[实用新型]一种抗辐射加固的主从触发器及计数器链

说明书

技术领域

本实用新型涉及微电子技术领域。更具体地，涉及一种抗辐射加固的主从触发器及计数器链。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，越来越多的电子元器件和电子设备需要在辐射环境中使用。电子设备中的一些元器件在受到外部环境中的辐射及光照等因素影响时，容易导致一些电参数发生改变，严重时甚至可能会导致一些电子元器件功能失效，进而使电子设备不能正常工作和运行。

目前，CMOS电路广泛应用于卫星核武等辐射环境中。CMOS电路对辐射尤其敏感，常规工艺生产的未经加固的CMOS电路的抗辐射总剂量辐射能力低于1×10⁴rad(Si)，如果超过这个剂量就会造成元器件的损伤，导致其不能正常工作。而长寿命卫星沿其轨道运行时，受到的辐射总剂量可达5×10⁵rad(Si)，显然，不经过抗辐射加固的CMOS电路不能满足长寿命卫星和核辐射环境下的使用要求，因此必须对CMOS电路进行抗辐射加固。

普通的芯片在辐射环境下会产生一些由辐射导致的效应，包括总剂量效应和单粒子效应。空间中还存在着很多高能带电粒子，高能粒子入射到半导体器件或集成电路芯片中时产生高密度的电子空穴对，这些电子空穴对能够被器件敏感的反偏PN结所收集，从而使电路逻辑状态发生翻转、或者诱发寄生结构导通造成器件本身永久性损伤。造成航天器器件单粒子效应的高能带电粒子主要是高能质子和高能重离子。随着集成电路尺寸的减小和氧化层厚度的减薄，单粒子现象越来越受到研究人员的重视，这些单粒子效应包括单粒子翻转、单粒子瞬态、单粒子锁定、单粒子烧毁、单粒子栅击穿和单粒子功能中断等。

随着CMOS电路尺寸的不断缩小，单粒子效应对集成电路的影响逐渐成为了辐射环境对集成电路影响的主要原因，尤其是时序电路部分，很容易受到辐射的影响而无法正常工作。时序电路中的核心模块是主从触发器甚至是触发器链即计数器链，其版图结构多是密集排布，且其内部的基础逻辑门结构未经过任何处理，属于电路敏感区，在辐射环境中极其容易发生单粒子翻转，使其逻辑产生错误，因此时序电路部分的抗辐射加固主要是主从触发器模块的抗辐射加固。

因此，需要提供一种抗辐射加固的主从触发器及计数器链。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种抗辐射加固的主从触发器及计数器链，从结构版图上进行抗辐射加固，以缓解数字时序逻辑电路受辐射影响而产生的电参数改变、逻辑错误甚至功能失效等问题，来提高数字时序逻辑电路的可靠性，提高在轨卫星的工作寿命。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型的一方面提供一种抗辐射加固的主从触发器，主从触发器基于CMOS且包括具有第一反馈回路的主触发器和具有第二反馈回路的从触发器，第一反馈回路中设置有第一滤波结构，第二反馈回路中设置有第二滤波结构，主从触发器中CMOS采用多晶硅栅极且栅长为5um。

本实用新型中，为了解决单粒子效应对器件逻辑功能的影响，适当增大了MOS管的尺寸并加入滤波结构以解决单粒子效应。具体地，本实用新型中，主从触发器中CMOS采用多晶硅栅极且栅长为5um，沟道长度增加，降低了MOS管的开启速度，当单粒子入射MOS管有源区时产生的电压尖峰的脉宽比较小，不足以使MOS管完全导通就恢复正常，可有效降低单粒子效应造成的影响。上述基础上，在单个主从触发器结构中加入滤波结构，既可以作为导线对触发器形成正反馈，提高相应速度，更可以适当减小高能粒子入射有源区产生的电子空穴对所携带的能量，是能量流入滤波结构而不是直接作用于MOS管，有效解决了单粒子效应造成的影响。

优选地，主从触发器为基于与非门的主从触发器。

进一步优选地，主从触发器包括主触发器和从触发器，其中

主触发器，包括具有第一传输门和第一与非门的第一传输回路及包括第二与非门、第一滤波结构和第二传输门的第一反馈回路，主触发器输入端经第一传输门与第一与非门第一输入端相连，第一与非门数据输出端作为主触发器输出端与第二与非门第一输入端相连，第二与非门输出端依次经第一滤波结构和第二传输门连接至第一与非门第一输入端；

从触发器，包括具有第三传输门和第三与非门的第二传输回路及包括第四与非门、第二滤波结构和第四传输门的第二反馈回路，从触发器输入端经第三传输门与第三与非门第一输入端相连，第三与非门数据输出端作为从触发器输出端与第四与非门第一输入端相连，第四与非门输出端依次经第二滤波结构和第四传输门连接至第三与非门第一输入端；