32nm CMOS工艺单粒子三点翻转自恢复锁存器设计

摘要

纳米尺度CMOS工艺的电荷共享效应日益显著,粒子入射导致电路内部多个节点同时翻转的概率急剧升高.为了提高时序单元的可靠性,提出了一种三点翻转(triple node upsets,TNUs)自恢复的加固锁存器结构,利用双输入反相器的阻塞能力,将24个双输入反相器级联成6级,经反馈将发生翻转的节点恢复正确;内部采用不对称的连线方式,有效地消除了共模故障,优化了双输入反相器内部NMOS/PMOS的驱动能力,消除了节点逻辑值翻转造成的亚稳态.采用Hspice进行实验表明,相比已有容忍TNUs的4种加固锁存器,仅有所提结构和TNURL可以从TNUs中自行恢复,其他3种加固锁存器均无法从TNUs中自行恢复,而且会在输出端产生高阻态;和TNURL结构相比,所提结构的功耗减小了35.3％,延迟减小了48.3％,功耗延迟积(power delay product,PDP)减少了67.6％.