【摘 要】
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集成电路技术的飞速发展,使得以数字计算机及微型机为基础的微机保护在电力系统继电保护方面得到了实际应用和广泛发展。然而数字集成电路给工业发展和社会生活带来便利的同时也逐渐暴露出潜在的问题。由于工艺尺寸缩放、集成度提高、电路工作电压不断降低、节点电容减小,单粒子效应和电荷共享效应带来的软错误率上升的问题变得不可忽视,由此引发的电路可靠性问题引起了行业和研究人员越来越多的重视。作为数字集成电路中最基本的
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集成电路技术的飞速发展,使得以数字计算机及微型机为基础的微机保护在电力系统继电保护方面得到了实际应用和广泛发展。然而数字集成电路给工业发展和社会生活带来便利的同时也逐渐暴露出潜在的问题。由于工艺尺寸缩放、集成度提高、电路工作电压不断降低、节点电容减小,单粒子效应和电荷共享效应带来的软错误率上升的问题变得不可忽视,由此引发的电路可靠性问题引起了行业和研究人员越来越多的重视。作为数字集成电路中最基本的时序存储单元,锁存器电路抗单粒子翻转性能的强弱将直接影响微机保护芯片系统在空间辐射环境中能否正确处理数据,对电力系统继电保护的可靠性造成严重威胁。本文针对锁存器电路的抗单粒子翻转性能进行研究,提出了电路级的加固设计。主要工作如下:首先,介绍了集成电路与电力系统继电保护的发展过程及过程中软错误上升的主要因素,其中重点介绍了关于单粒子效应和电荷共享效应对锁存器数据处理的影响。其次,说明了锁存器的加固重要性及现状并依次介绍了现有几种加固方式下具有代表性的锁存器电路。接着,详细介绍了HSPICE仿真工具以及常用的仿真模型等。最后针对存在的问题提出了加固设计方案。1.基于DNCS(2014)锁存电路的对输出添加弱保持器当输出与锁存电路阻塞时,输出逻辑节点高阻态不能长时间稳定保持数据的问题,利用错误移项兼容原理来改进DNCS(2014)锁存器电路,提出了新型DNCS锁存器电路。2.由于单粒子效应和电荷共享效应加剧,电路在受到高能粒子轰击时可能会同时造成两个存储节点逻辑翻转。针对这个问题本文提出了两个单粒子双节点翻转自恢复锁存器加固电路,在面积开销和自恢复时间上各有优点。其中提出的HRLCDRL锁存器与现有的单粒子双节点翻转加固锁存器设计相比,HRLCDRL锁存器的面积功耗延迟积(Area-Power-Delay Product,APDP)平均降低了大约40.96%。本文采用节点冗余等方法,对现阶段CMOS锁存电路抗单粒子翻转性能进行了研究,提出了三个锁存器电路加固设计方案,这些方案不仅与现有的加固设计相比具有一定的优势,而且在其他存储电路的抗单粒子翻转加固设计中同样具有借鉴价值。图[32]表[3]参[86]
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