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)排列成阵列结构.当内部任意三个节点同时发生单粒子翻转时,该锁存器都可以自行恢复到正确的逻辑值.与具有等效三点自恢复能力的TNURL(Triple Node Upset Self-Recoverable Latch)锁存器相比,该Hydra-DICE锁存器面积开销降低50％,延迟降低48.28％,功耗降低25％,功耗延迟积降低61.21％.仿真结果表明,该加固锁存器在容错性能、面积开销、延迟和功耗方面取得了很好的折中.     

基于C单元反馈回路的容SEU锁存器设计

随着电子技术的不断发展,集成电路的特征尺寸不断缩小,导致电路对宇宙高能粒子引发的单粒子翻转愈发敏感。提出了一种对单粒子翻转完全免疫的抗辐射加固锁存器。该锁存器利用具有过滤功能的C单元构建反馈回路,并在锁存器末端使用钟控C单元来阻塞传播至输出端的软错误。HSPICE仿真结果显示,在与TMR锁存器同等可靠性的情况下,该锁存器面积下降50%,延迟下降92%,功耗下降47%,功耗延迟积下降96%。     

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仿真结果表明,相比于其他同类型的加固设计,所提出的锁存器功耗平均下降了34.86%,延迟平均下降了59%,功耗延迟积平均下降了67.91%。PVT分析表明,该锁存器结构对电压、温度、制造工艺的变化不敏感。     

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。     

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%.