng)等，在短時間內(nèi)對電路節(jié)點產(chǎn)生干擾。2、具有潛在危險性的效應(yīng)：如單粒子閂鎖效應(yīng)，如不加以控制，可能會導(dǎo)致芯片發(fā)生單粒子燒毀。3、單粒子硬錯誤效應(yīng)，如位移損傷等，會使得芯片中的晶體管徹底不能工作。

為了能夠避免上述單粒子瞬變效應(yīng)，往往需要對觸發(fā)器電路進行加固，現(xiàn)有的一種自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路如圖1所示，其包括時鐘模塊1、延時濾波模塊2、主從級dice觸發(fā)器模塊3，以及輸出模塊4，所述主從級dice觸發(fā)器模塊3包括主級模塊31以及從級模塊32。該電路入級設(shè)置有濾波模塊，濾除前一級電路的單粒子瞬態(tài)脈沖，然而，所述濾波模塊究竟需要濾除多寬的脈沖并不清楚，其濾除的電路設(shè)計可能冗余過大，導(dǎo)致加固觸發(fā)器的面積大，并且可濾除的脈沖越寬，觸發(fā)器的工作速度越慢。

鑒于以上所述，提供一種能夠精確的測得不同能量粒子轟擊下的單粒子瞬態(tài)脈沖寬度，并依據(jù)該脈沖寬度自動加固觸發(fā)器實屬必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路，以實現(xiàn)單粒子瞬態(tài)脈沖寬度的精確測量，并依據(jù)該脈沖寬度對觸發(fā)器進行更優(yōu)的加固設(shè)計。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路，包括：

反相器鏈，包括多級級聯(lián)的反相器；

鎖存器，連接于每級反相器的輸出端，用于鎖存反相器的輸出邏輯狀態(tài)；

控制模塊，連接于各鎖存器，用于控制某個時刻所有的鎖存器，使每個鎖存器保持相對應(yīng)的反相器的輸出邏輯狀態(tài)；

計算模塊，連接于各異鎖存器，用于計算邏輯發(fā)生變化的反相器個數(shù)，并以反相器的傳輸延時為單位，標定出set脈沖的寬度；

延時濾波模塊，連接于所述計算模塊，用于依據(jù)計算模塊標定的set脈沖的寬度，自動設(shè)置精確的濾波延時，濾除觸發(fā)器模塊的單粒子瞬態(tài)脈沖。

作為本發(fā)明的自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路的一種優(yōu)選方案，所述反相器鏈上的反相器的mos管漏端受到粒子轟擊時，電離出大量的電子空穴對，在pn結(jié)電場的作用下，收集的電荷產(chǎn)生電流脈沖，導(dǎo)致反相器節(jié)點電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生set瞬態(tài)電壓脈沖，并沿著所述反相器鏈向下傳播。

進一步地，節(jié)點電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)的反相器的數(shù)量與所述set瞬態(tài)電壓脈沖的寬度成正比。

作為本發(fā)明的單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測量電路的一種優(yōu)選方案，還包括觸發(fā)器模塊、時鐘模塊以及輸出模塊，所述觸發(fā)器模塊連接于所述延時濾波模塊，所述時鐘模塊以及輸出模塊連接于所述觸發(fā)器模塊。

優(yōu)選地，通過比較鎖存器鎖存的輸出邏輯狀態(tài)及反相器鏈中各反相器的初始值，若不相同，則判定該反相器的邏輯發(fā)生變化。

優(yōu)選地，所述單粒子瞬態(tài)脈沖寬度的測量精度為±半個反相器的傳輸延時。

作為本發(fā)明的自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路的一種優(yōu)選方案，所述鎖存器輸入電容負載越小，所述單粒子瞬態(tài)脈沖寬度的測量精度越高。

作為本發(fā)明的自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路的一種優(yōu)選方案，所述的延時濾波模塊可動態(tài)調(diào)節(jié)延時。

作為本發(fā)明的自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路的一種優(yōu)選方案，所述鎖存器為異步鎖存器。

如上所述，本發(fā)明的自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路，具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路，可以精確的測得不同let值下的脈沖寬度，以保證濾波電路的可濾除的脈沖寬度的精確設(shè)定，使加固dff在獲得預(yù)計的抗單粒子效果外，面積更優(yōu)，速度折中代價最小。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的測量精度，在單粒子效應(yīng)研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1顯示為自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為粒子轟擊反相器鏈上的mos管漏端時，會電離出大量的電子空穴對，在pn結(jié)電場的作用下，收集的電荷產(chǎn)生電流脈沖，導(dǎo)致反相器節(jié)點電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生set瞬態(tài)電壓脈沖，沿著反相器鏈向下傳播。

圖3顯示為脈沖寬度為兩個反相器延時時間的set脈沖在反相器鏈上傳輸?shù)那闆r。

圖4顯示為本發(fā)明的自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明的自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路的原理示意圖。

元件標號說明

101反相器

102鎖存器

103控制模塊

104計算模塊

105延時濾波模塊

106觸發(fā)器模塊

107時鐘模塊

108輸出模塊

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖2～圖5。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

本發(fā)明的設(shè)計思路包括：粒子轟擊反相器鏈上的mos管漏端時，會電離出大量的電子空穴對，在pn結(jié)電場的作用下，收集的電荷產(chǎn)生電流脈沖，導(dǎo)致反相器節(jié)點電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生set瞬態(tài)電壓脈沖，沿著反相器鏈向下傳播，如圖2所示。如果set脈沖寬度足夠?qū)挘?jīng)過足夠長的時間，它將傳遍整條反相器鏈(經(jīng)過兩個反相器延時到達第三個反相器，經(jīng)過三個反相器的延時到達第四個反相器)，如圖3所示，在不同的時刻，脈沖的前沿到達反相器 鏈上不同的反相器輸入端。在任意時刻，總有一定數(shù)量的反相器的輸出端收到影響或發(fā)生翻轉(zhuǎn)。這些受影響的反相器的數(shù)量與瞬態(tài)脈沖的寬度成正比。脈沖寬度越寬，受影響的反相器的數(shù)量越多。

對于本身非常窄的脈沖來說，其在邏輯的傳播過程中將會發(fā)生衰減。對于脈沖寬度大于邏輯轉(zhuǎn)換時間的瞬態(tài)脈沖，經(jīng)過邏輯門時脈沖不會發(fā)生衰減，而對于脈沖寬度小于轉(zhuǎn)換時間的脈沖，其在傳輸?shù)倪^程中脈沖將發(fā)生衰減，寬度將會減小。我們通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，對于任何工藝，可傳輸通過多級邏輯門的最小脈沖持續(xù)時間(在vdd/2反相器閾值電壓值點測量)近似等于傳輸經(jīng)過該邏輯門的延時時間。仿真也同樣表明了，當脈沖寬度大于邏輯門的邏輯轉(zhuǎn)換時間，脈沖形狀幾乎不發(fā)生任何變化。

圖3展示了脈沖寬度為兩個反相器延時時間的set脈沖在反相器鏈上傳輸?shù)那闆r。當它在反相器鏈上傳播時set脈沖將影響兩個反相器的輸出。在反相器鏈上的傳播過程中，在任意時刻，總有兩個反相器的輸出狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。所以，如果可以確定任意時間受set脈沖影響輸出狀態(tài)的反相器的數(shù)量，那么就可以用反相器的延時時間的倍數(shù)來標定set脈沖的時間寬度。仿真表明，對于所有脈沖寬度為[(n–0.5)×反向器延時時間t]到[(n+0.5)×反向器延時時間t]之間的脈沖，將有n級反相器受到影響(數(shù)量為n)。因此脈沖寬度的測量精度為±半個反相器的傳輸延時t。

為了獲取反向器鏈上各個反相器的輸出狀態(tài)，本發(fā)明在每級反相器的輸出端加上鎖存器如圖4所示。當set脈沖傳播到每個反相器時，其相對應(yīng)的存儲在鎖存器的數(shù)據(jù)將發(fā)生改變。然而當set脈沖通過后，反相器的輸出狀態(tài)和儲存在鎖存器的數(shù)據(jù)將返回原始值。(當在反相器的輸出端增加鎖存器負載后，將會改變反相器鏈的時間特性，從而對標定的脈沖寬度精度產(chǎn)生影響，因此要保證鎖存器的輸入電容負載盡可能的小)當set脈沖在反相器鏈上傳輸時，如果我們通過控制信號，在某個時刻控制所有的鎖存器，使每個鎖存器保持相對應(yīng)的反相器的輸出邏輯狀態(tài)，我們與初始值進行比較，就可以發(fā)現(xiàn)輸出端邏輯發(fā)生變化的反向器個數(shù)。從而以反相器的傳輸延時為單位，標定出set脈沖的寬度(脈沖寬度的測量以電壓值為vdd/2閾值為標準)。

基于以上的設(shè)計思路，如圖4所示，本實施例提供一種自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路，包括：

反相器鏈，包括多級級聯(lián)的反相器101；在本實施例中，所述反相器101為cmos反相器。

鎖存器102，連接于每級反相器101的輸出端，用于鎖存反相器101的輸出邏輯狀態(tài)；在本實施例中，所述鎖存器102為異步鎖存器102。

控制模塊103，連接于各鎖存器102，用于控制某個時刻所有的鎖存器102，使每個鎖存 器102保持相對應(yīng)的反相器101的輸出邏輯狀態(tài)；

計算模塊104，連接于各異鎖存器102，用于計算邏輯發(fā)生變化的反相器101個數(shù)，并以反相器101的傳輸延時為單位，標定出set脈沖的寬度。在本實施例中，通過比較鎖存器102鎖存的輸出邏輯狀態(tài)及反相器101鏈中各反相器101的初始值，若不相同，則判定該反相器101的邏輯發(fā)生變化；

延時濾波模塊105，連接于所述計算模塊104，用于依據(jù)計算模塊104標定的set脈沖的寬度，自動設(shè)置精確的濾波延時，并可動態(tài)設(shè)定延時，濾除觸發(fā)器模塊106的單粒子瞬態(tài)脈沖；

觸發(fā)器模塊106，連接于所述延時濾波模塊105，并可通過所述延時濾波模塊105濾除其單粒子瞬態(tài)脈沖；在本實施例中，所述觸發(fā)器模塊106包括依次連接的多個d觸發(fā)器。

時鐘模塊107，連接于所述觸發(fā)器模塊106，用于控制所述觸發(fā)器模塊106的時鐘狀態(tài)；

輸出模塊108，連接于所述觸發(fā)器模塊106，用于輸出所述觸發(fā)器模塊106的最終狀態(tài)。

作為示例，所述反相器鏈上的反相器101的mos管漏端受到粒子轟擊時，電離出大量的電子空穴對，在pn結(jié)電場的作用下，收集的電荷產(chǎn)生電流脈沖，導(dǎo)致反相器101節(jié)點電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生set瞬態(tài)電壓脈沖，并沿著所述反相器101鏈向下傳播。在本實施例中，節(jié)點電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)的反相器101的數(shù)量與所述set瞬態(tài)電壓脈沖的寬度成正比。

作為示例，所述單粒子瞬態(tài)脈沖寬度的測量精度為±半個反相器101的傳輸延時。

作為示例，所述鎖存器102輸入電容負載越小，所述單粒子瞬態(tài)脈沖寬度的測量精度越高。

如圖5所示，本實施例的自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路的原理為：

圖5(a)顯示為控制鎖存器102輸出的時鐘信號；

圖5(b)顯示為鎖存器102控制信號，當信號為低時，鎖存器102存儲每級反相器101的輸出端狀態(tài)，信號為高時輸出鎖存器102狀態(tài)；

圖5(c)顯示為沒有set脈沖發(fā)生時，鎖存器102的初始狀態(tài)；

圖5(d)顯示為當有set脈沖發(fā)生時，與初始狀態(tài)圖5(c)比較，反相器鏈第5級輸出端受到脈沖影響，其對應(yīng)的鎖存器102的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

圖5(e)顯示為一個更寬的set脈沖在反相器鏈上傳輸?shù)那闆r。共有4個鎖存器102狀態(tài)受到set脈沖影響(從第2個到第5個)。對于圖5(d)情況，脈沖寬度可估算為電路延時t±0.5電路延時t，對于圖5(e)情況，4個鎖存器102的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，脈沖寬度可估算為4*電路延時t±0.5電路延時t。

如上所述，本發(fā)明的自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路，具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)的觸發(fā)器加固電路，可以精確的測得不同let值下的脈沖寬度，以保證濾波電路的可濾除的脈沖寬度的精確設(shè)定，使加固dff在獲得預(yù)計的抗單粒子效果外，面積更優(yōu)，速度折中代價最小。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的測量精度以及加固dff效果，在單粒子效應(yīng)研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。