一种可容软错误的稳定性检测器

1 引言

老化和软错误是影响电路可靠性的两个重要因数。研究表明产生老化的主要原因为负偏置温度不稳定性[1-4]（NBTI：Negative Bias Temperature Instability）。由于NBTI本身的特性，我们可以通过老化预测传感器对NBTI引起的老化进行提前预测[5]。软错误是一种由辐射、电压电流变化等引起的一种瞬态过程[6-7]。单粒子瞬态SET（Single Event Transition）是软错误的一种[8-10]，SET通常在组合逻辑电路产生，当电路中发生了SET，那么SET就会通过组合逻辑电路，依次影响各个结构的工作状态，导致错误发生。

2 稳定性检测器

2.1 老化预测传感器框架结构

老化预测传感器框架图如图1所示，时钟信号CLK通过延迟单元输出保护带信号GB，组合逻辑输入信号Comb和保护带信号GB通过稳定检测器，得到稳定检测器输出信号OUT，判断是否发生了老化。

图1 老化预测传感器框架图

本文的结构用于传感器的检测阶段，其用来检测组合逻辑输入信号，并判断电路是否发生老化。

2.2 容软错误的稳定性检测器设计

本文提出了一种可容软错误的稳定检测器。该结构利用了C单元对结构进行防护。因此下文介绍C单元结构，C单元结构图如图2所示，其工作原理为X1、X2输入相同，那么反向输出Y，X1、X2输入不同，那么保持之前的输出，输出为高阻态。

C单元工作过程：当X1、X2输出为高电平1，那么P1、P2关断，N1、N2管导通，Y输出0。当X1、X2输出为0时，那么P1、P2导通，N1、N2关断，Y输出1。若此时X1点输出由0变为1，N1导通，P1关断，P2导通，N1关断，Y节点既不接高电平，又不接地，输出为高阻态，保持之前的输出1。因此C单元可以用来稳定电路。

图2 C单元结构

容软错误的稳定性检测器如图3所示，RESET为该结构的复位开关，用来控制结构的正常工作（正常工作时RESET控制P1为关断状态）。GB为延时单元输出的保护带信号，Co和CoB为组合逻辑输入信号以及其反向信号。OUT为检测结果，并用来控制P2、N4、N5、N6，当组合逻辑电路未发生老化，OUT输出为0，此时P2导通，N4、N5、N6关断，稳定性检测器可以持续对组合逻辑输入进行检测。当检测到组合逻辑电路老化时，OUT输出为1，P2关断，此时结构的上拉网络关断，N4、N5、N6导通，下拉网络导通，OUT输出为1，从而锁存检测结果。

图3 本文的稳定性检测器

当检测完成后稳定性检测器发生软错误，假设X点受到高能粒子轰击，发生软错误，由于X，Y节点逻辑输出值在未发生错误时为0，当X点发生软错误并由0跳变到1，此时Y点仍然为0，故X，Y逻辑值相反，通过C单元输出高阻态，OUT输出为1。由于未改变结构OUT输出值，此时N4、N5、N6导通，下拉网络导通，纠正X点值，使得结构进入恢复为稳定状态。

3 结论

本文提出了一种可容软错误的稳定性检测器，该检测器可以预防锁存期间结构因高能粒子轰击而产生的锁存错误，并且通过反馈使节点保持强0状态，提高了稳定性检测器的抗干扰能力。