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。     

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...     

一种双栅结构抗单粒子翻转加固SRAM存储单元

通过对单粒子效应以及抗单粒子翻转电路加固原理进行分析,提出一种基于双栅MOS结构的具有单粒子翻转加固能力的SRAM存储单元。该单元在实现抗单粒子翻转加固的同时具有快速翻转恢复、快速写入、低静态功耗的特点。基于0.18μm CMOS工艺进行电路仿真,结果显示该加固单元读/写功能正确,翻转阈值大于100 Me V·cm2/mg。可以预测,该电路应用于空间辐射环境下将有较好的稳定性。     

星载Flash型FPGA单粒子翻转加固试验研究

针对低等级器件抗辐射能力较差的特点,需开展应用加固以满足宇航应用,对一款Flash型现场可编程门阵列(FPGA)开展抗单粒子翻转(SEU)加固设计,并利用地面模拟试验进行加固效果验证,结果表明器件加固后块随机存储器(BRAM)区翻转截面下降近2个数量级,寄存器单粒子翻转截面下降约75%,验证了加固措施的有效性。结合典型轨道环境,计算了器件在轨翻转率,BRAM区翻转率下降4~5个量级,寄存器翻转率下降2~3个量级,可为在轨应用提供指导。     

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。     

一种基于三联锁结构的单粒子翻转加固锁存器

本文提出了一种基于三联锁结构的单粒子翻转加固锁存器。该锁存器使用保护门和反相器在其内部构建三路反馈,以此获得对发生在任一电路节点上的单粒子效应的自恢复能力,有效抑制由粒子轰击半导体引发的电荷沉积带来的影响。本文在详细分析已报道的三种抗辐射锁存器结构可靠性的基础上,针对其在单粒子效应作用下,或单粒子效应和耦合串扰噪声的共同作用下依然可能发生翻转的问题,指出本文提出的锁存器可通过内部的三联锁结构对上述问题进行有效的消除。所有结论均得到电路级单粒子效应注入仿真结果,以及基于经典串扰模型模拟串扰耦合和单粒子效应共同作用的仿真结果的支持和验证。     

基于DICE结构的主-从型抗辐照触发器设计

基于双互锁存储单元(DICE)结构,采用TSMC 0.18μm体硅CMOS工艺,设计了一个带复位和清零端的主一从型抗辐照触发器.通过将数据存放在不同的节点以及电路的恢复机制,使单个存储节点具有抗单粒子翻转的能力.采用多种改进设计,增强抗单粒子瞬态脉冲(single event transient,SET)的能力,并且降低了电路功耗.通过Spectre仿真,测试了触发器的抗单粒子翻转(single event upset,SEU)能力,确定了版图设计规则.采用新颖的3倍高度的版图布置及环栅NMOS结构,消除了总剂量效应;采用双保护环,降低了单粒子闩锁效应;最终完成了全方位抗辐照的触发器电路设计.     

一种单粒子效应加固输入接口电路的设计

提出一种新颖的单粒子效应加固输入接口电路,采用组合逻辑延迟后运算处理的方案。该电路基于华润上华600 V BCD 0.8 μm工艺进行电路设计和流片,并在中科院国家空间科学中心完成单粒子辐照测试。仿真测试结果表明,提出的输入接口电路可以有效免疫线性能量传递值(LET)在80 MeV·cm2/mg以下单粒子翻转(SEU)事件,特别是对多个节点同时发生单粒子翻转事件的情况,提出的电路抗单粒子翻转可靠性较高。     

抗高能单粒子辐射加固的LC6508电路的研制

本文介绍抗单粒子辐射加固的１ＫＣＭＯＳＳＲＡＭＬＣ６５０８电路，对该电路进行了单粒子辐射试验，并就试验结果进行了讨论。     

一种65 nm CMOS低功耗加固SRAM单元

提出了12管低功耗SRAM加固单元。基于堆叠结构,大幅度降低电路的泄漏电流,有效降低了电路功耗。基于两个稳定结构,可以有效容忍单粒子翻转引起的软错误。Hspice仿真结果表明,与相关加固结构相比,该结构的功耗平均下降31.09%,HSNM平均上升19.91%,RSNM平均上升97.34%,WSNM平均上升15.37%,全工作状态下均具有较高的静态噪声容限,表现出优秀的稳定性能。虽然面积开销平均增加了9.56%,但是,读时间平均下降14.27%,写时间平均下降18.40%,能够满足高速电子设备的需求。     

SOI材料与器件的辐照效应

目前，ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）材料的一个主要用途是用来制作抗辐照电路，本文以ＳＩＭＯＸ（ＳｅｐｅｒａｔｉｏｎｂｙＩＭｐｌａｎｔａｔｉｏｎｏｆＯＸｙｇｅｎ）技术为主，详细论述了ＳＯＩ材料和器件（ＭＯＳＦＥＴ）的辐照特性及其机理，包括总剂量、瞬时和单粒子效应，并以总剂量效应为主。经过恰当的加固工艺和优化设计，可以制造出优良的抗辐照集成电路。     

激光定位深亚微米CMOS SRAM单粒子翻转敏感区

The pulsed laser facility for SEU sensitivity mapping is utilized to study the SEU sensitive regions of a 0.18/zm CMOS SRAM cell. Combined with the device layout micrograph, SEU sensitivity maps of the SRAM cell are obtained. TCAD simulation work is performed to examine the SEU sensitivity characteristics of the SRAM cell. The laser mapping experiment results are discussed and compared with the electron micrograph information of the SRAM cell and the TCAD simulation results. The results present that the test technique is reliable and of high mapping precision for the deep submicron technology device.     

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.     

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.     

适用于纳米工艺的SET/SEU加固触发器设计

针对触发器在纳米级工艺下容易受空间辐射中单粒子效应的影响而产生软错误的情况,基于CPSH触发器结构,研究了一种对单粒子效应中SET/SEU加固的延时采样软错误防护(DSSEP)触发器结构.该触发器由延时采样单元、输入传输单元、软错误鲁棒存储锁存器和反相输出单元组成.延时采样单元对来自其他逻辑电路的输出数据进行采样,采样数据经输入传输单元写入软错误鲁棒存储锁存器,并通过一个反相输出单元输出.仿真结果表明,DSSEP触发器具有很好的SET/SEU加固能力.经过比较和分析,证明DSSEP触发器与具有同样SET/SEU加固能力的保护门触发器(GGFF)相比,在晶体管数目和传播延时方面仅为GGFF的62％和33％.     

Radiation Effects of Proton Particles in Memory Devices

In this letter, we study the impact of single event upsets (SEUs) in space or defense electronic systems which use memory devices such as EEPROM, and SRAM. We built a microcontroller test board to measure the effects of protons on electronic devices at various radiation levels. We tested radiation hardening at beam current, and energy levels, measured the phenomenon of SEUs, and addressed possible reasons for SEUs.     

A low power-delay-product and robust Isolated-DICE based SEU-tolerant latch circuit design

Soft-error interference is a crucial design challenge in the advanced CMOS VLSI circuit designs. In this paper, we proposed a SEU Isolating DICE latch (Iso-DICE) design by combing the new proposed soft-error isolating technique and the inter-latching technique used in the DICE (Calin et al., 1996 [1]) design. To further enhance SEU-tolerance of DICE design, we keep the storage node pairs having the ability to recover the SEU fault occurring in each other pair but also avoid the storage node to be affected by each other. To mitigate the interference effect between dual storage node pairs, we use the isolation mechanism to resist high energy particle strikes instead of the original interlocking design method. Through isolating the output nodes and the internal circuit nodes, the Iso-DICE latch can possess more superior SEU-tolerance as compared with the DICE design (Calin et al., 1996 [1]). As compared with the FERST design (Fazeli, 2009 [2]) which performs with the same superior SEU-tolerance, the proposed Iso-DICE latch consumes 50% less power with only 45% of power delay product in TSMC 90 nm CMOS technology. Under 22 nm PTM model, the proposed Iso-DICE latch can also perform with 11% power delay product saving as compared with the FERST design (Fazeli, 2009 [2]) that performs with the same superior SEU-tolerance.