[发明专利]一种流水结构的软错误自检电路

说明书

本发明公开了一种流水结构的软错误自检电路，包括两个延时链、两个双输入延时电路、两个反相器、锁存器和二输入异或门，每个延时链分别包括2k+1个反相器，k为大于等于0的整数，当k＝0时，第1个反相器的输入端为延时链的输入端，第1个反相器的输出端为延时链的输出端，当k＞0时，第1个反相器的输入端为延时链的输入端，第j个反相器的输出端和第j+1个反相器的输入端连接，j＝1,2，…，2k，第2k+1个反相器的输出端为延时链的输出端，每个双输入延时电路分别包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管；优点是结构简单，面积开销小，可以减少芯片面积和延时开销，降低芯片功耗。

技术领域

本发明涉及一种软错误自检电路，尤其是涉及一种流水结构的软错误自检电路。

背景技术

太空探索和航空航天技术是国家安全的重要支撑，是推动国家科技发展的核心技术之一。然而，人类的航空航天活动都离不开一个重要科学技术的支撑，那就是微电子技术。微电子技术是以大规模集成电路为核心的高新电子技术，是当今信息社会最重要、最基础的科学技术之一。

应用于航空航天领域的大规模集成电路与应用于其它领域的大规模集成电路有很大的不同。这是因为，这些航天空航天设备所工作的环境充斥着大量的辐射射线和高能粒子，当这些高能粒子射入航天空航天设备中的大规模集成电路时，大规模集成电路中的各种电子元器件不可避免的受到高能粒子的辐射影响，产生各种形式的失效，导致整个电子元器件不能正常工作，甚至损坏电子元器件，致使大规模集成电路失效，严重影响航空航天设备的可靠运行。

单粒子翻转(Single Event Upset，SEU)是目前大规模集成电路受辐射效应的主要失效模式。它是一种软错误，表现为电路逻辑状态的翻转和存储数据的随机改变，而器件本身没有损坏，这种错误是随机的、不重现的且可恢复的。软错误所需要的能量阈值较低，并且随着大规模集成电路特征尺寸的持续缩减还在不断的降低。特别是65nm工艺以下，存储节点的节点电容越来越小，工作电压越来越低，能存储的电荷越来越少，使得大规模集成电路更容易发生SEU现象。

芯片的流水结构是一种存储电路，通常由数据触发器构成，数据触发器包括主锁存器和从锁存器，主锁存器和从锁存器分别具有输入端、输出端和时钟端，主锁存器的输出端和从锁存器的输入端连接，主锁存器的输入端作为流水结构的输入端接入输入数据，从锁存器的输出端作为流水结构的输出端输出输出数据，主锁存器的时钟端和从锁存器的时钟端连接作为流水结构的时钟端接入全局时钟信号。当高能粒子撞击存储电路的存储节点时，会发生电离现象，产生额外的电子－空穴对，这些电子－空穴对会被存储电路中晶体管的电极收集，产生一个电流脉冲。当收集电荷大于存储节点的关键电荷时，存储节点的状态会发生翻转，即发生SEU现象。所以，如何检测出流水结构的软错误是芯片设计者比较关注的一个问题。

为了解决此问题，设计者们提出了各种SEU检测技术。例如，2013年，作者Sh.X.Xuan等人，在杂志“IEEE Trans.Nuclear Science”中发表“SEU hardened flip-flopbased on dynamic logic”，文中通过一个旁路电路来检测触发器的SEU，并采用一个表决器对输出数据进行选择。当发生SEU时，表决器选择原始数据；当未发生SEU时，表决器选择触发器传输的数据。2015年，作者H.M.Chou等人，在期刊“IEEE Trans.Very Large ScaleIntegr.(VLSI)Syst.”中发表“Soft-error-tolerant design methodology forbalancing performance,power and reliability”，文中结合了三模冗余和时间冗余技术，实现了电路的SEU自我检测；2016年，作者Y.Lin等人，在期刊“IEEE Trans.Very LargeScale Integr.(VLSI)Syst.”中发表“a low-cost,radiation-hardened method forpipeline protection in microprocessor”，提出了一种异或比较和异步问答的方法，实现了两级时序流水之间的SEU自检。