一种自恢复抗单粒子软错误累积的三模冗余结构的制作方法

本发明属于半导体集成电路技术领域，尤其涉及自恢复抗单粒子软错误累积的三模冗余结构。

背景技术：

单粒子效应是空间粒子，尤其是高能量粒子撞击半导体器件，产生瞬间的光电流所致。单粒子效应会导致器件电压扰动，当单粒子攻击存储电路时，会造成存储电路的翻转，称之为单粒子翻转；当单粒子撞击组合逻辑时，会产生可沿组合逻辑传播的瞬态脉冲，即单粒子瞬态，单粒子瞬态被存储单元如触发器等捕获后也会造成单粒子软错误。

常用的解决单粒子效应问题的结构为三模冗余结构。如图2所示，将目标组合逻辑电路和触发器电路复制三份得到第一组合逻辑电路201、第一触发器202、第二组合逻辑电路203、第二触发器204、第三组合逻辑电路205、第三触发器206，三路冗余通过表决电路207表决后进行输出。当三模冗余中的一模被单粒子攻击导致触发器发生单粒子软错误时，其他两模不受影响并通过表决电路207能够保证电路输出结果的正确性。

上述传统三模冗余的结构虽然能够抵抗单个粒子攻击造成的单粒子软错误，但是若电路长期不进行刷新，在其中的一模发生软错误后，剩余的其中一模也被单粒子攻击发生单粒子软错误，两模的软错误将导致表决电路207的最终输出错误，因而限制了其使用。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供一种自恢复抗单粒子软错误累积的三模冗余结构，以较小的开销解决了长期任务中由软错误累积造成的问题。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种自恢复的抗单粒子错误累积的三模冗余结构，包括：三模冗余电路与自恢复电路；其中，三模冗余电路与自恢复电路相连接，自恢复电路根据三模冗余电路的输出进行检测判别检测单粒子软错误，当检测到单粒子软错误时，自恢复电路对三模冗余电路进行置位/复位操作。

上述自恢复的抗单粒子错误累积的三模冗余结构中，所述三模冗余电路包括第一组合逻辑电路、第一触发器、第二组合逻辑电路、第二触发器、第三组合逻辑电路、第三触发器和表决电路；其中，三模冗余电路的输入信号input经过第一组合逻辑电路、第二组合逻辑电路、第三组合逻辑电路分别被三个完全相同的第一触发器、第二触发器、第三触发器锁存，三个触发器各自的输出均通过表决器进行表决后得到最终的输出信号output。

上述自恢复的抗单粒子错误累积的三模冗余结构中，所述自恢复电路包括单粒子软错误检测电路、置位数据选择电路、复位数据选择电路和反相器；其中，三个触发器各自的输出同时作为单粒子软错误检测电路的输入，单粒子软错误检测电路的输出接到置位数据选择器和复位数据选择器的控制端，外部复位信号cdn和输出信号output作为复位数据选择器的输入，复位数据选择器的输出端接到三个触发器的复位端对相对应的触发器进行复位操作；外部输入的置位信号sdn和输出信号output经过一个反相器后的信号作为置位数据选择器的输入，置位数据选择器的输出端接到三个触发器的置位端对相对应的触发器进行置位操作；单粒子软错误检测电路根据第一触发器、第二触发器、第三触发器的输出进行检测判别检测单粒子软错误，当检测到单粒子软错误时，通过置位数据选择器和复位数据选择器选择输出信号output对每个触发器进行置位/复位操作。

上述自恢复的抗单粒子错误累积的三模冗余结构中，还包括：当表决电路被单粒子攻击时，输出信号output发生单粒子软错误，而单粒子软错误检测电路并没有检测到单粒子软错误，不会对每个触发器进行复位或者置位操作。

上述自恢复的抗单粒子错误累积的三模冗余结构中，当三个触发器中的任意一个在单粒子作用下产生软错误时，经单粒子软错误检测电路和数据选择电路利用输出信号output对电路进行置位/复位操作，对软错误进行恢复；当单粒子软错误检测电路被单粒子攻击时，会错误地触发置位数据选择器和复位数据选择器件并选择输出信号output对每个触发器进行置位/复位操作，由于输出信号output是正确的，置位/复位操作不会引起每个触发器的错误。

上述自恢复的抗单粒子错误累积的三模冗余结构中，单粒子软错误检测电路输出的软错误检测信号和输出信号output是独立产生的，使得单个粒子不会同时影响软错误检测信号和输出信号而造成误操作。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明通过添加单粒子软错误检测电路和数据选择电路对三模冗余进行自恢复设计，解决了三模冗余电路在长期任务中可能由于错误累积导致的加固失效。

(2)本发明通过独立产生的单粒子软错误检测信号选择输出信号对电路进行置位/复位操作，当单粒子攻击表决器或单粒子软错误检测电路产生单粒子瞬态时，表决器产生的单粒子瞬态或单粒子瞬态检测电路产生的单粒子瞬态不会造成电路的错误置位/复位；当且仅当单粒子同时影响单粒子瞬态检测电路和表决器电路时，会造成电路的误操作。结合在版图设计中将这两部分分离可以保证单个离子不同时影响单粒子瞬态检测电路和表决器电路。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的自恢复抗单粒子软错误累积的三模冗余结构示意图；

图2为现有技术中的传统三模冗余结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1为本发明实施例提供的的自恢复抗单粒子软错误累积的三模冗余结构示意图。如图1所示，自恢复抗单粒子软错误累积的三模冗余结构由三模冗余电路与自恢复电路组成，三模冗余电路由第一组合逻辑电路101、第一触发器102、第二组合逻辑电路103、第二触发器104、第三组合逻辑电路105、第三触发器106和表决电路107组成，自恢复电路由单粒子软错误检测电路108、置位数据选择电路109、复位数据选择电路110、反相器111组成。三模冗余电路的输入input经过第一组合逻辑电路101、第二组合逻辑电路103、第三组合逻辑电路105分别被三个完全相同的第一触发器102、第二触发器104、第三触发器106锁存，三个触发器的输出通过表决器107进行表决后得到最终的输出信号output。三个触发器的输出同时作为单粒子软错误检测电路108的输入，单粒子软错误检测电路108的输出接到置位数据选择器109和复位数据选择器110的控制端，外部复位信号cdn和输出信号output作为复位数据选择器的输入，复位数据选择器的输出端接到三个触发器的复位端对触发器进行复位操作；外部输入的置位信号sdn和输出信号output经过一个反相器后的信号作为置位数据选择器的输入，置位数据选择器的输出端接到三个触发器的置位端对触发器进行置位操作。单粒子软错误检测电路108根据第一触发器102、第二触发器104、第三触发器106的输出进行检测判别检测单粒子软错误，当检测到单粒子软错误时，通过置位数据选择器和复位数据选择器选择输出信号output对触发器进行置位/复位操作，对触发器发生软错误的触发器进行恢复。

单粒子软错误检测电路的三个输入中只要有一个不同，则单粒子软错误检测电路输出有效。当三个触发器中的任意一个在单粒子作用下产生软错误时，经单粒子软错误检测电路108和数据选择电路利用输出信号output对电路进行置位/复位操作，对软错误进行恢复，防止在长期不刷新的任务中，三模的触发器由于软错误累积而造成的单粒子加固失效。

当表决电路107被单粒子攻击时，输出信号output发生单粒子软错误，而单粒子软错误检测电路108并没有检测到单粒子软错误，不会对每个触发器进行复位或者置位操作。

当单粒子软错误检测电路108被单粒子攻击时，产生软错误，由于输出信号output是正确的，触发器进行的置位/复位操作不会引入错误。

单粒子软错误检测电路108输出的软错误检测信号和输出信号output是独立产生的，可保证单个粒子不会同时影响软错误检测信号和输出信号而造成误操作。单粒子软错误检测电路和刷新电路根据需要可以应用于不同的三模冗余结构，不仅仅适用于三个组合逻辑完全相同的三模冗余结构，同样也适用于三路组合逻辑为不同延时的用于单粒子瞬态加固的三模冗余结构。自恢复抗单粒子软错误累积的三模冗余结构，是仅通过增加外部检测电路和数据选择电路，并不影响三模冗余结构电路的功能。对三模电路的置位/复位信号是由输出信号经过选择产生，而不用额外产生，减少了冗余电路结构。

独立产生的单粒子软错误检测信号选择输出信号对电路进行置位/复位操作，仅在检测信号上的单粒子瞬态或者仅在输出信号上的单粒子瞬态不会造成电路的错误置位/复位。

单粒子软错误检测信号和对电路进行置位/复位操作的信号是独立产生的。保证单个粒子不会同时影响软错误检测信号和置位/复位信号，通过软错误检测信号选择置位/复位信号对电路进行恢复，保证了检测信号上的单粒子瞬态和输出的单粒子瞬态不会造成电路错误的的置位/复位。

本实施例通过添加单粒子软错误检测电路和数据选择电路对三模冗余进行自恢复设计，解决了三模冗余电路在长期任务中可能由于错误累积导致的加固失效。

本实施例通过独立产生的单粒子软错误检测信号选择输出信号对电路进行置位/复位操作，当单粒子攻击表决器或单粒子软错误检测电路产生单粒子瞬态时，表决器产生的单粒子瞬态或单粒子瞬态检测电路产生的单粒子瞬态不会造成电路的错误置位/复位；当且仅当单粒子同时影响单粒子瞬态检测电路和表决器电路时，会造成电路的误操作。结合在版图设计中将这两部分分离可以保证单个离子不同时影响单粒子瞬态检测电路和表决器电路。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。