基于數(shù)據(jù)可信性判斷的抗輻射sram多模冗余設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于數(shù)據(jù)可信性判斷的抗輻射SRAM多模冗余設(shè)計方法，該方法包括：由多個相同的SRAM存儲器和一個冗余系統(tǒng)控制電路組成多模冗余存儲系統(tǒng)；在多模冗余存儲系統(tǒng)中的SRAM存儲器的存儲陣列中選擇多個數(shù)據(jù)位作為觀察位，觀察位存儲已知數(shù)據(jù)；冗余系統(tǒng)控制電路對每個SRAM存儲陣列中的觀察位進行周期性檢查，當發(fā)現(xiàn)觀察位數(shù)據(jù)發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤，則刷新對應(yīng)SRAM存儲陣列中發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤的觀察位周圍的嫌疑區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)位，并且在刷新前的判決時放棄采用這些數(shù)據(jù)，刷新完成后，將對應(yīng)的觀察位的數(shù)據(jù)恢復(fù)。本發(fā)明可以提高冗余判決的正確率，降低每個存儲器的數(shù)據(jù)錯誤率，最終使多模冗余存儲系統(tǒng)整體的性能得到提高。
【專利說明】基于數(shù)據(jù)可信性判斷的抗輻射SRAM多模冗余設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路的抗輻射設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于數(shù)據(jù)可信性判斷的 抗福射SRAM多模冗余設(shè)計方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 輻射對集成電路的影響機制分為總劑量效應(yīng)和單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)?？倓┝啃?yīng)是指 芯片受到的輻射累積后，其M0S器件的柵氧化層積累電荷和缺陷，使M0S管性能退化導(dǎo)致電 路功能失效；單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)是高能粒子穿過M0S管的源和漏區(qū)時，沿軌跡碰撞出很多的 電子-空穴對，電子或空穴在有源區(qū)邊緣的耗盡區(qū)電場作用下被收集到源區(qū)或漏區(qū)，導(dǎo)致 源區(qū)或漏區(qū)電壓改變，從而引起電路功能錯誤。在成本高昂的空間探測裝置中，或者是關(guān)鍵 性的地面應(yīng)用如汽車控制系統(tǒng)中，由輻射引起的微小的電路錯誤或失效都可能導(dǎo)致災(zāi)難性 的后果，提高電路抗輻射性能的技術(shù)方法之一是冗余設(shè)計，即采用多模電路并行工作，以增 加硬件開銷為代價來提高系統(tǒng)抗輻射性能。
[0003] 集成電路各模塊中，SRAM抗福射干擾的能力差，且隨著集成電路制造工藝向更小 的尺寸節(jié)點推進，SRAM更容易受輻射干擾發(fā)生錯誤。因為SRAM在高性能電子系統(tǒng)中必不 可少，所以提高SRAM的抗輻射性能具有重要的應(yīng)用價值。研究發(fā)現(xiàn)高能粒子穿過SRAM存 儲陣列，引起的數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)錯誤現(xiàn)象有：（1 )單粒子效應(yīng)使一個數(shù)據(jù)位發(fā)生錯誤；（2 )單粒 子效應(yīng)使物理相鄰的多個數(shù)據(jù)位發(fā)生錯誤：（3)高能粒子與體硅內(nèi)的原子核碰撞發(fā)生核裂 變，裂變釋放出更多的高能粒子，在附近引起更多的單粒子效應(yīng)，造成多個數(shù)據(jù)位發(fā)生翻轉(zhuǎn) 錯誤。針對一個數(shù)據(jù)位發(fā)生錯誤的情況，可以采用編碼校驗法進行糾錯，而物理相鄰的錯誤 數(shù)據(jù)如果同屬于一個數(shù)據(jù)字節(jié)，則用簡單的編碼校驗法無法糾錯，針對這種多數(shù)據(jù)錯誤的 情況可以采用多模冗余設(shè)計法。例如對于九模冗余數(shù)據(jù)存儲，將同樣的數(shù)據(jù)保存入九個相 同的存儲器，讀出時并行讀取出這些存儲器相同地址上的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)九份數(shù)據(jù)進行表 決，用服從多數(shù)法判斷出最終的輸出數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)刷新回發(fā)生錯誤的存儲器。但是在強輻 射環(huán)境中，有可能發(fā)生五個或以上數(shù)據(jù)樣本同時發(fā)生錯誤的情形，此時冗余系統(tǒng)將做出錯 誤的判決，冗余系統(tǒng)出錯的概率與單個存儲器數(shù)據(jù)出錯的概率正相關(guān)，存儲器數(shù)據(jù)出錯概 率越大，則冗余系統(tǒng)做出誤判的可能性越高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高冗余判決的正確率、降低每個存儲器的數(shù)據(jù) 錯誤率、提高冗余存儲系統(tǒng)的性能的基于數(shù)據(jù)可信性判斷的抗輻射SRAM多模冗余設(shè)計方 法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于數(shù)據(jù)可信性判斷抗輻射 SRAM多模冗余設(shè)計方法，該方法包括下列順序的步驟： (1) 由多個相同的SRAM存儲器和一個冗余系統(tǒng)控制電路組成多模冗余存儲系統(tǒng)； (2) 在多模冗余存儲系統(tǒng)中的SRAM存儲器的存儲陣列中選擇多個數(shù)據(jù)位作為觀察位， 觀察位存儲已知數(shù)據(jù)； (3)冗余系統(tǒng)控制電路對每個SRAM存儲陣列中的觀察位進行周期性檢查，當發(fā)現(xiàn)觀察 位數(shù)據(jù)發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤，則刷新對應(yīng)SRAM存儲陣列中發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤的觀察位周圍的嫌疑區(qū) 域內(nèi)的數(shù)據(jù)位，并且在刷新前的判決時放棄采用這些數(shù)據(jù)，刷新完成后，將對應(yīng)的觀察位的 數(shù)據(jù)恢復(fù)。
[0006] 讀取數(shù)據(jù)或者刷新前判斷正確數(shù)據(jù)時，冗余系統(tǒng)控制電路同時讀取所有SRAM存 儲器以獲取多份數(shù)據(jù)樣本，然后采用服從多數(shù)表決法判斷出結(jié)果。
[0007] 所述觀察位存儲的已知數(shù)據(jù)為0或1。
[0008] 所述嫌疑區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)位為數(shù)據(jù)發(fā)生變化的觀察位周圍相鄰物理范圍內(nèi)的所有 數(shù)據(jù)位。
[0009] 所述冗余系統(tǒng)控制電路在對數(shù)據(jù)進行刷新前的判決時放棄采用嫌疑區(qū)域的數(shù)據(jù)。
[0010] 由上述技術(shù)方案可知，多模冗余存儲系統(tǒng)包括至少兩個相同的SRAM存儲器，以及 執(zhí)行讀寫、判決和刷新功能的冗余系統(tǒng)控制電路，多個相同的SRAM存儲器內(nèi)保存多份數(shù)據(jù) 樣本。SRAM存儲器的存儲陣列中設(shè)置有若干保存已知數(shù)據(jù)的觀察位，冗余系統(tǒng)控制電路 周期性的檢查SRAM存儲陣列中的觀察位，當發(fā)現(xiàn)觀察位數(shù)據(jù)發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤時，則認為其周 圍一定物理范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)位都有發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤的可能，多模冗余系統(tǒng)控制電路讀取其它的 SRAM相同區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，采用服從多數(shù)法表決出結(jié)果后刷新嫌疑區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)位，在嫌疑 區(qū)域的數(shù)據(jù)都被刷新后，將對應(yīng)的觀察位的數(shù)據(jù)復(fù)原。通過本發(fā)明，可以提高冗余判決的正 確率，降低每個存儲器的數(shù)據(jù)錯誤率，最終使多模冗余存儲系統(tǒng)整體的性能得到提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明中帶有觀察位的SRAM存儲陣列的示意圖。
[0012] 圖2是多模冗余存儲系統(tǒng)中的SRAM存儲器的功能結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖3是多模冗余存儲系統(tǒng)中的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0014] 基于數(shù)據(jù)可信性判斷的抗輻射SRAM多模冗余設(shè)計方法，該方法包括以下步驟：第 一，由多個相同的SRAM存儲器和一個冗余系統(tǒng)控制電路組成多模冗余存儲系統(tǒng)；第二，在 多模冗余存儲系統(tǒng)中的SRAM存儲器的存儲陣列中選擇多個數(shù)據(jù)位作為觀察位，觀察位存 儲已知數(shù)據(jù)；第三，冗余系統(tǒng)控制電路對每個SRAM存儲陣列中的觀察位進行周期性檢查， 當發(fā)現(xiàn)觀察位數(shù)據(jù)發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤，則刷新對應(yīng)SRAM存儲陣列中發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤的觀察位周 圍的嫌疑區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)位，并且在刷新前的判決時放棄采用這些數(shù)據(jù)，刷新完成后，將對應(yīng) 的觀察位的數(shù)據(jù)恢復(fù)，如圖1、3所示。
[0015] 如圖1所示，所述觀察位存儲的已知數(shù)據(jù)為0或1，基于高能粒子在SRAM存儲陣列 中引起的多位數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)錯誤往往在物理上相鄰的特點，在存儲陣列中選擇若干數(shù)據(jù)位作為 觀察位，存儲已知數(shù)據(jù)，例如數(shù)據(jù)" 1"，冗余系統(tǒng)周期性的檢查觀察位中的數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)其變 化為"0"，則認為其周圍一定物理范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)也有發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤的嫌疑，多模冗余系統(tǒng)會 對這些數(shù)據(jù)進行刷新。換句話說，觀察位中存儲已知的數(shù)據(jù)，若冗余系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)觀察位數(shù)據(jù)發(fā) 生翻轉(zhuǎn)錯誤，則其周邊一定物理范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)有發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤的可能，需要被刷新。
[0016] 所述嫌疑區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)位為數(shù)據(jù)發(fā)生變化的觀察位周圍相鄰物理范圍內(nèi)的所有 數(shù)據(jù)位。所述冗余系統(tǒng)控制電路在對數(shù)據(jù)進行刷新前的判決放棄采用嫌疑區(qū)域的數(shù)據(jù)。讀 取數(shù)據(jù)或者刷新前判斷正確數(shù)據(jù)時，冗余系統(tǒng)控制電路同時讀取所有SRAM存儲器以獲取 多份數(shù)據(jù)樣本，然后采用服從多數(shù)表決法判斷出結(jié)果。
[0017] 如圖3所示，本系統(tǒng)為多模冗余系統(tǒng)，包括至少兩個相同的SRAM存儲器和冗余系 統(tǒng)控制電路。冗余系統(tǒng)控制電路通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線對每個SRAM存儲器進 行讀取操作。如圖2所示，所述SRAM存儲器由存儲陣列、行譯碼電路、列譯碼電路、讀寫電 路和接口電路組成。
[0018] 綜上所述，本發(fā)明利用多個相同的SRAM存儲器保存多份數(shù)據(jù)樣本，其中SRAM存儲 器的存儲陣列中設(shè)置有若干保存已知數(shù)據(jù)的觀察位，冗余系統(tǒng)控制電路周期性的檢查存儲 陣列中的觀察位，當發(fā)現(xiàn)觀察位數(shù)據(jù)發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤時，則刷新嫌疑區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，并且在刷 新前判決時將放棄采用嫌疑區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，在嫌疑區(qū)域的數(shù)據(jù)都被刷新后，將對應(yīng)的觀察 位的數(shù)據(jù)復(fù)原。通過本發(fā)明，可以提高冗余判決的正確率，降低每個存儲器的數(shù)據(jù)錯誤率， 最終使多模冗余存儲系統(tǒng)整體的性能得到提高。
【權(quán)利要求】
1. 基于數(shù)據(jù)可信性判斷的抗輻射SRAM多模冗余設(shè)計方法，其特征在于該方法包括下 列順序的步驟： (1) 由多個相同的SRAM存儲器和一個冗余系統(tǒng)控制電路組成多模冗余存儲系統(tǒng)； (2) 在多模冗余存儲系統(tǒng)中的SRAM存儲器的存儲陣列中選擇多個數(shù)據(jù)位作為觀察位， 觀察位存儲已知數(shù)據(jù)； (3) 冗余系統(tǒng)控制電路對每個SRAM存儲陣列中的觀察位進行周期性檢查，當發(fā)現(xiàn)觀察 位數(shù)據(jù)發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤，則刷新對應(yīng)SRAM存儲陣列中發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤的觀察位周圍的嫌疑區(qū) 域內(nèi)的數(shù)據(jù)位，并且在刷新前的判決時放棄采用這些數(shù)據(jù)，刷新完成后，將對應(yīng)的觀察位的 數(shù)據(jù)恢復(fù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)可信性判斷的抗輻射SRAM多模冗余設(shè)計方法，其特 征在于：讀取數(shù)據(jù)或者刷新前判斷正確數(shù)據(jù)時，冗余系統(tǒng)控制電路同時讀取所有SRAM存儲 器以獲取多份數(shù)據(jù)樣本，然后采用服從多數(shù)表決法判斷出結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)可信性判斷的抗輻射SRAM多模冗余設(shè)計方法，其特 征在于：所述觀察位存儲的已知數(shù)據(jù)為0或1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)可信性判斷的抗輻射SRAM多模冗余設(shè)計方法，其特 征在于：所述嫌疑區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)位為數(shù)據(jù)發(fā)生變化的觀察位周圍相鄰物理范圍內(nèi)的所有數(shù) 據(jù)位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)可信性判斷的抗輻射SRAM多模冗余設(shè)計方法，其特 征在于：所述冗余系統(tǒng)控制電路在對數(shù)據(jù)進行刷新前的判決時放棄采用嫌疑區(qū)域的數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G11C11/413GK104103306SQ201410285236
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】張森, 洪一, 王秋實, 陳林林, 龐遵林, 黃少雄 申請人:中國電子科技集團公司第三十八研究所