一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量方法及系统。包括组合逻辑电路；所述组合逻辑电路包括目标电路模块、选通电路模块、单粒子瞬态脉冲宽度测量模块和延时单元延迟时间标定模块。本发明专利技术提供了一种自触发信号产生电路结构简单，不需要特殊的延迟设计的一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量方法及系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于单粒子瞬态脉冲测量领域，涉及一种单粒子瞬态脉冲测量方法级及系统，尤其涉及一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量方法及系统。
技术介绍
组合逻辑电路的单粒子瞬态脉冲引起的软错误导致的辐射可靠性问题随着集成电路工艺节点的提高而变得越来越严重。而单粒子瞬态脉冲宽度是衡量单粒子瞬态引起软错误可能性的一个重要参数。脉冲宽度越宽，单粒子瞬态脉冲引起软错误的概率也越大。所以准确测量单粒子瞬态脉冲宽度，覆盖从窄脉冲宽度到宽脉冲宽度的范围显得很有意义。同时，对于组合逻辑电路中单粒子瞬态脉冲的产生和传播机理的研究也有重要的意义。宽度窄的单粒子瞬态脉冲在一般辐射环境下产生的单粒子瞬态脉冲宽度分布中占有很大的权重，因此它的准确测量很重要。在片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量电路中，由于组合逻辑电路的结构一般会比脉冲测量电路的简单，寄生电容小，所以在组合逻辑中产生的窄单粒子瞬态脉冲虽然有可能在组合逻辑中可以无衰减传播，但是在脉冲测量电路中可能随着瞬态脉冲经过延时锁存单元的级数的增加逐渐衰减。这会导致小于一定脉冲宽度的窄单粒子瞬态脉冲无法被脉冲测量电路捕获和准确测量。国外提出的并且得到广泛采用的片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量方法只有一个宽脉冲宽度测量模块，无法实现宽度小于在测量模块中无衰减传播的窄单粒子瞬态脉冲测量。如文献“BalajiNarasimham,etal,“On‐ChipCharacterizationofSingle‐EventTransientPulsewidths”,IEEETrans.DeviceMater.Rel.,vol.6,no.4,pp.542‐549,Dec.2006.”同时，由于需要在第一级延时锁存单元就引出自触发信号，所以设计的自触发信号产生电路需要让自触发信号经过足够的延迟，以保证单粒子瞬态脉冲宽度在多级延时锁存单元链中完全锁存下来，增加了单粒子瞬态脉冲测量电路设计的难度。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所提到的技术问题，本专利技术提出了一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量方法及系统。该方法及系统可以实现某个集成电路工艺节点下组合逻辑电路产生的单粒子瞬态脉冲宽度测量，覆盖从窄脉冲宽度到宽脉冲宽度的范围。解决了现有片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量无法测量窄脉冲宽度的问题，而且简化了自触发信号产生的电路设计，减小了自触发信号延时带来的电路面积消耗。本专利技术技术解决方案为：一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量系统，其特殊之处在于：包括组合逻辑电路；上述组合逻辑电路包括目标电路模块、选通电路模块、单粒子瞬态脉冲宽度测量模块和延时单元延迟时间标定模块；上述目标电路模块包括若干结构类型不同的组合逻辑单元链；上述选通电路模块用于选择来自目标电路模块的一条组合逻辑链的输出，作为后续脉冲宽度测量电路的输入信号；上述单粒子瞬态脉冲宽度测量模块包括宽脉冲宽度测量单元和窄脉冲测量单元；上述宽脉冲宽度测量单元用于测量脉冲宽度较宽的单粒子瞬态脉冲,；上述窄脉冲宽度测量单元用于测量脉冲宽度小于能在多级延时锁存单元中无衰减传播的单粒子瞬态脉冲的宽度；上述宽脉冲宽度测量单元和窄脉冲测量单元均包括若干延时锁存单元并前后串联；上述宽脉冲宽度测量单元包含的延时锁存单元多于窄脉冲宽度测量单元包含的延时锁存单元；上述单粒子瞬态脉冲宽度测量模块还包括自触发信号产生电路；上述延时单元延迟时间标定模块为奇数级延时锁存单元构成的一个环形振荡器且每个延时锁存单元都置于导通模式；上述延时锁存单元包括第一传输门、第二传输门和两个反相器；两个反相器串联组成一个锁存单元，并由第一传输门控制延时锁存单元的信号输入，第二传输门控制延时锁存单元的状态保存；上述锁存单元的锁存点在S处；所述S点为锁存单元的逻辑状态；上述第一传输门和第二传输门分别受到PA和HO信号的控制；而且PA和HO两个信号一个高电平则另一个低电平；当PA是高(低)电平的时候，第一个传输门处于导通(关闭)，而状态HO则为低(高)电平，第二个传输门处于关闭(导通)状态；当PA是低电平的时候，第一个传输门处于关闭，而状态HO则为高电平，第二个传输门处于导通状态；上述PA和HO的信号来源由自触发信号产生电路提供；上述自触发信号产生电路包括一个与非门和一个SR锁存器。由于采用了宽脉冲和窄脉冲两个测量模块并行的工作模式，自触发信号产生的电路就可以放置在离延时锁存单元链接近输出端的位置。因此这里的自触发信号产生电路结构简单，不需要特殊的延迟设计，大大降低了设计的难度。上述延时锁存单元的锁存信号端都依次连接到一个扫描式触发器的输入端上；各个扫描式触发器之间相互串联，构成扫描式移位寄存器。一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：1】将待测芯片放置在PCB板上并与FPGA连接；2】标定待测芯片在任意工作电压、温度下工作的每级延时锁存单元的延迟时间；3】FPGA测量得到待测芯片移位寄存器链输出的数据，并进行数据存储；4】根据步骤3】所得到的数据，判断窄脉冲测量模块的测量结果是否超量程，即窄脉冲测量模块的延时单元锁存信号是否全部变化，如果是则表示超量程；当超量程，则以宽脉冲测量模块的结果为准，计算单粒子瞬态脉冲的宽度：宽脉冲测量模块中发生状态变化的延时单元锁存数量与单位延时锁存单元延时的乘积；当窄脉冲测量模块的测量结果还没有超过量程，则以窄脉冲测量结果为准，计算单粒子瞬态脉冲的宽度：窄脉冲测量模块中发生状态变化的延时单元锁存数量与单位延时锁存单元延时的乘积。本专利技术的优点是：本专利技术可用于测量某个集成电路工艺节点下，组合逻辑电路中单粒子瞬态脉冲宽度的测量。相比当前最新的单粒子瞬态脉冲宽度测量方法，本专利技术降低单粒子瞬态脉冲的最小可以测量宽度，同时可以降低自触发信号产生电路的设计难度。由于本专利技术采用了宽脉冲和窄脉冲两个测量模块并行的工作模式，自触发信号产生的电路就可以放置在离延时锁存单元链接近输出端的位置。因此这里的自触发信号产生电路结构简单，不需要特殊的延迟设计，大大降低了设计的难度。附图说明图1为本专利技术系统结构示意图；图2为本专利技术多级反相器链示意图；图3为本专利技术多级与非门链示意图；图4为本专利技术延时锁存单元结构示意图；图5为本专利技术宽脉冲宽度和窄脉冲宽度测量模块结构示意图；图6为本专利技术自触发信号产生电路图；图7为本专利技术扫描式触发器串联构成的移位寄存器(共N+n级)的前三级连接示意图；图8为本专利技术脉宽测量电路信号时序关系图。图9为本专利技术脉宽测量电路测量结果。其中，1‐目标电路模块、2‐选通电路模块、3‐宽脉冲宽度测量模块、4‐窄脉冲宽度测量模块、5‐延时单元延迟时间标定模块；301-传输门、302-反相器、303-反相器、304-传输门、401‐延时锁存单元、501-与非门、502-SR锁存器、601-扫描式触发器。具体实施方式参见附图，一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量系统，包括组合逻辑电路；上述组合逻辑电路包括目标电路模块1、选通电路模块2、单粒子瞬态脉冲宽度测量模块和延时单元延迟时间标定模块5；上述目标电路模块1包括若干结构类型不同的组合逻辑单元链；上述选通电路模块2用于选择来自目标电路模块的一条组合逻辑链的输出，作为后续脉冲宽度测量电路的输入信号；上述单粒子瞬态脉冲宽度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量系统，其特征在于：包括组合逻辑电路；所述组合逻辑电路包括目标电路模块、选通电路模块、单粒子瞬态脉冲宽度测量模块和延时单元延迟时间标定模块；所述目标电路模块包括若干结构类型不同的组合逻辑单元链；所述选通电路模块用于选择来自目标电路模块的一条组合逻辑链的输出，作为后续脉冲宽度测量电路的输入信号；所述单粒子瞬态脉冲宽度测量模块包括宽脉冲宽度测量单元和窄脉冲测量单元；所述宽脉冲宽度测量单元用于测量脉冲宽度较宽的单粒子瞬态脉冲；所述窄脉冲宽度测量单元用于测量脉冲宽度小于能在多级延时锁存单元中无衰减传播的单粒子瞬态脉冲的宽度；所述宽脉冲宽度测量单元和窄脉冲测量单元均包括若干延时锁存单元并前后串联；所述宽脉冲宽度测量单元包含的延时锁存单元多于窄脉冲宽度测量单元包含的延时锁存单元；所述单粒子瞬态脉冲宽度测量模块还包括自触发信号产生电路；所述延时单元延迟时间标定模块为奇数级延时锁存单元构成的一个环形振荡器且每个延时锁存单元都置于导通模式。

【技术特征摘要】
1.一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量系统，其特征在于：包括组合逻辑电路；所述组合逻辑电路包括目标电路模块、选通电路模块、单粒子瞬态脉冲宽度测量模块和延时单元延迟时间标定模块；所述目标电路模块包括若干结构类型不同的组合逻辑单元链；所述选通电路模块用于选择来自目标电路模块的一条组合逻辑链的输出，作为后续脉冲宽度测量电路的输入信号；所述单粒子瞬态脉冲宽度测量模块包括宽脉冲宽度测量单元和窄脉冲测量单元；所述宽脉冲宽度测量单元用于测量脉冲宽度较宽的单粒子瞬态脉冲；所述窄脉冲宽度测量单元用于测量脉冲宽度小于能在多级延时锁存单元中无衰减传播的单粒子瞬态脉冲的宽度；所述宽脉冲宽度测量单元和窄脉冲测量单元均包括若干延时锁存单元并前后串联；所述宽脉冲宽度测量单元包含的延时锁存单元多于窄脉冲宽度测量单元包含的延时锁存单元；所述单粒子瞬态脉冲宽度测量模块还包括自触发信号产生电路；所述延时单元延迟时间标定模块为奇数级延时锁存单元构成的一个环形振荡器且每个延时锁存单元都置于导通模式。2.根据权利要求1所述的一种片上自触发单粒子瞬态脉冲宽度测量系统，其特征在于：所述延时锁存单元包括第一传输门、第二传输门和两个反相器；两个反相器串联组成一个锁存单元，并由第一传输门控制延时锁存单元的信号输入，第二传输门控制延时锁存单元的状态保存；所述锁存单元的锁存点在S处；所述S点为锁存单元的逻辑状态；所述第一传输门和第二传输门分别受到PA和HO信号的控制；而且PA和HO两个信号一个高电平则另一个低电平；当PA是高(低)电平的时候，第一个传输门处于导通(关闭)，而状态HO则为低(高)电平，第二个传输门处于关闭(导...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣梅，陈伟，沈忱，郭晓强，郭红霞，丁李利，赵雯，刘以农，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，清华大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61