一種改進(jìn)的對抗軟錯(cuò)誤電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

N個(gè)單獨(dú)模塊產(chǎn)生的錯(cuò)誤檢測信號SEU_O，通過N位的或門輸入給公共模塊，進(jìn)而對電路中N能發(fā)器的輸出進(jìn)行修改。由圖2可知，任何一個(gè)觸發(fā)器檢測出有SEU錯(cuò)誤產(chǎn)生，該觸發(fā)器的單獨(dú)模塊輸出信號SEU_O變?yōu)?，那么公共模塊的輸入信號SEU變?yōu)?，進(jìn)而通過各個(gè)模塊的S5信號對狀態(tài)進(jìn)行保存，使其對改變后的值不進(jìn)行錯(cuò)誤處理。

2 多次檢測單粒子翻轉(zhuǎn)的電路結(jié)構(gòu)
由第一節(jié)可知，該方案雖然可以以較小的面積和使用較少的邏輯器件實(shí)現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)的檢測和糾正。但是它存在兩個(gè)問題，第一個(gè)問題是對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變沿的檢測只可以檢測0到1的轉(zhuǎn)變，不可以檢測到1到0的轉(zhuǎn)變，以至于對由于SEU引起的由1變?yōu)?的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤翻轉(zhuǎn)無法檢測，影響電路系統(tǒng)的穩(wěn)定行；第二個(gè)問題是該電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的假設(shè)條件，每1個(gè)時(shí)鐘周期只發(fā)生1次單粒子翻轉(zhuǎn)引起的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。由圖2可知，當(dāng)一個(gè)時(shí)鐘上升沿來臨，鎖存器的輸出Q被清零，SEU_O的值只與數(shù)據(jù)沿和時(shí)鐘沿有關(guān)。當(dāng)任何一個(gè)觸發(fā)器的輸出由于受到SEU的影響發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過各個(gè)獨(dú)立模塊的錯(cuò)誤檢測電路，檢測出有錯(cuò)誤發(fā)生。此時(shí)，該獨(dú)立模塊的SEU_O變?yōu)?，并對該模塊中的觸發(fā)器輸出進(jìn)行糾正。同時(shí)，公共模塊的鎖存器被置為1，由前面的式(2)可知。SEU_O變?yōu)?，并且與S3和S4無關(guān)，直到下一個(gè)時(shí)鐘上升沿到來時(shí)，鎖存器才被再次置為0，才會隨著S3和S4發(fā)生變化。由上述分析可知，該電路結(jié)構(gòu)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只可以檢測和糾正一次單粒子翻轉(zhuǎn)引起的數(shù)據(jù)輸出錯(cuò)誤。
在只有一位觸發(fā)器的情況下，電路在每一個(gè)時(shí)鐘最多發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)的假設(shè)是可以接受的。但是，隨著現(xiàn)在電路規(guī)模和功能要求的增加，這將限制電路對數(shù)據(jù)的檢測和糾正，嚴(yán)重影響電路系統(tǒng)的可靠性。
2．1 數(shù)據(jù)沿的產(chǎn)生
針對第一個(gè)問題，本文對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變沿的檢測采用下述結(jié)構(gòu)。該電路結(jié)構(gòu)采用2個(gè)非門和1個(gè)異或門。利用兩個(gè)非門來產(chǎn)生延時(shí)，異或門對延時(shí)后的信號和原來的信號進(jìn)行比較，進(jìn)而在上升沿和下降沿時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，用于數(shù)據(jù)沿的檢測。
2．2 多次檢測和糾正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)電路
針對第二個(gè)問題，本文添加了少量的邏輯電路，以實(shí)現(xiàn)對由SEU引起的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的多次檢測和糾正。原理圖如圖3所示，與參考文獻(xiàn)提出的電路原理相比，該電路結(jié)構(gòu)只是在公共模塊上增加了1個(gè)非門和1個(gè)CMOS傳輸門，用于檢測數(shù)據(jù)修改是否完成，并對鎖存器賦值，使電路在數(shù)據(jù)糾正完成以后，讓鎖存器輸出變?yōu)?，即恢復(fù)到?jīng)]：有檢測到錯(cuò)誤發(fā)生的狀態(tài)。該電路可以對下一個(gè)由SEU引起的數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測和糾正，進(jìn)而大大提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。

電路原理：當(dāng)時(shí)鐘處于上升沿時(shí)，信號S3產(chǎn)生一個(gè)高脈沖，此時(shí)鎖存器被清零。鎖存器輸出0時(shí)，CMOS傳輸門被關(guān)閉，不傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到由于SEU引起的Q值翻轉(zhuǎn)時(shí)，SEU_O變?yōu)?，此時(shí)鎖存器被置為1。當(dāng)SEU_O變?yōu)?時(shí)，對數(shù)據(jù)Q進(jìn)行糾正，Q值發(fā)生翻轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生一個(gè)高脈沖。當(dāng)鎖存器被置為1時(shí)，CMOS傳輸門導(dǎo)通，SEU_O又變?yōu)?。數(shù)據(jù)Q被糾正，發(fā)生翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生1個(gè)高脈沖，此時(shí)CMOS傳輸門被導(dǎo)通。數(shù)據(jù)Q產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過傳輸門和非門，變?yōu)榈兔}沖，該脈沖傳輸?shù)芥i存器的輸入端，進(jìn)而鎖存器的輸出變?yōu)?。此時(shí)，CMOS傳輸門關(guān)閉，信號SEU_O只與S4和S3有關(guān)，電路的錯(cuò)誤檢測和糾正電路恢復(fù)到?jīng)]有發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)的狀態(tài)，準(zhǔn)備檢測下一個(gè)數(shù)據(jù)沿。