晶體管級與邏輯級數(shù)字集成電路軟錯誤防護研究.pdf

1、集成電路工藝水平的發(fā)展使得特征尺寸減小、臨界電荷量變低，電路很容易受到外界影響而產(chǎn)生故障。不論是宇宙太空中，還是我們賴以生存的大氣層中，都存在著影響集成電路可靠性的輻射粒子。高能輻射粒子撞擊器件的靈敏區(qū)，會使其發(fā)生電離效應(yīng)，產(chǎn)生高密度的電子空穴對，影響電路穩(wěn)定性。輻射造成的錯誤分為軟錯誤和硬錯誤，硬錯誤是永久性損傷，而軟錯誤是瞬時錯誤，對器件本身沒有損傷，可以恢復。
　　本文主要研究晶體管級和邏輯級的數(shù)字集成電路軟錯誤防護方法。首

2、先，針對幾種國內(nèi)外已有的晶體管和邏輯級容錯技術(shù)進行探究，對各種容錯電路結(jié)構(gòu)進行原理分析和電路仿真，并驗證其軟錯誤防護性能。接著，本文提出了一種晶體管級的軟錯誤防護方案——開關(guān)型冗余加固脈沖觸發(fā)器，同樣對它進行電路仿真與容錯驗證。由仿真結(jié)果可知，此觸發(fā)器具有良好的容錯性能，能夠防護大部分關(guān)鍵節(jié)點發(fā)生的軟錯誤。最后，本文采用層次化的全定制設(shè)計方法，對開關(guān)型冗余加固脈沖觸發(fā)器進行投片與測試，以驗證它的基本功能與軟錯誤防護性能。
　　本文

3、的創(chuàng)新點在于提出了開關(guān)型冗余加固脈沖觸發(fā)器結(jié)構(gòu)。此觸發(fā)器以一定的面積代價換取軟錯誤防護性能的提高。本文首先提出了開關(guān)型脈沖觸發(fā)器結(jié)構(gòu)，此脈沖觸發(fā)器的晶體管數(shù)目較少，并且由于是脈沖觸發(fā)器，因此它的時鐘負載較小。在開關(guān)型脈沖觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，增加部分冗余電路，并結(jié)合C單元，設(shè)計出具有軟錯誤防護功能的脈沖觸發(fā)器。冗余電路的增加使得開關(guān)型冗余加固脈沖觸發(fā)器晶體管數(shù)目增多，相比于標準單元，付出了一定的面積代價。
　　本文的不足之處在于只對樣片

4、進行了基本功能測試，由于條件原因，輻照實驗未能完成。但是從原理分析以及電路仿真結(jié)果來看，此觸發(fā)器具有較好的軟錯誤防護性能，能夠防護大部分關(guān)鍵節(jié)點的軟錯誤。
　　開關(guān)型冗余加固脈沖觸發(fā)器以部分面積代價換取良好的容錯性能。相比于標準單元，它的面積增加了69％，功耗也會相應(yīng)的增加。但是對于可靠性要求較高的集成電路來說，以部分面積和功耗代價來換取性能的穩(wěn)定是很值得的。而且，與傳統(tǒng)的軟錯誤防護技術(shù)相比，該觸發(fā)器所付出的面積代價較小，并且不需