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(lái)越多的集成電路需要在輻射環(huán)境下工作。輻射對(duì)集成電路產(chǎn)生的效應(yīng)主要分為兩大類：?jiǎn)瘟Ｗ有?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(dāng)芯片放置在輻射環(huán)境中，周圍能量粒子會(huì)注入到芯片內(nèi)部，由于電離輻射作用能量粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡上產(chǎn)生一定數(shù)目的電子、空穴對(duì)；這些電子、空穴對(duì)在電場(chǎng)的作用下被芯片上的電路節(jié)點(diǎn)吸收，改變節(jié)點(diǎn)電平。如果所述芯片上的電路中沒(méi)有反饋回路，那么在單粒子作用的時(shí)間結(jié)束后，該節(jié)點(diǎn)電平又會(huì)恢復(fù)回原來(lái)的值，從而在電路中產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)電路節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生干擾。單粒子效應(yīng)可細(xì)分為三類：1、單粒子軟錯(cuò)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(shí)間內(nèi)對(duì)電路節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生干擾。2、具有潛在危險(xiǎn)性的效應(yīng)：如單粒子閂鎖效應(yīng)，如不加以控制，可能會(huì)導(dǎo)致芯片發(fā)生單粒子燒毀。3、單粒子硬錯(cuò)誤效應(yīng)，如位移損傷等，會(huì)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(duì)觸發(fā)器電路進(jìn)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(shí)鐘模塊1、延時(shí)濾波模塊2、主從級(jí)dice觸發(fā)器模塊3，以及輸出模塊4，所述主從級(jí)dice觸發(fā)器模塊3包括主級(jí)模塊31以及從級(jí)模塊32。該電路入級(jí)設(shè)置有濾波模塊，濾除前一級(jí)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(jì)可能冗余過(guò)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(cè)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(dòng)加固觸發(fā)器實(shí)屬必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)單粒子瞬態(tài)脈沖寬度的精確測(cè)量，并依據(jù)該脈沖寬度對(duì)觸發(fā)器進(jìn)行更優(yōu)的加固設(shè)計(jì)。

為實(shí)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(jí)級(jí)聯(lián)的反相器；

鎖存器，連接于每級(jí)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(gè)時(shí)刻所有的鎖存器，使每個(gè)鎖存器保持相對(duì)應(yīng)的反相器的輸出邏輯狀態(tài)；

計(jì)算模塊，連接于各異鎖存器，用于計(jì)算邏輯發(fā)生變化的反相器個(gè)數(shù)，并以反相器的傳輸延時(shí)為單位，標(biāo)定出set脈沖的寬度；

延時(shí)濾波模塊，連接于所述計(jì)算模塊，用于依據(jù)計(jì)算模塊標(biāo)定的set脈沖的寬度，自動(dòng)設(shè)置精確的濾波延時(shí)，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(shí)，電離出大量的電子空穴對(duì)，在pn結(jié)電場(chǎng)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(diǎn)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(jìn)一步地，節(jié)點(diǎn)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(cè)量電路的一種優(yōu)選方案，還包括觸發(fā)器模塊、時(shí)鐘模塊以及輸出模塊，所述觸發(fā)器模塊連接于所述延時(shí)濾波模塊，所述時(shí)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(guò)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(cè)量精度為±半個(gè)反相器的傳輸延時(shí)。

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(fù)載越小，所述單粒子瞬態(tài)脈沖寬度的測(cè)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(shí)濾波模塊可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)延時(shí)。

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(cè)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(jì)的抗單粒子效果外，面積更優(yōu)，速度折中代價(jià)最小。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有較高的測(cè)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(shuō)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(shí)，會(huì)電離出大量的電子空穴對(duì)，在pn結(jié)電場(chǎng)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(diǎn)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(gè)反相器延時(shí)時(shí)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(biāo)號(hào)說(shuō)明

101反相器

102鎖存器

103控制模塊

104計(jì)算模塊

105延時(shí)濾波模塊

106觸發(fā)器模塊

107時(shí)鐘模塊

108輸出模塊

具體實(shí)施方式

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

請(qǐng)參閱圖2～圖5。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)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(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)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(jì)思路包括：粒子轟擊反相器鏈上的mos管漏端時(shí)，會(huì)電離出大量的電子空穴對(duì)，在pn結(jié)電場(chǎng)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(diǎn)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(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，它將傳遍整條反相器鏈(經(jīng)過(guò)兩個(gè)反相器延時(shí)到達(dá)第三個(gè)反相器，經(jīng)過(guò)三個(gè)反相器的延時(shí)到達(dá)第四個(gè)反相器)，如圖3所示，在不同的時(shí)刻，脈沖的前沿到達(dá)反相器 鏈上不同的反相器輸入端。在任意時(shí)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(duì)于本身非常窄的脈沖來(lái)說(shuō)，其在邏輯的傳播過(guò)程中將會(huì)發(fā)生衰減。對(duì)于脈沖寬度大于邏輯轉(zhuǎn)換時(shí)間的瞬態(tài)脈沖，經(jīng)過(guò)邏輯門時(shí)脈沖不會(huì)發(fā)生衰減，而對(duì)于脈沖寬度小于轉(zhuǎn)換時(shí)間的脈沖，其在傳輸?shù)倪^(guò)程中脈沖將發(fā)生衰減，寬度將會(huì)減小。我們通過(guò)仿真可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于任何工藝，可傳輸通過(guò)多級(jí)邏輯門的最小脈沖持續(xù)時(shí)間(在vdd/2反相器閾值電壓值點(diǎn)測(cè)量)近似等于傳輸經(jīng)過(guò)該邏輯門的延時(shí)時(shí)間。仿真也同樣表明了，當(dāng)脈沖寬度大于邏輯門的邏輯轉(zhuǎn)換時(shí)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(gè)反相器延時(shí)時(shí)間的set脈沖在反相器鏈上傳輸?shù)那闆r。當(dāng)它在反相器鏈上傳播時(shí)set脈沖將影響兩個(gè)反相器的輸出。在反相器鏈上的傳播過(guò)程中，在任意時(shí)刻，總有兩個(gè)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(shí)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(shí)時(shí)間的倍數(shù)來(lái)標(biāo)定set脈沖的時(shí)間寬度。仿真表明，對(duì)于所有脈沖寬度為[(n–0.5)×反向器延時(shí)時(shí)間t]到[(n+0.5)×反向器延時(shí)時(shí)間t]之間的脈沖，將有n級(jí)反相器受到影響(數(shù)量為n)。因此脈沖寬度的測(cè)量精度為±半個(gè)反相器的傳輸延時(shí)t。

為了獲取反向器鏈上各個(gè)反相器的輸出狀態(tài)，本發(fā)明在每級(jí)反相器的輸出端加上鎖存器如圖4所示。當(dāng)set脈沖傳播到每個(gè)反相器時(shí)，其相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)在鎖存器的數(shù)據(jù)將發(fā)生改變。然而當(dāng)set脈沖通過(guò)后，反相器的輸出狀態(tài)和儲(chǔ)存在鎖存器的數(shù)據(jù)將返回原始值。(當(dāng)在反相器的輸出端增加鎖存器負(fù)載后，將會(huì)改變反相器鏈的時(shí)間特性，從而對(duì)標(biāo)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(fù)載盡可能的小)當(dāng)set脈沖在反相器鏈上傳輸時(shí)，如果我們通過(guò)控制信號(hào)，在某個(gè)時(shí)刻控制所有的鎖存器，使每個(gè)鎖存器保持相對(duì)應(yīng)的反相器的輸出邏輯狀態(tài)，我們與初始值進(jìn)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(gè)數(shù)。從而以反相器的傳輸延時(shí)為單位，標(biāo)定出set脈沖的寬度(脈沖寬度的測(cè)量以電壓值為vdd/2閾值為標(biāo)準(zhǔn))。

基于以上的設(shè)計(jì)思路，如圖4所示，本實(shí)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(jí)級(jí)聯(lián)的反相器101；在本實(shí)施例中，所述反相器101為cmos反相器。

鎖存器102，連接于每級(jí)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(shí)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(gè)時(shí)刻所有的鎖存器102，使每個(gè)鎖存 器102保持相對(duì)應(yīng)的反相器101的輸出邏輯狀態(tài)；

計(jì)算模塊104，連接于各異鎖存器102，用于計(jì)算邏輯發(fā)生變化的反相器101個(gè)數(shù)，并以反相器101的傳輸延時(shí)為單位，標(biāo)定出set脈沖的寬度。在本實(shí)施例中，通過(guò)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(shí)濾波模塊105，連接于所述計(jì)算模塊104，用于依據(jù)計(jì)算模塊104標(biāo)定的set脈沖的寬度，自動(dòng)設(shè)置精確的濾波延時(shí)，并可動(dòng)態(tài)設(shè)定延時(shí)，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(shí)濾波模塊105，并可通過(guò)所述延時(shí)濾波模塊105濾除其單粒子瞬態(tài)脈沖；在本實(shí)施例中，所述觸發(fā)器模塊106包括依次連接的多個(gè)d觸發(fā)器。

時(shí)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(shí)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(shí)，電離出大量的電子空穴對(duì)，在pn結(jié)電場(chǎng)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(diǎn)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(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)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(cè)量精度為±半個(gè)反相器101的傳輸延時(shí)。

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

如圖5所示，本實(shí)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(shí)鐘信號(hào)；

圖5(b)顯示為鎖存器102控制信號(hào)，當(dāng)信號(hào)為低時(shí)，鎖存器102存儲(chǔ)每級(jí)反相器101的輸出端狀態(tài)，信號(hào)為高時(shí)輸出鎖存器102狀態(tài)；

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

圖5(d)顯示為當(dāng)有set脈沖發(fā)生時(shí)，與初始狀態(tài)圖5(c)比較，反相器鏈第5級(jí)輸出端受到脈沖影響，其對(duì)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(gè)更寬的set脈沖在反相器鏈上傳輸?shù)那闆r。共有4個(gè)鎖存器102狀態(tài)受到set脈沖影響(從第2個(gè)到第5個(gè))。對(duì)于圖5(d)情況，脈沖寬度可估算為電路延時(shí)t±0.5電路延時(shí)t，對(duì)于圖5(e)情況，4個(gè)鎖存器102的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，脈沖寬度可估算為4*電路延時(shí)t±0.5電路延時(shí)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(cè)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(jì)的抗單粒子效果外，面積更優(yōu)，速度折中代價(jià)最小。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有較高的測(cè)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(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)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(duì)上述實(shí)施例進(jìn)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(shí)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。