低开销三点翻转自恢复锁存器设计：提高集成电路可靠性

本文主要探讨了在现代集成电路设计中面临的严峻挑战——单粒子效应，特别是单粒子多点翻转（Multiple Node Upsets, MNUs），其中特别关注的是单粒子三点翻转（Triple-Node-Upset, TNU）。随着技术的发展，集成电路的可靠性问题日益突出，特别是在汽车电子、雷达芯片和卫星导航等领域，对可靠性的要求非常高。高能粒子如α粒子或宇宙中子对微小的晶体管结构造成电荷积累，可能导致逻辑值的瞬间翻转，这对时序逻辑设备如锁存器和寄存器构成威胁。 针对这一问题，现有的抗辐射加固设计技术，如版图隔离、空间冗余和抗辐射加固设计，尽管有效，但往往伴随着较高的开销。文献中提到的一些针对TNUs的抗辐射加固锁存器方案虽有容忍能力，但可能在可靠性或成本上存在不足。为了克服这些问题，本文提出了一种创新的解决方案——低开销的三点翻转自恢复锁存器（Low-Cost Triple-Node-Upset-ResilientLatch, LC-TNURL）。 LC-TNURL的设计基础是冗余互锁技术，它巧妙地利用了C单元的阻塞特性，并将7个C单元和7个时钟控制的C单元组成一个环状冗余互锁结构。这种结构的目的是通过冗余机制来提高锁存器的抗TNU能力。当一个C单元受到TNU影响时，其冗余配置能够检测到异常并自动进行自恢复，从而避免逻辑错误的传播。这种方法显著降低了额外的硬件开销，提高了锁存器的可靠性，对于追求高效、低成本和高可靠性的现代集成电路设计具有重要意义。 通过优化设计和实现冗余保护，LC-TNURL在确保系统稳定运行的同时，减轻了单粒子效应带来的负面影响。本文的研究对于提高集成电路在严苛环境下的性能和耐用性，特别是在对可靠性要求极高的航天和汽车应用中，具有重要的实际价值和理论贡献。然而，深入研究和优化设计细节，如故障检测算法和电源管理策略，将是未来工作的重点，以进一步提升LC-TNURL的效能。