CN103219970A - 单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法与电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法与电路，首先分离单粒子瞬态脉冲信号为脉冲起始信号和脉冲结束信号，之后对所述脉冲结束信号进行相位延时处理，最后合并所述脉冲起始信号和相位延时处理后的所述脉冲结束信号。本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法是基于逻辑门中信号的相位延时理论，由于逻辑门中信号相位延时量较大，因而输入脉冲经过展宽模块后宽度的增加量也很大，易于被后续电路捕捉或处理。

Description

单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法与电路

技术领域

本发明涉及单粒子瞬态脉冲技术领域，特别是涉及单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法与电路。

背景技术

单粒子瞬态脉冲指粒子轨迹上产生的电荷被敏感节点收集，并导致电压和电流瞬时变化的现象。单粒子瞬态脉冲将会引起锁相环、运算放大器和接口电路等模拟电路的参数漂移。同时，随着特征尺寸减小，数字组合电路的单粒子瞬态脉冲宽度可达到数百ps，而主流数字集成电路的时钟周期仅为300-500ps；因此单粒子瞬态脉冲很容易像正常信号一样沿组合逻辑传播并被末端锁存器捕获形成一个持久错误。目前，单粒子瞬态脉冲已成为100MHZ以上频率、0.13微米以下工艺集成电路软错误的主要来源。如上所述，引起集成电路软错误率最主要的参数为单粒子瞬态脉冲宽度。而粒子入射产生的单粒子瞬态脉冲通常与制造工艺、电路拓扑结构、集成电路版图、入射粒子能量分布等有关。为评价标准工艺线、版图及各种抗辐射加固措施对集成电路单粒子效应的影响，有必要通过试验直接捕捉电路产生的单粒子瞬态脉冲，以此作为集成电路单粒子效应敏感性评价的依据。

目前，单粒子瞬态脉冲已成为国内外关注焦点，业界主要从数学模型和电路仿真角度对其开展研究。在试验测量过程中，传统单粒子瞬态脉冲的检测方法是依赖于高精度测量仪器来捕捉复杂电路系统中瞬态脉冲的波形与宽度，但由于单粒子瞬态脉冲宽度很小，一般均在1ns以下，因此对测量设备要求较高，且单粒子瞬态脉冲波形在通过测量仪器时会受漂移电容影响而产生失真，因而直接测量效果误差较大。

为提高后续电路捕捉单粒子瞬态脉冲的精度与效率，国内外提出一种波形展宽方法，即让单粒子瞬态脉冲通过一定数量级联形式的缓冲器后，基于缓冲器自身电容及相应延时，以增加单粒子瞬态脉冲宽度；原有脉冲宽度可通过后续仪器测量所得宽度减去缓冲器引入增量后得到。由于该方法中波形展宽电路是采用多级缓冲器级联，其将耗费大量芯片面积，此外，缓冲器给瞬态脉冲引入的增量很难精确估算，因而该方法在标定原有单粒子瞬态脉宽上具有很大的不确定性。

发明内容

基于此，有必要针对一般单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，脉冲宽度展宽能力有限且难于被精确处理的问题，提供一种扩展效果好且易于被捕捉处理的单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法与电路。

一种单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法，包括步骤：

分离单粒子瞬态脉冲信号为脉冲起始信号和脉冲结束信号；

对所述脉冲结束信号进行相位延时处理；

合并所述脉冲起始信号和相位延时处理后的所述脉冲结束信号。

一种单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，包括信号分离模块、信号相位延时模块和信号处理模块；

所述信号分离模块分离单粒子瞬态脉冲信号为脉冲起始信号和脉冲结束信号，发送所述脉冲起始信号到所述信号处理模块，发送所述脉冲结束信号到所述相位延时模块；

所述信号相位延时模块对所述脉冲结束信号进行相位延时处理，并将处理后的所述脉冲结束信号发送到信号处理模块；

所述信号处理模块合并所述脉冲起始信号和相位延时处理后的所述脉冲结束信号。

在其中一个实施例中，所述信号分离模块包括第一触发器、第二触发器和或非门，所述第一触发器的R端与所述第二触发器的R端连接，所述第一触发器的-Q端与所述或非门的B端连接，所述或非门的Y端与所述第二触发器的S端连接，所述第一触发器的S端接收所述单粒子瞬态脉冲信号，所述第一触发器的-Q端输出所述脉冲起始信号，所述或非门的A端接收所述单粒子瞬态脉冲信号，所述第二触发器的Q端输出所述脉冲结束信号。

在其中一个实施例中，所述单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路还包括与所述信号分离模块连接的复位模块，所述复位模块，用于对所述第一触发器和所述第二触发器进行复位处理，以使所述第一触发器和所述第二触发器恢复初始状态。

在其中一个实施例中，所述信号相位延时模块包括多个依次串联的反相器。

在其中一个实施例中，所述信号处理模块包括或非门，所述或非门的A端与所述信号分离模块连接，所述或非门的B端与所述信号相位延时模块连接，所述或非门的A端接收所述脉冲起始信号，所述或非门的B端接收所述相位延时处理后的所述脉冲结束信号，所述或非门的Y端输出展宽后的单粒子瞬态脉冲信号。

在其中一个实施例中，所述复位模块包括缓冲器，所述缓冲器的输出端分别与所述信号分离模块中第一触发器的S端以及所述信号分离模块中或非门的A端连接，所述缓冲器的输入端接收所述单粒子瞬态脉冲信号。

在其中一个实施例中，所述复位模块包括缓冲器，所述缓冲器的输出端分别与所述第一触发器的R端和所述第二触发器的R端连接，所述缓冲器的输入端接收所述展宽后的单粒子瞬态脉冲信号。

本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法，将输入的单粒子瞬态脉冲信号进行分离，分离为起始信号和结束信号，对结束信号进行已知量的相位延时处理，将已分离的信号进行合并，实现对原始单粒子瞬态脉冲信号的展宽。本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法是基于逻辑门中信号的相位延时理论，由于逻辑门中信号相位延时量较大，因而输入脉冲经过展宽模块后宽度的增加量也很大，易于被后续电路捕捉或处理。

附图说明

图1为本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法其中一个实施例的流程示意图；

图2为本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路其中一个实施例的结构示意图；

图3为本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路其中一个实施例的结构示意图；

图4为本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路其中一个实施例的结构示意图。具体实施方式

如图1所示，一种单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法，包括步骤：

S100：分离单粒子瞬态脉冲信号为脉冲起始信号和脉冲结束信号。单粒子瞬态脉冲信号的分离过程可以通过多种方式方法实现。

S200：对所述脉冲结束信号进行相位延时处理。

相位延时量指通过缓冲器等元件引入一定宽度的相位延时，该延时的大小可通过电路仿真或实际测量系统标定，进而得到经相位延时后的脉冲结束信号。如果需要比较大的相位延时，可以采用多个依次串联的缓冲器，实现对脉冲结束信号的相位延时处理。

S300：合并所述脉冲起始信号和相位延时处理后的所述脉冲结束信号。

合并脉冲起始信号和相位延时处理后的脉冲结束信号可以通过多种信号合成方式实现，例如直接利用或非门合成，其中或非门的A端接收脉冲起始信号，或非门的B端接收脉冲结束信号，或非门的Y端即可输出展宽后的单粒子瞬态脉冲信号。

本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法，将输入的单粒子瞬态脉冲信号进行分离，分离为起始信号和结束信号，对结束信号进行已知量的相位延时处理，将已分离的信号进行合并，实现对原始单粒子瞬态脉冲信号的展宽。本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法是基于逻辑门中信号的相位延时理论，由于逻辑门中信号相位延时量较大，因而输入脉冲经过展宽模块后宽度的增加量也很大，易于被后续电路捕捉或处理。

如图2所示，一种单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，包括信号分离模块100、信号相位延时模块200和信号处理模块300；

所述信号分离模块100分离单粒子瞬态脉冲信号为脉冲起始信号和脉冲结束信号，发送所述脉冲起始信号到所述信号处理模块200，发送所述脉冲结束信号到所述相位延时模块300；

所述信号相位延时模块200对所述脉冲结束信号进行相位延时处理，并将处理后的所述脉冲结束信号发送到信号处理模块300；

所述信号处理模块300合并所述脉冲起始信号和相位延时处理后的所述脉冲结束信号。

信号分离模块100其输入端为待测辐射环境中形成的原始单粒子瞬态脉冲，信号分离模块100将原始单粒子瞬态脉冲宽度分离为脉冲起始信号和脉冲结束信号。信号相位延时模块200的输入端与信号分离模块100的输出端连接，信号相位延时模块200，用于对所述脉冲结束信号进行相位延时处理。在本实施例中，相位延时量指通过缓冲器等元件引入一定宽度的相位延时，该延时的大小可通过电路仿真或实际测量系统标定，进而得到经相位延时后的脉冲结束信号。信号处理模块300将两个信号重新合并为一个信号进行输出，合成后的信号脉冲宽度等于原始单粒子瞬态脉冲宽度与信号延时模块所引入相位延时之和。

本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，信号分离模块将输入的单粒子瞬态脉冲信号进行分离，分离为起始信号和结束信号，信号相位延时模块对结束信号进行已知量的相位延时处理，信号处理模块将已分离的信号进行合并，实现对原始单粒子瞬态脉冲信号的展宽。本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路是基于逻辑门中信号的相位延时理论，由于逻辑门中信号相位延时量较大，因而输入脉冲经过展宽模块后宽度的增加量也很大，易于被后续电路捕捉或处理。

下面将用具体实施例来详细解释本发明单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路的工作过程及其原理。为了便于说明和理解下面实施例中引入了字母作为各种信号的指代。

信号分离模块的输入、输出信号分别为A、B、C，其中A信号为原始单粒子瞬态脉冲信号，原始单粒子瞬态脉冲信号脉宽为TSET；B信号为脉冲起始信号；C信号为脉冲结束信号，其相位滞后于脉冲起始信号。信号延时模块的输入和输出信号分别为C和D，D信号为C信号经相位延时Tb后所得信号，其相位更加滞后于脉冲起始信号B。信号处理模块的输入和输出信号分别为B、D和E，E信号为B、D信号合并后所得信号即展宽后的单粒子瞬态脉冲信号。测量E后即可得展宽后信号脉宽为TSET+Tb，将该值减去相位延时量Tb后，即可反推得到原始单粒子瞬态脉冲宽度TSET。

如图3所示，在其中一个实施例中，所述信号分离模块包括第一触发器210、第二触发器220和或非门230，所述第一触发器210的R端与所述第二触发器220的R端连接，所述第一触发器210的-Q端与所述或非门230的B端连接，所述或非门230的Y端与所述第二触发器220的S端连接，所述第一触发器210的S端接收所述单粒子瞬态脉冲信号，所述第一触发器210的-Q端输出所述脉冲起始信号，所述或非门230的A端接收所述单粒子瞬态脉冲信号，所述第二触发器220的Q端输出所述脉冲结束信号。

触发器是一种可以存储电路状态的电子元件，最简单的是由两个与非门，两个输入端和两个输出端组成的RS触发器。

信号分离模块可通过不同结构将输入脉冲信号分离为两个信号进行输入，在本实施例中，给出一种具体电路结构，但也不限于此结构。下面将用详细解释说明在本是实例中信号分离模块的工作过程及其原理。

在本实施例中，信号处理模块包括由RS触发器及或非门组成的第一单元电路，所述第一单元电路包括第一、第二两个RS触发器及一个或非门。其中，第一RS触发器的输入端S接收原始单粒子瞬态脉冲信号作为输入端，输出为Q与-Q信号，两者相位相反，其中输出端Q悬空，输出端-Q与整个模块中脉冲起始信号输出端连接。输出端-Q与原始单粒子瞬态脉冲输入进或非门中，或非门的输出端与后RS触发器的S端连接。第二触发器的输出为Q与-Q信号，两者相位相反，其中输出端Q与整个模块中脉冲结束信号输出端连接，输出端-Q悬空。

若输入瞬态脉冲为0……0-1……1-0……0等电平翻转两次的信号，信号分离电路可将其分离为两个电平只翻转一次的信号，其工作原理为：初始状态瞬态脉冲输入端为低电平，当复位信号端输入复位信号脉冲0-1-0时，电路开始进入工作状态，两个触发器的输出端Q置0，脉冲结束信号为0；若此时瞬态脉冲输入端没有输入信号，即瞬态脉冲输入端的信号为0，前触发器置0，输出脉冲起始信号为1，同时后触发器输入端均为0，输出保持在1状态；当有脉冲信号为0……0-1……1-0……0输入到瞬态脉冲输入端时，前触发器置0，输出脉冲起始信号为1，同时后触发器输入端均为0，输出保持在1状态；当有脉冲信号为0……0-1……1-0……0输入到瞬态脉冲输入端时（脉冲由前置的脉冲产生电路产生），驱动前触发器置1，输出脉冲起始信号端发生翻转，当该脉冲信号结束时，后触发器的S端发生翻转，输出端置为1，此时脉冲结束信号输出端发生翻转，由0置为1。由此，输入原始瞬态脉冲的波形可分离成由从高电平翻转成低电平的脉冲起始信号和由低电平翻转成高电平的脉冲结束信号。

在其中一个实施例中，所述单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路还包括与所述信号分离模块连接的复位模块，所述复位模块，用于对所述第一触发器和所述第二触发器进行复位处理，以使所述第一触发器和所述第二触发器恢复初始状态。

在对当前单粒子脉冲瞬态信号进行展宽后，第一、第二触发器内可能残存历史数据，会影响需要第一、第二触发器的正常工作，所以在本实施例中需要利用展宽后的单粒子脉冲瞬态信号作为复位信号，对第一、第二触发器进行复位处理，使第一、第二触发器恢复到初始状态，确保第一、第二触发器能正常工作。

如图3所示，在其中一个实施例中，所述信号相位延时模块包括多个依次串联的反相器。

在本实施例中，多个指代的2个或2个以上的个数，信号相位延时模块可通过多级反相器实现，反相器级数及宽长比可依据所希望引入延时量确定，为后续脉冲宽度测量奠定基础。

在其中一个实施例中，所述信号处理模块包括或非门，所述或非门的A端与所述信号分离模块连接，所述或非门的B端与所述信号相位延时模块连接，所述或非门的A端接收所述脉冲起始信号，所述或非门的B端接收所述相位延时处理后的所述脉冲结束信号，所述或非门的Y端输出展宽后的单粒子瞬态脉冲信号。

在本实施例中，信号处理模块可通过或非门实现，脉冲起始信号和经相位延时的脉冲结束信号经过或非运算后，可重新合并为一个脉宽较大的脉冲信号并输出，该脉宽较大的脉冲信号即为展宽后的单粒子瞬态脉冲信号。

如图3所示，在其中一个实施例中，所述复位模块包括缓冲器400，所述缓冲器400的输出端分别与所述信号分离模块中第一触发器210的S端以及所述信号分离模块中或非门230的A端连接，所述缓冲器的输入端接收所述单粒子瞬态脉冲信号。

在本实施例中，第一触发器输入端S前增加缓冲器400，而第一、第二触发器的输入R端均直接与原始单粒子瞬态脉冲连接。当单粒子瞬态脉冲0-1-0输入电路时，其在电平转为1时，将自动使第一、第二触发器复位，在触发器复位后，单粒子瞬态脉冲信号经缓冲器后方输入至前触发器的S端和信号分离模块中的或非门的输入端。

如图4所示，在其中一个实施例中，所述复位模块包括缓冲器400，所述缓冲器400的输出端分别与所述第一触发器210的R端和所述第二触发器220的R端连接，所述缓冲器的输入端接收所述展宽后的单粒子瞬态脉冲信号。

在本实施例中，整个电路的输出端上串联缓冲器，展宽后的单粒子瞬态脉冲信号反馈至信号分离电路的第一、第二触发器的输入R端，即对每个单粒子瞬态脉冲展宽后将自动使电路处于复位状态，以方便后续脉冲展宽。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种单粒子瞬态脉冲宽度展宽方法，其特征在于，包括步骤：

分离单粒子瞬态脉冲信号为脉冲起始信号和脉冲结束信号；

对所述脉冲结束信号进行相位延时处理；

合并所述脉冲起始信号和相位延时处理后的所述脉冲结束信号。

2.一种单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，其特征在于，包括信号分离模块、信号相位延时模块和信号处理模块；

所述信号分离模块分离单粒子瞬态脉冲信号为脉冲起始信号和脉冲结束信号，发送所述脉冲起始信号到所述信号处理模块，发送所述脉冲结束信号到所述相位延时模块；

所述信号相位延时模块对所述脉冲结束信号进行相位延时处理，并将处理后的所述脉冲结束信号发送到信号处理模块；

所述信号处理模块合并所述脉冲起始信号和相位延时处理后的所述脉冲结束信号。

3.根据权利要求2所述的单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，其特征在于，所述信号分离模块包括第一触发器、第二触发器和或非门，所述第一触发器的R端与所述第二触发器的R端连接，所述第一触发器的-Q端与所述或非门的B端连接，所述或非门的Y端与所述第二触发器的S端连接，所述第一触发器的S端接收所述单粒子瞬态脉冲信号，所述第一触发器的-Q端输出所述脉冲起始信号，所述或非门的A端接收所述单粒子瞬态脉冲信号，所述第二触发器的Q端输出所述脉冲结束信号。

4.根据权利要求3所述的单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，其特征在于，还包括与所述信号分离模块连接的复位模块，所述复位模块，用于对所述第一触发器和所述第二触发器进行复位处理，以使所述第一触发器和所述第二触发器恢复初始状态。

5.根据权利要求2或3所述的单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，其特征在于，所述信号相位延时模块包括多个依次串联的反相器。

6.根据权利要求2或3所述的单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，其特征在于，所述信号处理模块包括或非门，所述或非门的A端与所述信号分离模块连接，所述或非门的B端与所述信号相位延时模块连接，所述或非门的A端接收所述脉冲起始信号，所述或非门的B端接收所述相位延时处理后的所述脉冲结束信号，所述或非门的Y端输出展宽后的单粒子瞬态脉冲信号。

7.根据权利要求4所述的单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，其特征在于，所述复位模块包括缓冲器，所述缓冲器的输出端分别与所述信号分离模块中第一触发器的S端以及所述信号分离模块中或非门的A端连接，所述缓冲器的输入端接收所述单粒子瞬态脉冲信号。

8.根据权利要求4所述的单粒子瞬态脉冲宽度展宽电路，其特征在于，所述复位模块包括缓冲器，所述缓冲器的输出端分别与所述第一触发器的R端和所述第二触发器的R端连接，所述缓冲器的输入端接收所述展宽后的单粒子瞬态脉冲信号。

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