單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法與電路的製作方法
2023-07-15 00:43:36 1
專利名稱：單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法與電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及單粒子瞬態脈衝技術領域，特別是涉及單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法與電路。
背景技術：
單粒子瞬態脈衝指粒子軌跡上產生的電荷被敏感節點收集，並導致電壓和電流瞬時變化的現象。單粒子瞬態脈衝將會引起鎖相環、運算放大器和接口電路等模擬電路的參數漂移。同時，隨著特徵尺寸減小，數字組合電路的單粒子瞬態脈衝寬度可達到數百PS，而主流數字集成電路的時鐘周期僅為300-500ps ;因此單粒子瞬態脈衝很容易像正常信號一樣沿組合邏輯傳播並被末端鎖存器捕獲形成一個持久錯誤。目前，單粒子瞬態脈衝已成為100MHZ以上頻率、0.13微米以下工藝集成電路軟錯誤的主要來源。如上所述，引起集成電路軟錯誤率最主要的參數為單粒子瞬態脈衝寬度。而粒子入射產生的單粒子瞬態脈衝通常與製造工藝、電路拓撲結構、集成電路版圖、入射粒子能量分布等有關。為評價標準工藝線、版圖及各種抗輻射加固措施對集成電路單粒子效應的影響，有必要通過試驗直接捕捉電路產生的單粒子瞬態脈衝，以此作為集成電路單粒子效應敏感性評價的依據。目前，單粒子瞬態脈衝已成為國內外關注焦點，業界主要從數學模型和電路仿真角度對其開展研究。在試驗測量過程中，傳統單粒子瞬態脈衝的檢測方法是依賴於高精度測量儀器來捕捉複雜電路系統中瞬態脈衝的波形與寬度，但由於單粒子瞬態脈衝寬度很小，一般均在Ins以下，因此對測量設備要求較高，且單粒子瞬態脈衝波形在通過測量儀器時會受漂移電容影響而產生失真，因而直接測量效果誤差較大。為提高後續電路捕捉單粒子瞬態脈衝的精度與效率，國內外提出一種波形展寬方法，即讓單粒子瞬態脈衝通過一定數量級聯形式的緩衝器後，基於緩衝器自身電容及相應延時，以增加單粒子瞬態脈衝寬度；原有脈衝寬度可通過後續儀器測量所得寬度減去緩衝器引入增量後得到。由於該方法中波形展寬電路是採用多級緩衝器級聯，其將耗費大量晶片面積，此外，緩衝器給瞬態脈衝引入的增量很難精確估算，因而該方法在標定原有單粒子瞬態脈寬上具有很大的不確定性。
發明內容
基於此，有必要針對一般單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，脈衝寬度展寬能力有限且難於被精確處理的問題，提供一種擴展效果好且易於被捕捉處理的單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法與電路。一種單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法，包括步驟:分離單粒子瞬態脈衝信號為脈衝起始信號和脈衝結束信號；對所述脈衝結束信號進行相位延時處理；合併所述脈衝起始信號和相位延時處理後的所述脈衝結束信號。一種單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，包括信號分離模塊、信號相位延時模塊和信號處理模塊；所述信號分離模塊分離單粒子瞬態脈衝信號為脈衝起始信號和脈衝結束信號，發送所述脈衝起始信號到所述信號處理模塊，發送所述脈衝結束信號到所述相位延時模塊；所述信號相位延時模塊對所述脈衝結束信號進行相位延時處理，並將處理後的所述脈衝結束信號發送到信號處理模塊；所述信號處理模塊合併所述脈衝起始信號和相位延時處理後的所述脈衝結束信號。在其中一個實施例中，所述信號分離模塊包括第一觸發器、第二觸發器和或非門，所述第一觸發器的R端與所述第二觸發器的R端連接，所述第一觸發器的-Q端與所述或非門的B端連接，所述或非門的Y端與所述第二觸發器的S端連接，所述第一觸發器的S端接收所述單粒子瞬態脈衝信號，所述第一觸發器的-Q端輸出所述脈衝起始信號，所述或非門的A端接收所述單粒子瞬態脈衝信號，所述第二觸發器的Q端輸出所述脈衝結束信號。在其中一個實施例中，所述單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路還包括與所述信號分離模塊連接的復位模塊，所述復位模塊，用於對所述第一觸發器和所述第二觸發器進行復位處理，以使所述第一觸發器和所述第二觸發器恢復初始狀態。在其中一個實施例中，所述信號相位延時模塊包括多個依次串聯的反相器。在其中一個實施例中，所述信號處理模塊包括或非門，所述或非門的A端與所述信號分離模塊連接，所述或非門的B端與所述信號相位延時模塊連接，所述或非門的A端接收所述脈衝起始信號，所述或非門的B端接收所述相位延時處理後的所述脈衝結束信號，所述或非門的Y端輸出展寬後的單粒子瞬態脈衝信號。在其中一個實施例中，所述復位模塊包括緩衝器，所述緩衝器的輸出端分別與所述信號分離模塊中第一觸發器的S端以及所述信號分離模塊中或非門的A端連接，所述緩衝器的輸入端接收所述單粒子瞬態脈衝信號。在其中一個實施例中，所述復位模塊包括緩衝器，所述緩衝器的輸出端分別與所述第一觸發器的R端和所述第二觸發器的R端連接，所述緩衝器的輸入端接收所述展寬後的單粒子瞬態脈衝信號。本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法，將輸入的單粒子瞬態脈衝信號進行分離，分離為起始信號和結束信號，對結束信號進行已知量的相位延時處理，將已分離的信號進行合併，實現對原始單粒子瞬態脈衝信號的展寬。本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法是基於邏輯門中信號的相位延時理論，由於邏輯門中信號相位延時量較大，因而輸入脈衝經過展寬模塊後寬度的增加量也很大，易於被後續電路捕捉或處理。
圖1為本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法其中一個實施例的流程示意圖；圖2為本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路其中一個實施例的結構示意圖；圖3為本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路其中一個實施例的結構示意圖；圖4為本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路其中一個實施例的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法，包括步驟:
SlOO:分離單粒子瞬態脈衝信號為脈衝起始信號和脈衝結束信號。單粒子瞬態脈衝信號的分離過程可以通過多種方式方法實現。S200:對所述脈衝結束信號進行相位延時處理。相位延時量指通過緩衝器等元件引入一定寬度的相位延時，該延時的大小可通過電路仿真或實際測量系統標定，進而得到經相位延時後的脈衝結束信號。如果需要比較大的相位延時，可以採用多個依次串聯的緩衝器，實現對脈衝結束信號的相位延時處理。S300:合併所述脈衝起始信號和相位延時處理後的所述脈衝結束信號。合併脈衝起始信號和相位延時處理後的脈衝結束信號可以通過多種信號合成方式實現，例如直接利用或非門合成，其中或非門的A端接收脈衝起始信號，或非門的B端接收脈衝結束信號，或非門的Y端即可輸出展寬後的單粒子瞬態脈衝信號。本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法，將輸入的單粒子瞬態脈衝信號進行分離，分離為起始信號和結束信號，對結束信號進行已知量的相位延時處理，將已分離的信號進行合併，實現對原始單粒子瞬態脈衝信號的展寬。本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法是基於邏輯門中信號的相位延時理論，由於邏輯門中信號相位延時量較大，因而輸入脈衝經過展寬模塊後寬度的增加量也很大，易於被後續電路捕捉或處理。如圖2所示，一種單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，包括信號分離模塊100、信號相位延時模塊200和信號處理模塊300 ；所述信號分離模塊100分離單粒子瞬態脈衝信號為脈衝起始信號和脈衝結束信號，發送所述脈衝起始信號到所述信號處理模塊200，發送所述脈衝結束信號到所述相位延時模塊300 ；所述信號相位延時模塊200對所述脈衝結束信號進行相位延時處理，並將處理後的所述脈衝結束信號發送到信號處理模塊300 ；所述信號處理模塊300合併所述脈衝起始信號和相位延時處理後的所述脈衝結
束信號。信號分離模塊100其輸入端為待測輻射環境中形成的原始單粒子瞬態脈衝，信號分離模塊100將原始單粒子瞬態脈衝寬度分離為脈衝起始信號和脈衝結束信號。信號相位延時模塊200的輸入端與信號分離模塊100的輸出端連接,信號相位延時模塊200,用於對所述脈衝結束信號進行相位延時處理。在本實施例中，相位延時量指通過緩衝器等元件引入一定寬度的相位延時，該延時的大小可通過電路仿真或實際測量系統標定，進而得到經相位延時後的脈衝結束信號。信號處理模塊300將兩個信號重新合併為一個信號進行輸出，合成後的信號脈衝寬度等於原始單粒子瞬態脈衝寬度與信號延時模塊所引入相位延時之和。本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，信號分離模塊將輸入的單粒子瞬態脈衝信號進行分離，分離為起始信號和結束信號，信號相位延時模塊對結束信號進行已知量的相位延時處理，信號處理模塊將已分離的信號進行合併，實現對原始單粒子瞬態脈衝信號的展寬。本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路是基於邏輯門中信號的相位延時理論，由於邏輯門中信號相位延時量較大，因而輸入脈衝經過展寬模塊後寬度的增加量也很大，易於被後續電路捕捉或處理。下面將用具體實施例來詳細解釋本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路的工作過程及其原理。為了便於說明和理解下面實施例中引入了字母作為各種信號的指代。信號分離模塊的輸入、輸出信號分別為A、B、C，其中A信號為原始單粒子瞬態脈衝信號，原始單粒子瞬態脈衝信號脈寬為TSET ；B信號為脈衝起始信號；C信號為脈衝結束信號，其相位滯後於脈衝起始信號。信號延時模塊的輸入和輸出信號分別為C和D，D信號為C信號經相位延時Tb後所得信號，其相位更加滯後於脈衝起始信號B。信號處理模塊的輸入和輸出信號分別為B、D和E，E信號為B、D信號合併後所得信號即展寬後的單粒子瞬態脈衝信號。測量E後即可得展寬後信號脈寬為TSET+Tb，將該值減去相位延時量Tb後，即可反推得到原始單粒子瞬態脈衝寬度TSET。如圖3所不,在其 中一個實施例中，所述信號分離模塊包括第一觸發器210、第二觸發器220和或非門230，所述第一觸發器210的R端與所述第二觸發器220的R端連接，所述第一觸發器210的-Q端與所述或非門230的B端連接，所述或非門230的Y端與所述第二觸發器220的S端連接，所述第一觸發器210的S端接收所述單粒子瞬態脈衝信號，所述第一觸發器210的-Q端輸出所述脈衝起始信號，所述或非門230的A端接收所述單粒子瞬態脈衝信號，所述第二觸發器220的Q端輸出所述脈衝結束信號。觸發器是一種可以存儲電路狀態的電子元件，最簡單的是由兩個與非門，兩個輸入端和兩個輸出端組成的RS觸發器。信號分離模塊可通過不同結構將輸入脈衝信號分離為兩個信號進行輸入，在本實施例中，給出一種具體電路結構，但也不限於此結構。下面將用詳細解釋說明在本是實例中信號分離模塊的工作過程及其原理。在本實施例中，信號處理模塊包括由RS觸發器及或非門組成的第一單元電路，所述第一單元電路包括第一、第二兩個RS觸發器及一個或非門。其中，第一 RS觸發器的輸入端S接收原始單粒子瞬態脈衝信號作為輸入端，輸出為Q與-Q信號，兩者相位相反，其中輸出端Q懸空，輸出端-Q與整個模塊中脈衝起始信號輸出端連接。輸出端-Q與原始單粒子瞬態脈衝輸入進或非門中，或非門的輸出端與後RS觸發器的S端連接。第二觸發器的輸出為Q與-Q信號，兩者相位相反，其中輸出端Q與整個模塊中脈衝結束信號輸出端連接，輸出端_Q懸空。若輸入瞬態脈衝為0……0-1……1-0……0等電平翻轉兩次的信號，信號分離電路可將其分離為兩個電平只翻轉一次的信號，其工作原理為:初始狀態瞬態脈衝輸入端為低電平，當復位信號端輸入復位信號脈衝0-1-0時，電路開始進入工作狀態，兩個觸發器的輸出端Q置0，脈衝結束信號為0 ;若此時瞬態脈衝輸入端沒有輸入信號，即瞬態脈衝輸入端的信號為0，前觸發器置0，輸出脈衝起始信號為1，同時後觸發器輸入端均為0，輸出保持在I狀態；當有脈衝信號為0……0-1……1-0……0輸入到瞬態脈衝輸入端時，前觸發器置0，輸出脈衝起始信號為I，同時後觸發器輸入端均為0，輸出保持在I狀態；當有脈衝信號為0……0-1……1-0……0輸入到瞬態脈衝輸入端時(脈衝由前置的脈衝產生電路產生)，驅動前觸發器置1，輸出脈衝起始信號端發生翻轉，當該脈衝信號結束時，後觸發器的S端發生翻轉，輸出端置為1，此時脈衝結束信號輸出端發生翻轉，由0置為I。由此，輸入原始瞬態脈衝的波形可分離成由從高電平翻轉成低電平的脈衝起始信號和由低電平翻轉成高電平的脈衝結束信號。在其中一個實施例中，所述單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路還包括與所述信號分離模塊連接的復位模塊，所述復位模塊，用於對所述第一觸發器和所述第二觸發器進行復位處理，以使所述第一觸發器和所述第二觸發器恢復初始狀態。在對當前單粒子脈衝瞬態信號進行展寬後，第一、第二觸發器內可能殘存歷史數據，會影響需要第一、第二觸發器的正常工作，所以在本實施例中需要利用展寬後的單粒子脈衝瞬態信號作為復位信號，對第一、第二觸發器進行復位處理，使第一、第二觸發器恢復到初始狀態，確保第一、第二觸發器能正常工作。如圖3所示，在其中一個實施例中，所述信號相位延時模塊包括多個依次串聯的反相器。在本實施例中，多個指代的2個或2個以上的個數，信號相位延時模塊可通過多級反相器實現，反相器級數及寬長比可依據所希望引入延時量確定，為後續脈衝寬度測量奠定基礎。在其中一個實施例中，所述信號處理模塊包括或非門，所述或非門的A端與所述信號分離模塊連接，所述或非門的B端與所述信號相位延時模塊連接，所述或非門的A端接收所述脈衝起始信號，所述或非門的B端接收所述相位延時處理後的所述脈衝結束信號，所述或非門的Y端輸出展寬後的單粒子瞬態脈衝信號。在本實施例中，信號處理模塊可通過或非門實現，脈衝起始信號和經相位延時的脈衝結束信號經過或非運算後，可重新合併為一個脈寬較大的脈衝信號並輸出，該脈寬較大的脈衝信號即為展寬後的單粒子瞬態脈衝信號。 如圖3所示，在其中一個實施例中，所述復位模塊包括緩衝器400，所述緩衝器400的輸出端分別與所述信號分離模塊中第一觸發器210的S端以及所述信號分離模塊中或非門230的A端連接，所述緩衝器的輸入端接收所述單粒子瞬態脈衝信號。在本實施例中，第一觸發器輸入端S前增加緩衝器400,而第一、第二觸發器的輸A R端均直接與原始單粒子瞬態脈衝連接。當單粒子瞬態脈衝0-1-0輸入電路時，其在電平轉為I時，將自動使第一、第二觸發器復位，在觸發器復位後，單粒子瞬態脈衝信號經緩衝器後方輸入至前觸發器的S端和信號分離模塊中的或非門的輸入端。如圖4所示，在其中一個實施例中，所述復位模塊包括緩衝器400，所述緩衝器400的輸出端分別與所述第一觸發器210的R端和所述第二觸發器220的R端連接，所述緩衝器的輸入端接收所述展寬後的單粒子瞬態脈衝信號。在本實施例中，整個電路的輸出端上串聯緩衝器，展寬後的單粒子瞬態脈衝信號反饋至信號分離電路的第一、第二觸發器的輸入R端，即對每個單粒子瞬態脈衝展寬後將自動使電路處於復位狀態，以方便後續脈衝展寬。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法，其特徵在於，包括步驟: 分離單粒子瞬態脈衝信號為脈衝起始信號和脈衝結束信號； 對所述脈衝結束信號進行相位延時處理； 合併所述脈衝起始信號和相位延時處理後的所述脈衝結束信號。
2.—種單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，其特徵在於，包括信號分離模塊、信號相位延時模塊和信號處理模塊； 所述信號分離模塊分離單粒子瞬態脈衝信號為脈衝起始信號和脈衝結束信號，發送所述脈衝起始信號到所述信號處理模塊，發送所述脈衝結束信號到所述相位延時模塊； 所述信號相位延時模塊對所述脈衝結束信號進行相位延時處理，並將處理後的所述脈衝結束信號發送到信號處理模塊； 所述信號處理模塊合併所述脈衝起始信號和相位延時處理後的所述脈衝結束信號。
3.根據權利要求2所述的單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，其特徵在於，所述信號分離模塊包括第一觸發器、第二觸發器和或非門，所述第一觸發器的R端與所述第二觸發器的R端連接，所述第一觸發器的-Q端與所述或非門的B端連接，所述或非門的Y端與所述第二觸發器的S端連接，所述第一觸發器的S端接收所述單粒子瞬態脈衝信號，所述第一觸發器的-Q端輸出所述脈衝起始信號，所述或非門的A端接收所述單粒子瞬態脈衝信號，所述第二觸發器的Q端輸出所述脈衝結束信號。
4.根據權利要 求3所述的單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，其特徵在於，還包括與所述信號分離模塊連接的復位模塊，所述復位模塊，用於對所述第一觸發器和所述第二觸發器進行復位處理，以使所述第一觸發器和所述第二觸發器恢復初始狀態。
5.根據權利要求2或3所述的單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，其特徵在於，所述信號相位延時模塊包括多個依次串聯的反相器。
6.根據權利要求2或3所述的單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，其特徵在於，所述信號處理模塊包括或非門，所述或非門的A端與所述信號分離模塊連接，所述或非門的B端與所述信號相位延時模塊連接，所述或非門的A端接收所述脈衝起始信號，所述或非門的B端接收所述相位延時處理後的所述脈衝結束信號，所述或非門的Y端輸出展寬後的單粒子瞬態脈衝信號。
7.根據權利要求4所述的單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，其特徵在於，所述復位模塊包括緩衝器，所述緩衝器的輸出端分別與所述信號分離模塊中第一觸發器的S端以及所述信號分離模塊中或非門的A端連接，所述緩衝器的輸入端接收所述單粒子瞬態脈衝信號。
8.根據權利要求4所述的單粒子瞬態脈衝寬度展寬電路，其特徵在於，所述復位模塊包括緩衝器，所述緩衝器的輸出端分別與所述第一觸發器的R端和所述第二觸發器的R端連接，所述緩衝器的輸入端接收所述展寬後的單粒子瞬態脈衝信號。
全文摘要
本發明提供一種單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法與電路，首先分離單粒子瞬態脈衝信號為脈衝起始信號和脈衝結束信號，之後對所述脈衝結束信號進行相位延時處理，最後合併所述脈衝起始信號和相位延時處理後的所述脈衝結束信號。本發明單粒子瞬態脈衝寬度展寬方法是基於邏輯門中信號的相位延時理論，由於邏輯門中信號相位延時量較大，因而輸入脈衝經過展寬模塊後寬度的增加量也很大，易於被後續電路捕捉或處理。
文檔編號H03K7/08GK103219970SQ20131011332
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月2日 優先權日2013年4月2日
發明者劉遠, 劉健波, 恩雲飛, 黃雲, 雷志峰, 何玉娟, 王曉晗 申請人:工業和信息化部電子第五研究所