1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2018-23-3-252-259621.382+621.396.6Элементы интегральной электроникиTopological Approach to Increase Reliability of DICE Flip-Flop Triggers to Single Event EffectsТопологический подход к увеличению устойчивости DICE-триггеров к воздействию тяжелых заряженных частиц252259http://ivuz-e.ru/en/issues/3-_2018/topologicheskiy_podkhod_k_uvelicheniyu_ustoychivosti_dice_triggerov_k_vozdeystviyu_tyazhelykh_zaryazh/http://ivuz-e.ru/en/download/3_2018_2208_en.pdf

The up-to-date systems of space communications, navigation, etc require the development of the electronic component base. The application of the reliability increase methods results in degradation of the efficiency, power consumption and area. The heavy charged particles, passing through the semiconductor material, ionize it, generating huge volume of electron-hole pairs. Further, the particles can be captured by the electric field and can induce a voltage pulse on the information lines. In this study this pulse can lead to the data distortion and the functioning failures. To reduce the impact of single events the specialized cells, permitting to keep the data, even under a heavy ion hit, are used. Such cells are based on multiplying the data for their further recovery after the impact. The major problem is the simultaneous impact of the heavy charged particles upon several copies of the data. The analysis of the sensing modes of the DICE based latch with an asynchronous reset signal has been performed. The method for selection of the sets of sensitive nodes, the mutual position of which affects the reliability of the latch to a single ion hit, has been shown. Based on this method a topological view of the trigger cell has been developed. The minimum distance between the sensitive nodes of the produced cell is more than 4.5 times longer than that one of its standard analog. An increase in the area of obtained DICE based flip-flop trigger with an asynchronous reset was only 8%.

Применяемые методы повышения устойчивости микросхем к воздействию тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) часто приводят к ухудшению производительности, потребляемой мощности и площади. ТЗЧ, проходя через материал полупроводника, ионизируют его, порождая электронно-дырочные пары. В дальнейшем частицы могут быть «захвачены» электрическим полем и вызвать импульс напряжения на информационных линиях, который искажает данные и приводит к сбоям функционирования. В работе для уменьшения влияния одиночных событий предложено применять специализированные ячейки, позволяющие сохранять записанную информацию при воздействии на нее ТЗЧ. В основе таких ячеек лежит принцип мультиплицирования данных для восстановления их после воздействия. Основная проблема - одновременное воздействие ТЗЧ на несколько копий данных. Проведен анализ чувствительных узлов DICE-защелки с сигналом асинхронного сброса. Представлена методика выделения наборов чувствительных узлов, взаимное расположение которых влияет на чувствительность триггера к воздействию ТЗЧ. На основе данной методики разработано топологическое представление ячейки триггера. Предложенная методика позволяет анализировать чувствительные узлы D-триггеров разной модификации. Минимальное расстояние между чувствительными узлами полученной ячейки в 4,5 раза больше, чем у ее стандартного аналога. При этом увеличение площади DICE-триггера с сигналом асинхронного сброса составило всего 8%.

 Чумаков А.И. Действие космической радиации на интегральные схемы. – М.: Радио и связь, 2004. – 320 с.Таперо К.И., Улимов В.Н., Членов А.М. Радиационные эффекты в кремниевых ин-тегральных схемах космического применения. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 304 с.Calin T., Nicolaidis M., Velazco R. Upset hardened memory design for submicron CMOS technology // Nuclear Science, IEEE Transactions on. – 1996. – Vol. 43. – Iss. 6. – P. 1. – P. 2874–2878.Liu M.N., Whitaker S. Low power SEU immune CMOS memory circuits // IEEE Trans-actions on Nuclear Science. – 1992. – Vol. 39. – No. 6. – P. 1679–1684.Two CMOS memory cells suitable for the design of SEU-tolerant VLSI circuits / R. Velazco, D. Bessot, S. Duzellier et al. // Nuclear Science, IEEE Transactions on. – 1994. – Vol. 41. – Iss. 6. – Part 1-2. – P. 2229–2234.Timoshenkov V., Fateev I. Modification of radiation hardened triggers for special receiv-ers // Proc. of the 2017 IEEE Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic En-gineering Conference. Part II. – 2017. – P. 75–78.Naseer R., Draper J. DF-DICE: A scalable solution for soft error tolerant circuit design // ISCAS. –2006. – P. 3890–3893.Тимошенков В.П., Фатеев И.А. DICE КМОП КНИ-триггер, устойчивый к воздей-ствию тяжелых заряженных частиц для применения в приемных трактах // Изв. вузов. Электроника. – 2017. – Т. 22. – №4. – С. 402–406.Ольчев С.И., Стенин В.Я. Анализ сбоеустойчивости триггерных элементов с двухфазной структурой // Электроника, микро- и наноэлектроника: сб. науч. тр. – М.: НИЯУ МИФИ, 2010. – С. 29–38.Стенин В.Я., Черкасов И.Г. Влияние топологии субмикронных КМОП ячеек па-мяти DICE на чувствительность ОЗУ к воздействию отдельных ядерных частиц // Микро-электроника. – 2011. – Т.40. – №3. – С. 184–190.Ольчев С.И., Стенин В.Я. Двухфазные КМОП логические элементы с повышен-ной сбоеустойчивостью к воздействию отдельных ядерных частиц // Микроэлектроника. – 2011. – Т.40. – №3. – С. 170–183.Estimation of hardened flip-flop neutron soft error rates using SRAM multiple-cell upset data in bulk CMOS / N. Gaspard, S. Jagannathan, Z. Diggins et al. // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 2013. – Vol. 60. – No. 4. – P. 2782–2788.Стенин В.Я. Моделирование характеристик 28-нм ячеек DICE в нестационарных состояниях, вызванных воздействием одиночных ядерных частиц // Микроэлектроника. – 2015. – Т.44. – № 5. – С. 368–379.Схемотехническое моделирование одиночных эффектов при воздействии тяжелых заряженных частиц в КМОП СБИС с суб-100-нм проектными нормами / А.А. Смолин, А.Б. Боруздина, А.В. Уланова и др. // Изв. вузов. Электроника. – 2017. – Т. 23. – № 5. – С. 447–459.Modeling of single event transients with dual double-exponential current sources: impli-cations for logic cell characterization / D.A. Black, W.H. Robinson, I.Z. Wilcox et al. // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 2015. – Vol. 62. – N. 4. – P. 1540–1549.Кононов В.С., Шелепин Н.А. Повышение эффективности моделирования переходных процессов в КМОП-микросхемах с учетом одиночных радиационных эффектов // Изв. вузов. Электроника. – 2017. – Т. 22. – № 4. – С. 361–368.Susan Nordyk. RF SOI process design kit leverages PSP-SOI model. – URL: http://www.edn.com/electronics-products/other/4439517/RF-SOI-process-design-kit-leverages-PSP-SOI-model (дата обращения: 10.06.2018).