一種全定製的五模冗餘表決電路的製作方法
2023-07-24 19:22:01
一種全定製的五模冗餘表決電路的製作方法
【專利摘要】一種全定製的五模冗餘表決電路，第一兩輸入保護門模塊DIGG1的兩個輸入埠和三輸入保護門模塊TIGG的三個輸入埠分別構成表決電路輸入端，第一兩輸入保護門模塊DIGG1輸出端和三輸入保護門模塊TIGG的輸出端分別對應連接第二兩輸入保護門模塊DIGG2的兩個輸入埠，第二兩輸入保護門模塊DIGG2的輸出端構成整個五模冗餘表決電路的輸出端。第一兩輸入保護門模塊DIGG1的兩個輸入埠和三輸入保護門模塊TIGG的三個輸入埠連接至輸出信號的電平值完全相同的5個相同的模塊，並對5個模塊的輸出進行表決輸出。本發明能夠對發生在輸入埠的單比特、兩比特、三比特、四比特SBU/MBUs進行屏蔽。
【專利說明】一種全定製的五模冗餘表決電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種集成電路中抗輻射表決電路。特別是涉及一種全定製的五模冗餘表決電路。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路製造工藝的發展，更小的電晶體尺寸和更低的電源電壓導致單粒子效應(Single Event Effects，SEE)對數字系統的幹擾更加嚴重。目前，多位翻轉(Mult1-Bit Upsets，MBUs)已經成為電路軟錯誤的一種主要形式。產生MBUs的主要物理機理包括粒子轟擊半導體產生的電荷在相鄰器件之間的分享，以及粒子的偏斜入射。傳統的電路加固設計方法，如三模冗餘等，通常只假設電路的一個節點受到SEE的影響。因此，這些方法雖然能夠有效地針對單一位翻轉(Single-Bit Upset, SBU)進行加固，但當MBUs發生時卻很可能會失效。由於MBUs會隨著器件尺寸的縮小而日益成為影響空間環境中集成電路可靠性的重要因素，研究針對MBUs的抗輻射加固就顯得十分必要。
[0003]模組冗餘是目前針對數字系統進行抗輻射加固的常用方法。該類方法因冗餘糾錯機理簡單明確、電路設計和物理實現較為方便而受到普遍應用。然而，模組冗餘所引發的面積開銷、功耗開銷和性能下降亦是其不可忽視的缺點。以三模冗餘為例，該方法通過引入三倍複製和多數表決對SBU錯誤進行屏蔽，將引發超過200%的面積和功耗開銷，同時由於表決器引入的延遲，會導致電路的性能下降。理論上，基於模組冗餘方法針對c個比特錯誤進行冗餘糾錯，需要至少2c+l倍的原始模塊複製和一個實現多數表決輸出的表決電路。隨著可靠性指標c的提高，不僅原始模塊的複製帶來的代價不可忽視，表決器本身複雜度的提高也將進一步惡化電路的各項關鍵指標。尤其是當被保護電路規模較小時，由表決器帶來的開銷將成為制約模組冗餘應用的關鍵因素。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠在提供等效抗輻射性能的情況下，有效地優化電路面積、功耗和速度的全定製的五模冗餘表決電路。
[0005]本發明所米用的技術方案是:一種全定製的五模冗餘表決電路，包括有第一兩輸入保護門模塊DIGGl、第二兩輸入保護門模塊DIGG2和一個三輸入保護門模塊TIGG，其特徵在於，所述的第一兩輸入保護門模塊DIGGl的兩個輸入埠和三輸入保護門模塊TIGG的三個輸入埠分別構成表決電路輸入端，所述的第一兩輸入保護門模塊DIGGl輸出端和三輸入保護門模塊TIGG的輸出端分別對應連接所述的第二兩輸入保護門模塊DIGG2的兩個輸入埠，所述第二兩輸入保護門模塊DIGG2的輸出端構成整個五模冗餘表決電路的輸出端。
[0006]所述的第一兩輸入保護門模塊DIGGl的兩個輸入埠和三輸入保護門模塊TIGG的三個輸入埠連接至輸出信號的電平值完全相同的5個相同的模塊，並對所述5個模塊的輸出進行表決輸出。[0007]本發明提出的一種全定製的五模冗餘表決電路，當正確的電平信號在該表決電路內部各節點上建立之後，該電路能夠對發生在輸入埠的單比特、兩比特、三比特、四比特SBU/MBUs進行屏蔽。本發明能夠在提供等效抗輻射性能的情況下，有效地優化電路面積、功耗和速度。具有如下有益效果。
[0008]1、本發明提出的五模冗餘表決器電路能夠對發生在5個輸入信號上的任意I位、任意2位、任意3位和任意4位SBU/MBUs進行屏蔽，有效提高了針對MBUs的加固能力。
[0009]2、本發明提出的表決器電路僅使用14個電晶體，且只包含兩級門延遲，相比於使用標準單元實現的五模冗餘表決器電路，在電路面積、功耗和性能上均有明顯改善。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1a是兩輸入保護門的電路原理圖；
[0011]圖1b是兩輸入保護門的電路符號；
[0012]圖2a是三輸入保護門的電路原理圖；
[0013]圖2b是三輸入保護門的電路符號；
[0014]圖3是本發明提出的一種全定製的五模冗餘表決電路的原理圖；
[0015]圖4是本發明的實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例和附圖對本發明提出的一種全定製的五模冗餘表決電路做出詳細說明。
[0017]本發明提出的一種全定製的五模冗餘表決電路是由兩個基本電路模塊組成:兩輸入保護門(Double-1nput-Guard-Gate,DIGG)和三輸入保護門(Triple-1nput-Guard-Gate,TIGG)。該兩種模塊的電路級原理圖和電路符號分別示於圖la、圖1b和圖2a、圖2b。由DIGG和TIGG的原理圖可以看出，當它們的所有輸入均一致時，該兩種電路將實現反相器的功能。對於DIGG而言，當其兩個輸入Al和A2不一致時，輸出Y將高阻；對於TIGG而言，當其三個輸入Al、A2和A3不一致時，輸出Y將高阻。當DIGG和TIGG的輸出高阻時，在輸出節點上預先建立的正確電平值將保持不變。
[0018]如圖3所示，本發明提出的一種全定製的五模冗餘表決電路，包括有第一兩輸入保護門模塊DIGGl、第二兩輸入保護門模塊DIGG2和一個三輸入保護門模塊TIGG，其特徵在於，所述的第一兩輸入保護門模塊DIGGl的兩個輸入埠 A4、A5和三輸入保護門模塊TIGG的三個輸入埠 A1、A2、A3分別構成表決器的輸入端,所述的第一兩輸入保護門模塊DIGGl輸出端Y2和三輸入保護門模塊TIGG的輸出端Yl分別對應連接所述的第二兩輸入保護門模塊DIGG2的兩個輸入埠，所述第二兩輸入保護門模塊DIGG2的輸出端Y構成整個五模冗餘表決電路的輸出端。
[0019]如圖4所不,所述的第一兩輸入保護門模塊DIGGl的兩個輸入埠 A4、A5和三輸入保護門模塊TIGG的三個輸入埠 A1、A2、A3連接至5個完全相同的模塊:模塊1、模塊2、模塊3、模塊4和模塊5，且所述的該5個模塊的輸出信號完全相同。該5個模塊的輸出通過本發明所述的全定製的五模冗餘表決電路進行表決輸出。
[0020]輸入Al、A2、A3、A4和A5分別來自模塊1、模塊2、模塊3、模塊4和模塊5這五個相同的模塊的輸出，在正常情況下，這5個輸入信號的電平值均相同。此時，表決器內部節點Yl和Y2的電平值與5個輸入信號的電平值相反；節點Y的電平值與Yl和Y2相反。當正確的信號電平在Y1、Y2和Y上建立起來後，若Al、Α2、A3、Α4和Α5中的任意I個、任意2個、任意3個或任意4個輸入信號發生SBU/MBUs,由於至少還有一個輸入信號的電平未變，則該信號驅動的三輸入保護門模塊TIGG的輸出Yl或第一兩輸入保護門模塊DIGGl的輸出Y2將保持不變，因此輸出Y不變。由此可以得出結論，該五模冗餘表決器電路能夠對發生在輸入信號A1、A2、A3、A4和A5上的任意I位翻轉、任意2位翻轉、任意3位翻轉和任意4位翻轉進行屏蔽，從而起到抗輻射加固的效果。如果該五模冗餘表決器的內部節點Yl、Y2發生SEE，則由於第二兩輸入保護門模塊DIGG2的屏蔽作用，該SEE不會向後級傳播；同時由於前端輸入信號未變，第一兩輸入保護門模塊DIGG1、三輸入保護門模塊TIGG保持對輸出節點的驅動能力，因此這類SEE將最終被恢復。
【權利要求】
1.一種全定製的五模冗餘表決電路，包括有第一兩輸入保護門模塊DIGGl、第二兩輸入保護門模塊DIGG2和一個三輸入保護門模塊TIGG，其特徵在於，所述的第一兩輸入保護門模塊DIGGl的兩個輸入埠(A4、A5)和三輸入保護門模塊TIGG的三個輸入埠(A1、A2、A3)分別構成表決電路輸入端,所述的第一兩輸入保護門模塊DIGGl輸出端(Y2)和三輸入保護門模塊TIGG的輸出端(Yl)分別對應連接所述的第二兩輸入保護門模塊DIGG2的兩個輸入埠，所述第二兩輸入保護門模塊DIGG2的輸出端(Y)構成整個五模冗餘表決電路的輸出端。
2.根據權利要求1所述的一種全定製的五模冗餘表決電路，其特徵在於，所述的第一兩輸入保護門模塊DIGGl的兩個輸入埠(A4、A5)和三輸入保護門模塊TIGG的三個輸入埠( Al、A2、A3 )連接至輸出信號的電平值完全相同的5個相同的模塊(1、2、3、4、5 )，並對所述5個模塊(1、2、3、4、5)的輸出進行表決輸出。
【文檔編號】G06F11/18GK103716030SQ201310755085
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】徐江濤, 李淵清, 史再峰, 姚素英, 高靜 申請人:天津大學