【摘 要】
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随着半导体制造技术的进步,科研人员成功研发出规模更大、功耗和面积开销却更小的集成电路。然而现代集成电路越来越容易受到高能粒子的撞击,从而引起软错误。这些高能粒子与集成电路的敏感节点发生碰撞,导致单节点翻转。在现代集成电路中,由于更先进的工艺尺寸导致晶体管之间的距离越来越近,高能粒子的撞击可能同时改变两个或三个节点的逻辑状态,从而导致双节点翻转甚至三节点翻转。显然,仅针对单节点翻转的辐射加固方案已经
【基金项目】
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纳米集成电路边缘缺陷测试分析仪研制（基金委国家重大科研仪器研制项目,No.62027815）； 集成电路近似计算基础理论与设计方法（国家自然科学基金重点合作项目,No.61834006）；
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随着半导体制造技术的进步,科研人员成功研发出规模更大、功耗和面积开销却更小的集成电路。然而现代集成电路越来越容易受到高能粒子的撞击,从而引起软错误。这些高能粒子与集成电路的敏感节点发生碰撞,导致单节点翻转。在现代集成电路中,由于更先进的工艺尺寸导致晶体管之间的距离越来越近,高能粒子的撞击可能同时改变两个或三个节点的逻辑状态,从而导致双节点翻转甚至三节点翻转。显然,仅针对单节点翻转的辐射加固方案已经不能满足当前的需求。因此,设计出能够抗多节点翻转的锁存器变得至关重要。针对辐射环境中的锁存器易发生软错误,导致单粒子翻转。同时,存在着开销较高,可靠性较低等不足之处,本文基于时钟门控技术和快速传输路径技术设计了两种抗三节点翻转锁存器,主要内容如下:1.首先提出了三节点翻转容忍锁存器（LTNUHL）。LTNUHL锁存器由2个单节点翻转自恢复模组（module1、module2）和1个两级错误拦截模组构成。每个单节点翻转自恢复模组都是通过3个C单元和2个反相器的相互连接,来完成数据的存储与循环。两级错误拦截模组使用2个二输入C单元构成第一级错误拦截,再使用1个钟控二输入C单元单独构成第二级错误拦截。仿真结果表明,LTNUHL锁存器可以完全容忍三节点翻转,在面积仅增加2.00%的情况下,延迟降低了68.68%,功耗降低了68.86%。2.针对LTNUHL锁存器无法自恢复的问题,提出了三节点翻转自恢复锁存器（HTNURL）。HTNURL锁存器由4组串联的C单元模组构成,每个模组由4个二输入C单元构成。每个二输入C单元的输出都连接到下一组指定的两个C单元的输入上,同时二输入C单元的每个输入都来自与上一组指定的两个二输入C单元。最后的C单元模组使用了4个钟控二输入C单元,降低了锁存器的功耗。仿真结果表明,HTNURL锁存器具有完全的三节点翻转自恢复能力,在面积增加27.50%的情况下,延迟降低了60.55%,功耗降低了51.45%。图[29]表[7]参[68]
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