本發(fā)明屬于單粒子瞬態(tài)脈沖測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種單粒子瞬態(tài)脈沖測(cè)量方法級(jí)及系統(tǒng)，尤其涉及一種片上自觸發(fā)單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：組合邏輯電路的單粒子瞬態(tài)脈沖引起的軟錯(cuò)誤導(dǎo)致的輻射可靠性問(wèn)題隨著集成電路工藝節(jié)點(diǎn)的提高而變得越來(lái)越嚴(yán)重。而單粒子瞬態(tài)脈沖寬度是衡量單粒子瞬態(tài)引起軟錯(cuò)誤可能性的一個(gè)重要參數(shù)。脈沖寬度越寬，單粒子瞬態(tài)脈沖引起軟錯(cuò)誤的概率也越大。所以準(zhǔn)確測(cè)量單粒子瞬態(tài)脈沖寬度，覆蓋從窄脈沖寬度到寬脈沖寬度的范圍顯得很有意義。同時(shí)，對(duì)于組合邏輯電路中單粒子瞬態(tài)脈沖的產(chǎn)生和傳播機(jī)理的研究也有重要的意義。寬度窄的單粒子瞬態(tài)脈沖在一般輻射環(huán)境下產(chǎn)生的單粒子瞬態(tài)脈沖寬度分布中占有很大的權(quán)重，因此它的準(zhǔn)確測(cè)量很重要。在片上自觸發(fā)單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量電路中，由于組合邏輯電路的結(jié)構(gòu)一般會(huì)比脈沖測(cè)量電路的簡(jiǎn)單，寄生電容小，所以在組合邏輯中產(chǎn)生的窄單粒子瞬態(tài)脈沖雖然有可能在組合邏輯中可以無(wú)衰減傳播，但是在脈沖測(cè)量電路中可能隨著瞬態(tài)脈沖經(jīng)過(guò)延時(shí)鎖存單元的級(jí)數(shù)的增加逐漸衰減。這會(huì)導(dǎo)致小于一定脈沖寬度的窄單粒子瞬態(tài)脈沖無(wú)法被脈沖測(cè)量電路捕獲和準(zhǔn)確測(cè)量。國(guó)外提出的并且得到廣泛采用的片上自觸發(fā)單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量方法只有一個(gè)寬脈沖寬度測(cè)量模塊，無(wú)法實(shí)現(xiàn)寬度小于在測(cè)量模塊中無(wú)衰減傳播的窄單粒子瞬態(tài)脈沖測(cè)量。如文獻(xiàn)“BalajiNarasimham,etal,“On‐ChipCharacterizationofSingle‐EventTransientPulsewidths”,IEEETrans.DeviceMater.Rel.,vol.6,no.4,pp.542‐549,Dec.2006.”同時(shí)，由于需要在第一級(jí)延時(shí)鎖存單元就引出自觸發(fā)信號(hào)，所以設(shè)計(jì)的自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路需要讓自觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)足夠的延遲，以保證單粒子瞬態(tài)脈沖寬度在多級(jí)延時(shí)鎖存單元鏈中完全鎖存下來(lái)，增加了單粒子瞬態(tài)脈沖測(cè)量電路設(shè)計(jì)的難度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決
背景技術(shù)：
中所提到的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種片上自觸發(fā)單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量方法及系統(tǒng)。該方法及系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)某個(gè)集成電路工藝節(jié)點(diǎn)下組合邏輯電路產(chǎn)生的單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量，覆蓋從窄脈沖寬度到寬脈沖寬度的范圍。解決了現(xiàn)有片上自觸發(fā)單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量無(wú)法測(cè)量窄脈沖寬度的問(wèn)題，而且簡(jiǎn)化了自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生的電路設(shè)計(jì)，減小了自觸發(fā)信號(hào)延時(shí)帶來(lái)的電路面積消耗。本發(fā)明技術(shù)解決方案為：一種片上自觸發(fā)單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括組合邏輯電路；上述組合邏輯電路包括目標(biāo)電路模塊、選通電路模塊、單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量模塊和延時(shí)單元延遲時(shí)間標(biāo)定模塊；上述目標(biāo)電路模塊包括若干結(jié)構(gòu)類型不同的組合邏輯單元鏈；上述選通電路模塊用于選擇來(lái)自目標(biāo)電路模塊的一條組合邏輯鏈的輸出，作為后續(xù)脈沖寬度測(cè)量電路的輸入信號(hào)；上述單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量模塊包括寬脈沖寬度測(cè)量單元和窄脈沖測(cè)量單元；上述寬脈沖寬度測(cè)量單元用于測(cè)量脈沖寬度較寬的單粒子瞬態(tài)脈沖,；上述窄脈沖寬度測(cè)量單元用于測(cè)量脈沖寬度小于能在多級(jí)延時(shí)鎖存單元中無(wú)衰減傳播的單粒子瞬態(tài)脈沖的寬度；上述寬脈沖寬度測(cè)量單元和窄脈沖測(cè)量單元均包括若干延時(shí)鎖存單元并前后串聯(lián)；上述寬脈沖寬度測(cè)量單元包含的延時(shí)鎖存單元多于窄脈沖寬度測(cè)量單元包含的延時(shí)鎖存單元；上述單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量模塊還包括自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路；上述延時(shí)單元延遲時(shí)間標(biāo)定模塊為奇數(shù)級(jí)延時(shí)鎖存單元構(gòu)成的一個(gè)環(huán)形振蕩器且每個(gè)延時(shí)鎖存單元都置于導(dǎo)通模式；上述延時(shí)鎖存單元包括第一傳輸門、第二傳輸門和兩個(gè)反相器；兩個(gè)反相器串聯(lián)組成一個(gè)鎖存單元，并由第一傳輸門控制延時(shí)鎖存單元的信號(hào)輸入，第二傳輸門控制延時(shí)鎖存單元的狀態(tài)保存；上述鎖存單元的鎖存點(diǎn)在S處；所述S點(diǎn)為鎖存單元的邏輯狀態(tài)；上述第一傳輸門和第二傳輸門分別受到PA和HO信號(hào)的控制；而且PA和HO兩個(gè)信號(hào)一個(gè)高電平則另一個(gè)低電平；當(dāng)PA是高(低)電平的時(shí)候，第一個(gè)傳輸門處于導(dǎo)通(關(guān)閉)，而狀態(tài)HO則為低(高)電平，第二個(gè)傳輸門處于關(guān)閉(導(dǎo)通)狀態(tài)；當(dāng)PA是低電平的時(shí)候，第一個(gè)傳輸門處于關(guān)閉，而狀態(tài)HO則為高電平，第二個(gè)傳輸門處于導(dǎo)通狀態(tài)；上述PA和HO的信號(hào)來(lái)源由自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路提供；上述自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路包括一個(gè)與非門和一個(gè)SR鎖存器。由于采用了寬脈沖和窄脈沖兩個(gè)測(cè)量模塊并行的工作模式，自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生的電路就可以放置在離延時(shí)鎖存單元鏈接近輸出端的位置。因此這里的自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要特殊的延遲設(shè)計(jì)，大大降低了設(shè)計(jì)的難度。上述延時(shí)鎖存單元的鎖存信號(hào)端都依次連接到一個(gè)掃描式觸發(fā)器的輸入端上；各個(gè)掃描式觸發(fā)器之間相互串聯(lián)，構(gòu)成掃描式移位寄存器。一種片上自觸發(fā)單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：1】將待測(cè)芯片放置在PCB板上并與FPGA連接；2】標(biāo)定待測(cè)芯片在任意工作電壓、溫度下工作的每級(jí)延時(shí)鎖存單元的延遲時(shí)間；3】FPGA測(cè)量得到待測(cè)芯片移位寄存器鏈輸出的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；4】根據(jù)步驟3】所得到的數(shù)據(jù)，判斷窄脈沖測(cè)量模塊的測(cè)量結(jié)果是否超量程，即窄脈沖測(cè)量模塊的延時(shí)單元鎖存信號(hào)是否全部變化，如果是則表示超量程；當(dāng)超量程，則以寬脈沖測(cè)量模塊的結(jié)果為準(zhǔn)，計(jì)算單粒子瞬態(tài)脈沖的寬度：寬脈沖測(cè)量模塊中發(fā)生狀態(tài)變化的延時(shí)單元鎖存數(shù)量與單位延時(shí)鎖存單元延時(shí)的乘積；當(dāng)窄脈沖測(cè)量模塊的測(cè)量結(jié)果還沒(méi)有超過(guò)量程，則以窄脈沖測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)，計(jì)算單粒子瞬態(tài)脈沖的寬度：窄脈沖測(cè)量模塊中發(fā)生狀態(tài)變化的延時(shí)單元鎖存數(shù)量與單位延時(shí)鎖存單元延時(shí)的乘積。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明可用于測(cè)量某個(gè)集成電路工藝節(jié)點(diǎn)下，組合邏輯電路中單粒子瞬態(tài)脈沖寬度的測(cè)量。相比當(dāng)前最新的單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量方法，本發(fā)明降低單粒子瞬態(tài)脈沖的最小可以測(cè)量寬度，同時(shí)可以降低自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)難度。由于本發(fā)明采用了寬脈沖和窄脈沖兩個(gè)測(cè)量模塊并行的工作模式，自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生的電路就可以放置在離延時(shí)鎖存單元鏈接近輸出端的位置。因此這里的自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要特殊的延遲設(shè)計(jì)，大大降低了設(shè)計(jì)的難度。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明多級(jí)反相器鏈?zhǔn)疽鈭D；圖3為本發(fā)明多級(jí)與非門鏈?zhǔn)疽鈭D；圖4為本發(fā)明延時(shí)鎖存單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明寬脈沖寬度和窄脈沖寬度測(cè)量模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路圖；圖7為本發(fā)明掃描式觸發(fā)器串聯(lián)構(gòu)成的移位寄存器(共N+n級(jí))的前三級(jí)連接示意圖；圖8為本發(fā)明脈寬測(cè)量電路信號(hào)時(shí)序關(guān)系圖。圖9為本發(fā)明脈寬測(cè)量電路測(cè)量結(jié)果。其中，1‐目標(biāo)電路模塊、2‐選通電路模塊、3‐寬脈沖寬度測(cè)量模塊、4‐窄脈沖寬度測(cè)量模塊、5‐延時(shí)單元延遲時(shí)間標(biāo)定模塊；301-傳輸門、302-反相器、303-反相器、304-傳輸門、401‐延時(shí)鎖存單元、501-與非門、502-SR鎖存器、601-掃描式觸發(fā)器。具體實(shí)施方式參見(jiàn)附圖，一種片上自觸發(fā)單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量系統(tǒng)，包括組合邏輯電路；上述組合邏輯電路包括目標(biāo)電路模塊1、選通電路模塊2、單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量模塊和延時(shí)單元延遲時(shí)間標(biāo)定模塊5；上述目標(biāo)電路模塊1包括若干結(jié)構(gòu)類型不同的組合邏輯單元鏈；上述選通電路模塊2用于選擇來(lái)自目標(biāo)電路模塊的一條組合邏輯鏈的輸出，作為后續(xù)脈沖寬度測(cè)量電路的輸入信號(hào)；上述單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量模塊包括寬脈沖寬度測(cè)量單元3和窄脈沖測(cè)量單元4；上述寬脈沖寬度測(cè)量單元3用于測(cè)量脈沖寬度較寬的單粒子瞬態(tài)脈沖,；上述窄脈沖寬度測(cè)量單元4用于測(cè)量脈沖寬度小于能在多級(jí)延時(shí)鎖存單元中無(wú)衰減傳播的單粒子瞬態(tài)脈沖的寬度；上述寬脈沖寬度測(cè)量單元3和窄脈沖測(cè)量單元4均包括若干延時(shí)鎖存單元并前后串聯(lián)；上述寬脈沖寬度測(cè)量單元3包含的延時(shí)鎖存單元多于窄脈沖寬度測(cè)量單元4包含的延時(shí)鎖存單元；上述單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量模塊還包括自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路；上述延時(shí)單元延遲時(shí)間標(biāo)定模塊5為奇數(shù)級(jí)延時(shí)鎖存單元構(gòu)成的一個(gè)環(huán)形振蕩器且每個(gè)延時(shí)鎖存單元都置于導(dǎo)通模式；上述延時(shí)鎖存單元包括第一傳輸門、第二傳輸門和兩個(gè)反相器；兩個(gè)反相器串聯(lián)組成一個(gè)鎖存單元，并由第一傳輸門控制延時(shí)鎖存單元的信號(hào)輸入，第二傳輸門控制延時(shí)鎖存單元的狀態(tài)保存；上述鎖存單元的鎖存點(diǎn)在S處；所述S點(diǎn)為鎖存單元的邏輯狀態(tài)；上述第一傳輸門和第二傳輸門分別受到PA和HO信號(hào)的控制；而且PA和HO兩個(gè)信號(hào)一個(gè)高電平則另一個(gè)低電平；當(dāng)PA是高(低)電平的時(shí)候，第一個(gè)傳輸門處于導(dǎo)通(關(guān)閉)，而狀態(tài)HO則為低(高)電平，第二個(gè)傳輸門處于關(guān)閉(導(dǎo)通)狀態(tài)；當(dāng)PA是低電平的時(shí)候，第一個(gè)傳輸門處于關(guān)閉，而狀態(tài)HO則為高電平，第二個(gè)傳輸門處于導(dǎo)通狀態(tài)；上述PA和HO的信號(hào)來(lái)源由自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路提供；上述自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路包括一個(gè)與非門和一個(gè)SR鎖存器。由于采用了寬脈沖和窄脈沖兩個(gè)測(cè)量模塊并行的工作模式，自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生的電路就可以放置在離延時(shí)鎖存單元鏈接近輸出端的位置。因此這里的自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要特殊的延遲設(shè)計(jì)，大大降低了設(shè)計(jì)的難度。上述延時(shí)鎖存單元的鎖存信號(hào)端都依次連接到一個(gè)掃描式觸發(fā)器的輸入端上；各個(gè)掃描式觸發(fā)器之間相互串聯(lián)，構(gòu)成掃描式移位寄存器。延時(shí)鎖存單元包括兩個(gè)傳輸門(301，304)和兩個(gè)反相器(302，303)。兩個(gè)反相器串聯(lián)組成一個(gè)鎖存單元，并由第一個(gè)傳輸門(301)控制其信號(hào)輸入，第二個(gè)傳輸門(304)控制其狀態(tài)的保存。鎖存單元的鎖存點(diǎn)在S處。第一和第二個(gè)傳輸門分別受到PA和HO信號(hào)的控制，而且兩個(gè)信號(hào)總是相反的(一個(gè)高電平則另一個(gè)低電平)。當(dāng)PA是高(低)電平的時(shí)候，第一個(gè)傳輸門處于導(dǎo)通(關(guān)閉)，而狀態(tài)HO則為低(高)電平，第二個(gè)傳輸門處于關(guān)閉(導(dǎo)通)狀態(tài)。這樣保證兩個(gè)傳輸門一個(gè)是開(kāi)啟而另一個(gè)則是關(guān)閉。當(dāng)PA是高電平，HO是低電平時(shí)，延時(shí)鎖存單元處于一個(gè)讀入的狀態(tài)；而當(dāng)PA是低電平而HO是高電平時(shí)，延時(shí)鎖存單元?jiǎng)t處于一個(gè)保存狀態(tài)。PA和HO的信號(hào)來(lái)源由自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路提供。自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路包括一個(gè)與非門(501)和一個(gè)SR鎖存器(502)。與非門一端TR連接到延時(shí)鎖存單元的鎖存信號(hào)端S，另一端連接到復(fù)位信號(hào)RS。SR鎖存器的S端接與非門的輸出端，而R端接復(fù)位信號(hào)RS。SR鎖存器的輸出端Q和Q_分別作為HO和PA信號(hào)端口。兩個(gè)測(cè)量模塊的自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路的接入端分別是窄脈沖測(cè)量模塊的第一級(jí)延時(shí)鎖存單元的鎖存信號(hào)端S和寬脈沖測(cè)量模塊的倒數(shù)第十級(jí)延時(shí)鎖存單元的鎖存信號(hào)端S。延時(shí)鎖存單元的鎖存信號(hào)端S都依次連接到一個(gè)掃描式觸發(fā)器(601)的D輸入端上。而各個(gè)掃描式觸發(fā)器都是串聯(lián)起來(lái)的，構(gòu)成掃描式移位寄存器。除了第一級(jí)掃描式觸發(fā)器，其余每級(jí)的SI端都與前級(jí)Y輸出端連接。第一級(jí)的SI端固定為低電平。掃描式移位寄存器共用一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，由外部測(cè)試電路提供。它的掃描功能由SI信號(hào)控制，SI高電平為移位寄存功能，SI低電平則從D端加載數(shù)據(jù)。SI的信號(hào)輸入由外部測(cè)試電路提供，它和寬和窄脈沖測(cè)量電路的兩個(gè)自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路的HO信號(hào)有關(guān)。只要一路自觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，則SI就會(huì)被外部測(cè)試電路置為高電平。延時(shí)單元延遲時(shí)間標(biāo)定模塊，每級(jí)延時(shí)鎖存單元都是一樣的，且與瞬態(tài)脈沖測(cè)量模塊所設(shè)計(jì)的延時(shí)鎖存單元一樣，包括原理圖設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)。除了第一級(jí)延時(shí)鎖存單元外，設(shè)定其余每個(gè)延時(shí)鎖存單元的PA和HO信號(hào)分別為高電平和低電平，以保證都處于導(dǎo)通狀態(tài)，在邏輯上等效于一個(gè)反相器。環(huán)形振蕩器有一個(gè)起振控制開(kāi)關(guān)，控制信號(hào)ST由外部測(cè)試電路提供，與第一級(jí)延時(shí)鎖存單元的PA和HO信號(hào)聯(lián)系，從而控制其導(dǎo)通。ST為高電平則第一級(jí)延時(shí)鎖存單元導(dǎo)通，環(huán)形振蕩器起振，ST為低電平則第一級(jí)延時(shí)鎖存單元處于高阻模式，環(huán)形振蕩器停止振蕩。單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量部分包括兩個(gè)模塊——寬脈沖寬度測(cè)量和窄脈沖測(cè)量模塊。它們同時(shí)接收來(lái)自選通電路模塊的輸出信號(hào)，分別測(cè)量信號(hào)的脈沖寬度。兩個(gè)脈沖測(cè)量模塊均是由相同的延時(shí)鎖存單元(401)串聯(lián)而成的，區(qū)別在兩者串聯(lián)的級(jí)數(shù)以及自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路(502)的連接位置。窄脈沖寬度測(cè)量的級(jí)數(shù)n較少而寬脈沖寬度測(cè)量模塊級(jí)數(shù)N較多。單粒子瞬態(tài)脈沖信號(hào)在多級(jí)串聯(lián)的延時(shí)鎖存單元上傳播時(shí)有一個(gè)最小的可以無(wú)衰減傳播的寬度。n的最小值能保證這個(gè)寬度的單粒子瞬態(tài)脈沖可以被窄脈沖寬度測(cè)量模塊鎖存下來(lái)。而N的確定則根據(jù)預(yù)期要測(cè)量的最大瞬態(tài)脈沖寬度，保證這樣的脈沖寬度可以被寬脈沖寬度測(cè)量脈寬鎖存下來(lái)。各個(gè)模塊的連接示意圖如圖1所示，具體設(shè)計(jì)如下：步驟1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)需要研究的各種類型組合邏輯電路，要求組合邏輯電路的規(guī)模足夠大，以保證單粒子瞬態(tài)脈沖產(chǎn)生的截面大，才能在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生有統(tǒng)計(jì)意義的單粒子瞬態(tài)脈沖數(shù)目。組合邏輯電路類型可以是多級(jí)反相器鏈，如圖2所示，反相器鏈可以有多種尺寸設(shè)計(jì)，也可以是多級(jí)與非門組成的鏈，如圖3所示，等等。步驟2.選通模塊，就是多路復(fù)用器，比如八選一多路復(fù)用器。通過(guò)外部測(cè)試電路的控制信號(hào)，從目標(biāo)電路各種組合邏輯電路中選擇一個(gè)作為單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量對(duì)象。步驟3.寬脈沖寬度測(cè)量模塊包含多級(jí)相同的延時(shí)鎖存單元，如圖5所示，前后串聯(lián)而成。設(shè)置的級(jí)數(shù)根據(jù)該工藝節(jié)點(diǎn)最大能產(chǎn)生的單粒子瞬態(tài)脈沖寬度確定。需要的最小的級(jí)數(shù)是最寬的脈沖寬度和一級(jí)延時(shí)鎖存單元的延遲時(shí)間的比值。這個(gè)最大寬度可以通過(guò)文獻(xiàn)或者重離子與器件以及電路數(shù)值模擬仿真估計(jì)，而延時(shí)鎖存單元的延遲時(shí)間則需要通過(guò)延時(shí)鎖存單元設(shè)計(jì)好之后的版圖寄生參數(shù)提取并進(jìn)行后仿真得到。圖5中，上面虛線框圖給出了寬脈沖寬度測(cè)量模塊示意圖。在倒數(shù)第十級(jí)延時(shí)鎖存單元中的S處引出信號(hào)源，用來(lái)產(chǎn)生控制延時(shí)鎖存單元導(dǎo)通和鎖存的自觸發(fā)信號(hào)PA和HO。自觸發(fā)信號(hào)引出的位置要保證單粒子瞬態(tài)脈沖在時(shí)序上最后不會(huì)傳出延時(shí)鎖存單元鏈。延時(shí)鎖存單元如圖4所示，包括兩個(gè)傳輸門(301，304)和兩個(gè)反相器(302，303)。兩個(gè)反相器串聯(lián)組成一個(gè)鎖存單元，并由第一個(gè)傳輸門(301)控制其信號(hào)輸入，第二個(gè)傳輸門(304)控制其狀態(tài)的保存。延時(shí)鎖存單元的鎖存端口是S。傳輸門是由一個(gè)NMOS和PMOS管構(gòu)成的。第一和第二個(gè)傳輸門分別受到PA和HO信號(hào)的控制，而且兩個(gè)信號(hào)總是相反的(一個(gè)高電平則另一個(gè)低電平)。當(dāng)PA是高(低)電平的時(shí)候，第一個(gè)傳輸門處于導(dǎo)通(關(guān)閉)，而狀態(tài)HO則為低(高)電平，第二個(gè)傳輸門處于關(guān)閉(導(dǎo)通)狀態(tài)。這樣保證兩個(gè)傳輸門一個(gè)是開(kāi)啟而另一個(gè)則是關(guān)閉。當(dāng)PA是高電平，HO是低電平時(shí)，延時(shí)鎖存單元進(jìn)入一個(gè)讀入導(dǎo)通的狀態(tài)，邏輯上就相當(dāng)于一個(gè)反相器，而延時(shí)鎖存單元串聯(lián)后就相當(dāng)于是一個(gè)反相器鏈；而當(dāng)PA是低電平而HO是高電平時(shí)，延時(shí)鎖存單元?jiǎng)t處于一個(gè)保存狀態(tài)。延時(shí)鎖存單元的尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)是讓它處于讀入導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)候的延遲時(shí)間(等效反相器的延遲時(shí)間)最小，以提高瞬態(tài)脈沖測(cè)量模塊的分辨率。步驟4.窄脈沖寬度測(cè)量模塊包含級(jí)數(shù)較少的延時(shí)鎖存單元，前后串聯(lián)而成。最小的級(jí)數(shù)是在該工藝節(jié)點(diǎn)下設(shè)計(jì)的延時(shí)鎖存單元鏈中能夠無(wú)衰減傳播的最小脈沖寬度和一級(jí)延時(shí)鎖存單元的延遲時(shí)間的比值。其中在延時(shí)鎖存單元鏈無(wú)衰減傳播的最小脈沖寬度和延時(shí)鎖存單元延遲時(shí)間均需要通過(guò)版圖寄生參數(shù)提取并進(jìn)行后仿真得到。圖5中，下面虛線框圖給出了窄脈沖寬度測(cè)量模塊示意圖。窄脈沖寬度測(cè)量模塊與寬脈沖測(cè)量模塊整體結(jié)構(gòu)一致，不同在于級(jí)數(shù)更少以及自觸發(fā)信號(hào)源引出的位置在第一級(jí)而非倒數(shù)第十級(jí)延時(shí)鎖存單元。圖6給出了產(chǎn)生自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生的電路圖。其中TR與延時(shí)鎖存單元S端連接而RS是外部控制的重置信號(hào)。其中的自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路包括一個(gè)與非門(501)和一個(gè)SR鎖存器(502)。與非門一端TR連接到延時(shí)鎖存單元的鎖存信號(hào)端S，另一端連接到復(fù)位信號(hào)RS。SR鎖存器的S端接與非門的輸出端，而R端接復(fù)位信號(hào)RS。SR鎖存器的輸出端Q和Q_分別作為HO和PA信號(hào)端口。表1給出了自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路的真值表。只要RS為低電平，則HO為低電平而PA是高電平，這樣保證每個(gè)延時(shí)鎖存單元都是處于讀入導(dǎo)通的狀態(tài)，此時(shí)脈沖測(cè)量模塊進(jìn)入了準(zhǔn)備測(cè)量單粒子瞬態(tài)脈沖寬度的階段；開(kāi)始工作后，RS恢復(fù)為高電平時(shí)，由于TR正常得到的信號(hào)為低電平，使得PA與HO依舊保持原來(lái)的值；而當(dāng)單粒子瞬態(tài)脈沖傳播到TR所連接的S端后，TR信號(hào)變?yōu)闉楦唠娖?，此時(shí)的PA和HO分別為低電平和高電平，讓延時(shí)鎖存單元進(jìn)入鎖存模式，把單粒子瞬態(tài)脈沖寬度的信息存儲(chǔ)在延時(shí)鎖存單元中，接下來(lái)就可以開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸采集了。步驟5.當(dāng)延時(shí)鎖存單元進(jìn)入鎖存模式后，為了讀出寬脈沖寬度測(cè)量模塊和窄脈沖寬度測(cè)量模塊的存儲(chǔ)信息，通過(guò)掃描式移位寄存器并行加載，串行讀出。如圖7所示，寬脈沖測(cè)量模塊的1～N個(gè)延時(shí)鎖存單元，窄脈沖測(cè)量模塊的N+1～N+n每個(gè)延時(shí)鎖存單元的S端都依次連接到掃描式觸發(fā)器的數(shù)據(jù)加載端上。初始設(shè)置SE為低電平，則時(shí)鐘工作后，S端數(shù)據(jù)都加載到每個(gè)觸發(fā)器的輸出端；再設(shè)置SE為高電平，則時(shí)鐘繼續(xù)工作后，每個(gè)觸發(fā)器的輸出信號(hào)都依次往后續(xù)的觸發(fā)器傳送，經(jīng)過(guò)N+n個(gè)時(shí)鐘周期后，所有的延時(shí)鎖存單元狀態(tài)都可以傳輸?shù)綊呙枋揭莆患拇嫫鞯哪┒?。SE的信號(hào)由外部測(cè)試電路提供，而外部測(cè)試電路則根據(jù)自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出的信號(hào)PA或者HO判斷是否讓SE由低電平切換到高電平，開(kāi)始移位寄存操作。圖8給出了輸入110ps脈沖寬度的測(cè)量結(jié)果以及各個(gè)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系圖。當(dāng)RS信號(hào)經(jīng)過(guò)負(fù)向的脈沖復(fù)位以后，脈沖寬度測(cè)量電路進(jìn)入測(cè)量模式。而當(dāng)輸入110ps寬的脈沖信號(hào)后，窄脈沖測(cè)量模塊的自觸發(fā)產(chǎn)生電路的HO2(虛線)和寬脈沖測(cè)量模塊的自觸發(fā)產(chǎn)生電路的輸出信號(hào)HO1(實(shí)線)先后變?yōu)楦唠娖?，讓各自的觸發(fā)電路進(jìn)入鎖存模式。而外部測(cè)量電路控制SE信號(hào)初始為低電平，把各個(gè)延時(shí)鎖存單元的狀態(tài)都加載到掃描式移位寄存器的輸出端，接著SE信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，在時(shí)鐘的工作下，掃描式移位寄存器的狀態(tài)相繼讀出到輸出端Ys。其中Ys的前十個(gè)周期信號(hào)，即圖8的虛線框內(nèi)表示，對(duì)應(yīng)的是窄脈沖寬度測(cè)量模塊的各個(gè)延時(shí)鎖存單元的存儲(chǔ)狀態(tài)，而后續(xù)的周期信號(hào)，即圖8的點(diǎn)劃線內(nèi)表示，則來(lái)自寬脈沖段度測(cè)量模塊各個(gè)延時(shí)鎖存單元的存儲(chǔ)狀態(tài)。步驟6.延時(shí)鎖存單元延遲時(shí)間標(biāo)定模塊由寬脈沖寬度和窄脈沖寬度測(cè)量模塊中使用的延時(shí)鎖存單元組成，構(gòu)成一個(gè)奇數(shù)級(jí)的環(huán)形振蕩器。通過(guò)測(cè)量環(huán)形振蕩器的周期得到每一級(jí)延時(shí)鎖存單元的延遲時(shí)間。環(huán)形振蕩器中使用的延時(shí)鎖存單元電路結(jié)構(gòu)、版圖布局均與寬脈沖寬度和窄脈沖寬度測(cè)量模塊保持一致。環(huán)形振蕩器的振蕩周期T與每一級(jí)延時(shí)鎖存單元的延遲時(shí)間τ，級(jí)數(shù)m(必須為奇數(shù))的關(guān)系是T＝2m*τ。因此級(jí)數(shù)的設(shè)計(jì)可以根據(jù)示波器等設(shè)備能夠測(cè)量T的精度來(lái)確定。圖9給出了2k‐1級(jí)的環(huán)形振蕩器示意圖。其中的ST控制起振信號(hào)由外部測(cè)試電路提供。ST控制第一級(jí)延時(shí)鎖存單元的導(dǎo)通和關(guān)閉。當(dāng)ST為高電平時(shí)，第一級(jí)延時(shí)鎖存單元處于導(dǎo)通狀態(tài)，整個(gè)環(huán)形振蕩器開(kāi)始起振。通過(guò)示波器等外部測(cè)量設(shè)備測(cè)量環(huán)形振蕩器的振蕩周期，加上周期與延遲時(shí)間的倍數(shù)關(guān)系，得到每一級(jí)延時(shí)鎖存單元的延遲時(shí)間。步驟7.步驟1‐6中各個(gè)模塊均在同一個(gè)集成電路工藝節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)，而且在同一個(gè)芯片上完成。步驟8.在每一種芯片工作電壓或者工作溫度的條件下進(jìn)行單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量實(shí)驗(yàn)前，均需要進(jìn)行延時(shí)鎖存單元延遲時(shí)間標(biāo)定模塊標(biāo)定，以確定寬脈沖寬度和窄脈沖寬度模塊每一級(jí)延時(shí)鎖存單元的延遲時(shí)間。步驟9.開(kāi)展單粒子瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量時(shí)，通過(guò)判斷寬脈沖寬度測(cè)量模塊和窄脈沖寬度測(cè)量模塊的自觸發(fā)的產(chǎn)生情況判斷單粒子瞬態(tài)脈沖的產(chǎn)生位置以及脈沖寬度范圍。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)寬脈沖和窄脈沖測(cè)量模塊均進(jìn)入鎖存狀態(tài)時(shí)，可以判斷從目標(biāo)電路來(lái)的單粒子瞬態(tài)脈沖寬度較寬，且這個(gè)脈沖可以傳播到寬脈沖寬度測(cè)量模塊的自觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端；當(dāng)寬脈沖測(cè)量模塊進(jìn)入鎖存狀態(tài)而窄脈沖狀態(tài)沒(méi)有進(jìn)入鎖存狀態(tài)時(shí)，說(shuō)明單粒子瞬態(tài)脈沖產(chǎn)生于寬脈沖測(cè)量模塊本身而非來(lái)自于目標(biāo)電路；當(dāng)寬脈沖寬度測(cè)量模塊沒(méi)有進(jìn)入鎖存狀態(tài)而窄脈沖寬度測(cè)量模塊進(jìn)入鎖存狀態(tài)時(shí)，說(shuō)明來(lái)自目標(biāo)電路的單粒子瞬態(tài)脈沖無(wú)法在寬脈沖測(cè)量模塊中無(wú)衰減傳播，而只能被窄脈沖測(cè)量模塊捕獲到。圖9給出了利用體硅65nm工藝設(shè)計(jì)的測(cè)量電路在輸入為60ps，100ps和160ps瞬態(tài)脈沖的原理圖仿真結(jié)果，并且和沒(méi)有瞬態(tài)脈沖注入的情況對(duì)比。左側(cè)虛線框代表窄脈沖測(cè)量模塊的測(cè)量結(jié)果而右側(cè)點(diǎn)劃線是寬脈沖測(cè)量模塊的測(cè)量結(jié)果。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，窄脈沖測(cè)量模塊由于三個(gè)瞬態(tài)脈沖的引起的延時(shí)鎖存狀態(tài)變化的數(shù)目分別為：3，5和5；寬脈沖測(cè)量模塊的狀態(tài)變化數(shù)目分別為：0，5和9。通過(guò)仿真又可以得到每個(gè)延時(shí)單元的延遲時(shí)間約為19ps，這樣得到窄和寬脈沖測(cè)量模塊測(cè)量結(jié)果分別為57ps，95ps和95ps；0ps，95ps和171ps。所以，如果在窄脈沖寬度測(cè)量脈寬可以測(cè)量范圍內(nèi)，即95ps，以它的測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)，而超過(guò)部分以寬脈沖寬度為準(zhǔn)，最終得到的結(jié)果為57ps，95ps和171ps，與注入脈沖寬度很接近。表1為體硅65nm芯片版圖寄生參數(shù)提取后仿真得到的瞬態(tài)脈沖寬度測(cè)量結(jié)果與仿真注入的脈沖寬度的對(duì)比(工作電壓1.2V，溫度為室溫)；表2給出了芯片通過(guò)版圖寄生參數(shù)提取，進(jìn)行后仿真得到的不同寬度的瞬態(tài)脈沖注入下測(cè)得的結(jié)果，及其與注入脈沖寬度的相對(duì)誤差。其中205ps及更小的脈沖寬度均是取窄脈沖寬度測(cè)量模塊的測(cè)量結(jié)果，而寬于205ps的脈沖寬度則是取寬脈沖寬度測(cè)量模塊的測(cè)量結(jié)果。每一級(jí)的延時(shí)鎖存單元的延遲時(shí)間是通過(guò)直接仿真得到或者通過(guò)環(huán)形振蕩器測(cè)仿真并且計(jì)算出來(lái)。表1TR/RSHOPA0/0011/0010/1保持保持1/110表2當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3