KR20230036437A - Radiation-resilient latch circuit and memory cell having dual redundancy - Google Patents

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KR20230036437A KR1020210119291A KR20210119291A KR20230036437A KR 20230036437 A KR20230036437 A KR 20230036437A KR 1020210119291 A KR1020210119291 A KR 1020210119291A KR 20210119291 A KR20210119291 A KR 20210119291A KR 20230036437 A KR20230036437 A KR 20230036437A
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a radiation-resistant latch circuit and memory cell having double redundancy. The memory cell of the present invention includes: a storage cell that stores data; an access transistor module that controls access to the storage cell; a clocked output inverter for controlling the output of the storage cell; a transmission gate for controlling whether to output input data; and a clock inverter that inverts and outputs the clock frequency for operation of the memory cell. The storage cell includes: a first latch element in which a plurality of pMOSFETs are stacked at a first node and a plurality of nMOSFETs are stacked at a second node; and a second latch element in which a plurality of pMOSFETs are stacked at a third node and a plurality of nMOSFETs are stacked at a fourth node. The present invention is easy to manufacture and/or design with minimized latch redundancy.

Description

이중 리던던시를 가지는 내방사선 래치 회로 및 메모리 셀{RADIATION-RESILIENT LATCH CIRCUIT AND MEMORY CELL HAVING DUAL REDUNDANCY}Radiation tolerant latch circuit and memory cell having double redundancy

본 발명은 이중 리던던시를 가지는 내방사선 래치 회로 및 메모리 셀에 관한 것이다.The present invention relates to a radiation tolerant latch circuit and memory cell having double redundancy.

집적 회로(integrated circuit: IC)의 축소(scaling down) 기술이 발전함에 따라, 집적 회로는 공급 전압과 노드 정전용량(node capacitance)이 상당히 감소하였고, 적은 양의 임계 전하(예: 논리 상태를 유지하기 위한 최소 전하)를 필요로 하고 있다. 이로 인하여, 집적 회로는 높은 고도의 가혹한 방사 환경(harsh radiation environment)뿐 아니라, 지상 수준(terrestrial level)의 방사 환경에서도 소프트 에러(soft error)가 발생할 수 있다.With advances in scaling down technologies in integrated circuits (ICs), integrated circuits have significantly reduced their supply voltage and node capacitance, and have a small amount of critical charge (e.g., maintaining logic states). minimum charge) is required. For this reason, the integrated circuit may generate a soft error not only in a harsh radiation environment at a high altitude, but also in a terrestrial level radiation environment.

또한, 나노미터(nanometer) 단위로 크기가 감소에 따라, 집적 회로는 노드 간의 전하 공유로 인한 다중 노드 업셋(multiple node upset: MNU)이 발생할 가능성이 증가하고 있다. 예를 들어, 싱글 노드 업셋 강화 이중 인터록 셀 요소(single node upset (SNU) hardened dual-interlocked cell element: DICE)을 이용하여 구현된 40 나노미터 플립-플롭(flip-flops)은 소프트 에러를 완전히 예방할 수 없고, 기존의 플립-플롭(flip-flops)과 비교하여 약 30 %의 예방 효과를 보이고 있다.In addition, as size decreases on the order of nanometers, integrated circuits are increasingly subject to multiple node upsets (MNUs) due to charge sharing between nodes. For example, 40 nanometer flip-flops implemented using a single node upset (SNU) hardened dual-interlocked cell element (DICE) are completely immune to soft errors. Compared to conventional flip-flops, it shows a prevention effect of about 30%.

이에 따라, 최근에는 이중 노드 업셋(dual node upset: DNU) 및/또는 다중 노드 업셋에 강인한 내방사선 구조의 설계(radiation hardening by design: RHBD)에 대한 관심이 증가하고 있다. 현재 제안되고 있는 이중 노드 업셋 (DNU)에 강인한 디자인은 일반적으로 Muller C-element (MCE) 또는 이중 인터록 셀 요소(dual-interlocked cell element, DICE)를 기반으로 한다.Accordingly, interest in the design of a radiation hardening by design (RHBD) robust against a dual node upset (DNU) and/or a multi-node upset has recently increased. Currently proposed dual node upset (DNU) robust designs are generally based on Muller C-element (MCE) or dual-interlocked cell element (DICE).

하지만, 상술한 디자인들은 시스템 레벨의 읽기/쓰기 동작 중 전하 공유, 설계의 복잡성, 및/또는 높은 전력 소모등의 문제를 가지고 있다. 예를 들어, MCE기반의 메모리 셀은 설계가 간단하나 버스라인과 메모리의 플로팅 출력 노드간의 전하 공유로 인하여, 읽는 동안 플로팅 출력 노드의 상태가 변경될 수 있다는 문제를 가지고 있다. 또한, DICE 기반의 메모리 셀은 신규 데이터의 쓰기 동작 시 모든 피드백 루프가 활성화 되므로 많은 전력을 소비 및 긴 쓰기 시간을 가지는 문제를 가지고 있다.However, the above designs have problems such as charge sharing during read/write operations at the system level, design complexity, and/or high power consumption. For example, an MCE-based memory cell has a simple design, but has a problem in that a state of a floating output node may be changed during reading due to charge sharing between a bus line and a floating output node of a memory. In addition, DICE-based memory cells consume a lot of power and have a long write time because all feedback loops are activated during a write operation of new data.

따라서, 본 발명의 목적은, 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 래치 리던던시(latch redundancy)를 최소화하며, 싱글 이벤트 업셋(single event upset: SEU)에 인센시티브(insensitive)한 노드를 최대화할 수 있는 이중 리던던시를 가지는 내방사선 래치 회로 및 메모리 셀을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, to minimize latch redundancy, and to maximize a node insensitive to a single event upset (SEU). It is to provide a radiation-tolerant latch circuit and memory cell having double redundancy.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 메모리 셀은, 데이터를 저장하는 저장 셀; 상기 저장 셀에 대한 접근을 제어하는 접근 트랜지스터 모듈; 상기 저장 셀의 출력을 제어하기 위한 클럭킹된 출력 인버터; 입력 데이터의 출력 여부를 제어하기 위한 전송 게이트; 및 상기 메모리 셀의 동작을 위한 클럭 주파수를 반전하여 출력하는 클럭 인버터를 포함하고, 상기 저장 셀은 다수의 pMOSFET가 제1 노드에 적층되고, 다수의 nMOSFET가 제2 노드에 적층된 제1 래치 요소; 및 다수의 pMOSFET가 제3 노드에 적층되고, 다수의 nMOSFET가 제4 노드에 적층된 제2 래치 요소를 포함할 수 있다.A memory cell of the present invention for achieving the above object includes a storage cell for storing data; an access transistor module controlling access to the storage cell; a clocked output inverter for controlling the output of the storage cell; a transmission gate for controlling whether input data is output; and a clock inverter for inverting and outputting a clock frequency for operation of the memory cell, wherein the storage cell has a first latch element in which a plurality of pMOSFETs are stacked on a first node and a plurality of nMOSFETs are stacked on a second node. ; and a second latch element in which a plurality of pMOSFETs are stacked on a third node and a plurality of nMOSFETs are stacked on a fourth node.

본 발명의 이중 리던던시(dual redundancy)를 가지는 내방사선 래치 회로는, 다수의 pMOSFET가 제1 노드에 적층되고, 다수의 nMOSFET가 제2 노드에 적층된 제1 래치 요소; 및 다수의 pMOSFET가 제3 노드에 적층되고, 다수의 nMOSFET가 제4 노드에 적층된 제2 래치 요소를 포함할 수 있다.A radiation-tolerant latch circuit having dual redundancy of the present invention includes a first latch element in which a plurality of pMOSFETs are stacked at a first node and a plurality of nMOSFETs are stacked at a second node; and a second latch element in which a plurality of pMOSFETs are stacked on a third node and a plurality of nMOSFETs are stacked on a fourth node.

이상과 같은 본 발명은 래치 리던던시를 최소화하여 제조 및/또는 설계가 용이하며, 업셋 폴라리티(upset polarity)의 적용을 통해 SEU에 인센시티브(insensitive)한 노드의 수를 최대화하여 내 방사선 성능(에러에 대한 회복력)을 향상시킬 수 있으며, 다중 임계 전압을 가지는 트랜지스터의 이용을 통해 전력 성능을 향상(예: 소모 전력을 감소)시킬 수 있다.The present invention as described above is easy to manufacture and / or design by minimizing latch redundancy, and maximizes the number of nodes insensitive to the SEU through the application of upset polarity to perform radiation resistance (error resistance). resilience) can be improved, and power performance can be improved (eg, power consumption reduced) through the use of transistors having multiple threshold voltages.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 래치 회로를 포함하는 메모리 셀을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 셀의 싱글 노드 업셋 및 듀얼 노드 업셋에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 셀의 성능을 평가한 결과를 도시한 표이다.
1 is a diagram illustrating a memory cell including a latch circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating simulation results of a single node upset and a dual node upset of a memory cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a table showing results of evaluating the performance of a memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become clear with reference to embodiments described later in detail in conjunction with the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in a variety of different forms. Only these embodiments are provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined by the scope of the claims. only become Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 래치 회로를 포함하는 메모리 셀을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a memory cell including a latch circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 셀(100)은 저장 셀(110), 접근 트랜지스터 모듈(120), 클럭 인버터(130), 전송 게이트(140), 및 클럭킹된 출력 인버터(150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a memory cell 100 according to an embodiment of the present invention includes a storage cell 110, an access transistor module 120, a clock inverter 130, a transmission gate 140, and a clocked output inverter. (150) may be included.

클럭킹된 출력 인버터(150)는 저장 셀(110)의 출력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 클럭킹된 출력 인버터(150)는 다른 신호 강도를 가지는 2개의 입력 X2 및 X3를 이용하여 저장 셀(110)의 출력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 입력 데이터 D가 "0"일 때, X2는 약한(weak) "1"이고, X3는 강한(strong) "1"이다. 이때, 클럭킹된 출력 인버터(150)의 트랜지스터 N14는 위크 "1"의 값을 가지는 X2에 의해 턴-온(turn-on)되고, 클럭킹된 출력 인버터(150)의 트랜지스터 P13는 강한 "1"의 값을 가지는 X3에 의해 턴-오프(turn-off)될 수 있다. 따라서, 트랜지스터 P13의 누설 전력은, 위크 "1"의 입력과 비교하여, 감소될 수 있다.The clocked output inverter 150 may control the output of the storage cell 110 . For example, clocked output inverter 150 may control the output of storage cell 110 using two inputs X2 and X3 having different signal strengths. For example, when the input data D is "0", X2 is a weak "1" and X3 is a strong "1". At this time, the transistor N14 of the clocked output inverter 150 is turned on by X2 having a value of weak "1", and the transistor P13 of the clocked output inverter 150 has a strong "1". It can be turned off by X3 having a value. Therefore, the leakage power of transistor P13 can be reduced compared to the input of weak "1".

전송 게이트(140)는 입력 데이터(D)에 대한 출력 여부를 제어(예: 전송 또는 차단)할 수 있다. 예를 들어, 전송 게이트(140)는 클럭 신호들(CLK 및 CLK_b)에 따라 입력 데이터(D)를 전송 또는 차단하여 출력 데이터(Q)를 제공할 수 있다. 상기 전송 게이트(140)를 이용하여 본 발명의 메모리 셀(100)은 입력 데이터(D)에 대한 빠른 출력을 제공할 수 있다.The transmission gate 140 may control (eg, transmit or block) whether to output the input data D. For example, the transfer gate 140 may transmit or block input data D according to clock signals CLK and CLK_b to provide output data Q. Using the transfer gate 140, the memory cell 100 of the present invention can provide fast output for input data D.

클럭 인버터(130)는 메모리 셀(100)의 동작(예: 읽기/쓰기/지우기)을 위한 클럭 주파수를 반전하여 출력할 수 있다.The clock inverter 130 may invert and output clock frequencies for operations (eg, read/write/erase) of the memory cell 100 .

접근 트랜지스터(access transistor) 모듈(120)은 입력과 래치 요소 사이에 위치하는 접근 트랜지스터들을 포함 할 수 있다. 접근 트랜지스터들은 적층된 구조에 사용된 트랜지스터들과 같은 유형의 트랜지스터로 구현될 수 있다. 접근 트랜지스터 모듈(120)은 입력 데이터를 반전하여 출력하는 입력 인버터(121)를 포함할 수 있다.Access transistor module 120 may include access transistors positioned between an input and a latch element. Access transistors may be implemented with the same types of transistors as those used in the stacked structure. The access transistor module 120 may include an input inverter 121 that inverts and outputs input data.

저장 셀(110)(또는 "래치 회로" 또는 "래치 모듈"로 명칭)은 데이터를 저장할 수 있다. 저장 셀(110)은 2개의 래치 요소(111, 112)를 포함하는 이중 래치 리던던시(dual latch redundancy)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 저장 셀(110)은 도 1에서 좌측에 위치하는 제1 래치 요소(111) 및 도 1에서 우측에 위치하는 제2 래치 요소(112)를 포함할 수 있다.The storage cell 110 (also termed a "latch circuit" or "latch module") may store data. The storage cell 110 may be configured with dual latch redundancy including two latch elements 111 and 112 . For example, the storage cell 110 may include a first latch element 111 positioned on the left side in FIG. 1 and a second latch element 112 positioned on the right side in FIG. 1 .

제1 래치 요소(111)는 적층된 3개의 nMOSFET들(N1, N2, N3) 및 적층된 3개의 pMOSFET들(P1, P2, P3)을 포함할 수 있고, 제2 래치 요소(112)는 적층된 3개의 nMOSFET들(N6, N7, N8) 및 적층된 3개의 pMOSFET들(P6, P7, P8)을 포함할 수 있다. 이로 인하여, 본 발명의 저장 셀(110)는 같은 종류의 트랜지스터들이 적층되면, 적층된 트랜지스터들의 오프(OFF) 상태에서 각 노드에 한 종류의 업셋만이 발생하는 업셋 폴라리티(upset polarity)(또는 에러 폴라리티) 특성을 가진다.The first latch element 111 may include three nMOSFETs (N1, N2, and N3) stacked and three pMOSFETs (P1, P2, and P3) stacked, and the second latch element 112 is stacked. It may include three nMOSFETs (N6, N7, N8) and three pMOSFETs (P6, P7, P8) stacked. Due to this, the storage cell 110 of the present invention has an upset polarity (or error polarity) characteristics.

상기 업셋 폴라리티 특성으로 인하여, 제1 래치 요소(111)에 포함된 pMOSFET들(P1, P2, P3 P4 P5) 또는 제2 래치 요소(112)에 포함된 pMOSFET들(P6, P7, P8 P9 P10)이 오프 상태인 경우 제1 래치 요소(111) 또는 제2 래치 요소(112)의 해당 노드에서는 포지티브 업셋만 발생 가능(포지티브 업셋에 센시티브)하다. 또한, 제1 래치 요소(111)에 포함된 nMOSFET들(N1, N2, N3 N4 N5) 또는 제2 래치 요소(112)에 포함된 nMOSFET들(N6, N7, N8 N9 N10)이 오프 상태인 경우 제1 래치 요소(111) 또는 제2 래치 요소(112)의 해당 노드에서는 네가티브 업셋만 발생 가능(네가티브 업셋에만 센시티브)하다.Due to the upset polarity characteristic, the pMOSFETs (P1, P2, P3 P4 P5) included in the first latch element 111 or the pMOSFETs (P6, P7, P8 P9 P10) included in the second latch element 112 ) is off, only positive upsets can occur at the corresponding node of the first latch element 111 or the second latch element 112 (sensitive to positive upsets). Also, when the nMOSFETs N1 , N2 , N3 N4 N5 included in the first latch element 111 or the nMOSFETs N6 , N7 , N8 N9 N10 included in the second latch element 112 are off. In the corresponding node of the first latch element 111 or the second latch element 112, only negative upsets can occur (only negative upsets are sensitive).

한편, 제1 래치 요소(111) 또는 제2 래치 요소(112)의 해당 노드들은, 제1 래치 요소(111) 또는 제2 래치 요소(112)에 포함된 pMOSFET들 및 nMOSFET들이 온(ON) 상태인 경우, SEU에 인센시티브하다. 예를 들어, 입력 D의 논리 값이 "0"일 때, 제2 래치 요소(112)에 포함된 pMOSFET들 및 nMOSFET들은 온 상태를 가지며, 제2 래치 요소(112)의 해당 노드들은 SEU에 인센시티브하다. 따라서, 제2 래치 요소(112)에 포함된 pMOSFET들(P6, P7, P8)의 노드들(X3, A3 및 A7)은, 에너지 입자(또는 방사선 입자)가 충돌하더라도, 논리 값 "1"을 유지하고, 논리 값 "0"으로 전환되지 않는다. 또한, 제2 래치 요소(112)에 포함된 nMOSFET들(N6, N7, N8)의 노드들(X4, A4, 및 A8)은 논리 값 "0"을 유지하고, 논리 값 "1"로 전환되지 않는다.Meanwhile, in corresponding nodes of the first latch element 111 or the second latch element 112, pMOSFETs and nMOSFETs included in the first latch element 111 or the second latch element 112 are in an on state. If , it is incentive to SEU. For example, when the logic value of the input D is “0”, the pMOSFETs and nMOSFETs included in the second latch element 112 are in an on state, and the corresponding nodes of the second latch element 112 are connected to the SEU. be sensitive Therefore, the nodes X3, A3, and A7 of the pMOSFETs P6, P7, and P8 included in the second latch element 112 generate a logic value of “1” even when energy particles (or radiation particles) collide with each other. maintained, and not converted to a logical value of "0". In addition, the nodes X4, A4, and A8 of the nMOSFETs N6, N7, and N8 included in the second latch element 112 maintain the logic value "0" and are not converted to the logic value "1". don't

제1 래치 요소(111) 또는 제2 래치요소(112)에 포함된 모든 트랜지스터들은 입력 D의 논리 값(예: "0" 또는 "1")에 따라 온(ON) 또는 오프(OFF)될 수 있다. 예를 들어, 입력 D의 논리 값이 "1"인 경우(예: X1=X4="1", X2=X3="0") 제1 래치 요소(111)에 포함된 모든 트랜지스터들(P1, P2, P3, P4, P5, N1, N2, N3, N4, N5)은 턴-온되고, 제2 래치 요소(112)에 포함된 모든 트랜지스터들(P6, P7, P8, P9, P10, N6, N7, N8, N9, N10)은 턴-오프될 수 있다. 이때, 클럭이 "1"을 값을 가지는 투과 모드(transparent mode)인 경우, 제1 래치 요소(111) 및 제2 래치 요소(112)의 노드들(X1, X2, X3, 및 X4)은 접근 트랜지스터 모듈(120)을 통과한 입력 D에 의해 구동되고, 출력 Q는 전송 게이트(transmission gate, TR)를 통과한 입력 D에 의해 구동된다. 반면에, 클럭이 "0"을 값을 가지는 홀드 모드(transparent mode)인 경우, 오프 상태인 제2 래치 요소(112)의 모든 내부 노드들은 플로팅(floating) 상태이고, 출력 Q는 안정(stable)되지 않을 수 있다. 따라서, 오프 상태인 제2 래치 요소(112)의 모든 내부 노드들은, 원래의 출력을 정확하게 유지하기 위해, 온 상태인 제1 래치 요소(111)의 대응하는 내부 노드들에 의해 구동될 수 있다.All transistors included in the first latch element 111 or the second latch element 112 may be turned on or off according to the logic value of the input D (eg, “0” or “1”). there is. For example, when the logic value of the input D is “1” (eg, X1=X4=1”, X2=X3=0”), all transistors P1 included in the first latch element 111 P2, P3, P4, P5, N1, N2, N3, N4, and N5 are turned on, and all transistors P6, P7, P8, P9, P10, N6, N7, N8, N9, N10) can be turned off. At this time, when the clock is in a transparent mode having a value of “1”, the nodes X1, X2, X3, and X4 of the first latch element 111 and the second latch element 112 access It is driven by input D through transistor module 120, and output Q is driven by input D through a transmission gate (TR). On the other hand, when the clock is in the hold mode (transparent mode) having a value of “0”, all internal nodes of the off-state second latch element 112 are in a floating state, and the output Q is stable It may not be. Thus, all internal nodes of the second latch element 112 in the OFF state can be driven by the corresponding internal nodes of the first latch element 111 in the ON state to accurately maintain the original output.

다른 예로, 입력 D의 논리 값이 "0"인 경우(예: X1=X4="0", X2=X3="1") 제1 래치 요소(111)에 포함된 모든 트랜지스터들(P1, P2, P3, P4, P5, N1, N2, N3, N4, N5)은 턴-오프되고, 제2 래치 요소(112)에 포함된 모든 트랜지스터들(P6, P7, P8, P9, P10, N6, N7, N8, N9, N10)은 턴-온될 수 있다. 이 때 플로팅(floating) 상태인 제1 래치 요소(111)의 노드들이 제2 래치 요소(112)의 대응하는 내부 노드들에 의해 구동되어 출력 Q는 "0"을 유지할 수 있다.As another example, when the logic value of input D is “0” (eg, X1=X4=0”, X2=X3=1”), all transistors P1 and P2 included in the first latch element 111 , P3, P4, P5, N1, N2, N3, N4, and N5 are turned off, and all transistors P6, P7, P8, P9, P10, N6, and N7 included in the second latch element 112 are turned off. , N8, N9, N10) may be turned on. At this time, the nodes of the first latch element 111 in a floating state are driven by corresponding internal nodes of the second latch element 112, so that the output Q may maintain “0”.

한편, 제1 래치 요소(111) 및 제2 래치 요소(112)는, 다수의 트랜지스터들이 적층되는 구조(또는 아키텍쳐(architecture))로 인하여, 오프 상태에서 임계 전압(Vth)의 강하(drop)가 발생할 수 있다. 임계 전압(Vth)의 강하는 높은 전력 소모를 유발할 수 있다. 본 발명에 따른 저장 셀(110)은 임계 전압(Vth)의 강하로 인한 전력 소모를 감소시키기 위해, 높은 임계 전압(high-threshold voltage) 트랜지스터들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 저장 셀(110)에 포함된 일부 트랜지스터들(도 1의 P1, P6, N3 및 N8)은 상대적으로 높은 임계 전압을 가질 수 있다. 한편, 다른 트랜지스터들(도 1의 P2, P3, P7, P8, N1, N2, N6 및 N7)은, 해당 노드에서 신호가 약해지는 것을 예방하기 위하여, 낮은 임계 전압을 가질 수 있다.Meanwhile, the first latch element 111 and the second latch element 112 have a drop in threshold voltage Vth in the off state due to a structure (or architecture) in which a plurality of transistors are stacked. can happen A drop in the threshold voltage (Vth) may cause high power consumption. The storage cell 110 according to the present invention may use high-threshold voltage transistors to reduce power consumption due to a drop in the threshold voltage Vth. For example, some transistors (P1, P6, N3, and N8 of FIG. 1) included in the storage cell 110 may have relatively high threshold voltages. Meanwhile, other transistors (P2, P3, P7, P8, N1, N2, N6, and N7 in FIG. 1) may have low threshold voltages in order to prevent a signal from being weakened at a corresponding node.

한편, 저장 셀(110)은 하나의 래치 요소가 모든 종류의 업셋에 완전한 내성을 가지며, 다른 래치 요소에서 발생한 소프트 에러(예: 싱글 노드 업셋(single node upset: SNU), 듀얼 노드 업셋(dual node upset: DNU))를 회복(복구)할 수 있다. 예를 들어, 제1 래치 요소(111) 및 제2 래치 요소(1112) 중 하나의 래치 요소의 모든 트랜지스터들은 완전히 동작(예: 온 상태)하고, 모든 노드에 전류가 공급된다. 반면에, 다른 래치 요소의 모든 트랜지스터들은 동작하지 않고(예: 오프 상태), 모든 노드가 플로팅(floating) 상태를 가진다. 다시 말해, 입력 D가 "0"인 경우 오프 상태가 되는 제1 래치 요소(111)의 모든 노드는 SEU에 센시티브하다. 따라서, 온 상태의 제2 래치 요소(112)의 노드들은, 제1 래치 요소(111)의 업셋 노드를 회복하는 역할을 수행하기 위해, 안정적이어야 한다. 즉, 제1 래치 요소(111)의 노드에서 업셋이 발생했을 때, 제2 래치 요소(112)의 트랜지스터들(P9, P10, N9, 및 N10)은 제1 래치 요소(111)의 노드들(X1, A1, X2, 및 A2)에 피드백 전류(회복 전류)를 공급하기 위해, 안정적이어야 한다. 이때, 오프 상태의 제1 래치 요소(111)의 트랜지스터는 온 상태의 제2 래치 요소(112)의 노드에 의해 제어되어 제1 래치 요소(111)의 노드에서 발생한 에러가 제1 래치 요소(111)의 다른 노드로 전파되는 것을 블록(block)하는 역할을 수행한다.On the other hand, the storage cell 110 has one latch element completely immune to all kinds of upsets, and soft errors generated by other latch elements (e.g., single node upset (SNU), dual node upset (dual node upset)). upset: DNU)) can be recovered (recovered). For example, all transistors of one latch element of the first latch element 111 and the second latch element 1112 are fully operated (eg, in an on state), and current is supplied to all nodes. On the other hand, all transistors of other latch elements are not operating (eg, off state), and all nodes have a floating state. In other words, all nodes of the first latch element 111 that are turned off when the input D is “0” are sensitive to SEU. Therefore, the nodes of the second latch element 112 in the on state must be stable in order to play a role of restoring the upset node of the first latch element 111 . That is, when an upset occurs at a node of the first latch element 111, the transistors P9, P10, N9, and N10 of the second latch element 112 are connected to the nodes of the first latch element 111 ( In order to supply feedback current (recovery current) to X1, A1, X2, and A2), it must be stable. At this time, the transistor of the first latch element 111 in the off state is controlled by the node of the second latch element 112 in the on state, so that an error generated at the node of the first latch element 111 occurs in the first latch element 111 ) plays a role in blocking propagation to other nodes.

한편, 제1 래치 요소(111) 및 제2 래치 요소(112)는 코어 파트(111a, 112a)와 에러 회복 보조 파트(111b, 112b)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 래치 요소(111)의 코어 파트(111a)는 노드 A1 또는 A2의 업셋에서 비율 문제(ratio issue)가 발생할 수 있다. 예를 들어, 노드 A1이 "1"로 플립되면 오프 상태의 트랜지스터 N4와 N5가 턴-온되고, 노드 X3과 A3의 상태가 불안정(disturb)할 수 있다. 유사하게, 노드 A2가 "1"로 플립되면 오프 상태의 트랜지스터 P4와 P5가 턴-온되고, 노드 X4과 A4의 상태가 불안정(disturb)할 수 있다. Meanwhile, the first latch element 111 and the second latch element 112 may include core parts 111a and 112a and error recovery auxiliary parts 111b and 112b. At this time, a ratio issue may occur in the core part 111a of the first latch element 111 due to an upset of node A1 or A2. For example, when node A1 is flipped to “1”, off-state transistors N4 and N5 are turned on, and the states of nodes X3 and A3 may be disturbed. Similarly, when node A2 is flipped to “1”, off-state transistors P4 and P5 are turned on, and the states of nodes X4 and A4 may be disturbed.

상기 노드 A1 및/또는 A2의 비율 문제를 해결하기 위해, 제2 래치 요소(112)의 코어 파트(112a)의 트랜지스터들(P6, P7, P8, N6, N7, N8)의 종횡비(aspect ratio)를 높게 설정할 수 있다. 또한, 저장 셀(110)에 더 많은 적층 노드를 추가하여 트랜지스터 P4, P5, N4 및 N5를 통한 온 상태의 제2 래치 요소(112)로의 SEU 전파를 블록할 수 있다.In order to solve the ratio problem of the node A1 and/or A2, the aspect ratio of the transistors P6, P7, P8, N6, N7, and N8 of the core part 112a of the second latch element 112 can be set high. In addition, more stacked nodes may be added to the storage cell 110 to block SEU propagation through the transistors P4 , P5 , N4 and N5 to the on-state second latch element 112 .

한편, 제2 래치 요소(112)의 코어 파트(112a)는, 제1 래치 요소(111)와 동일(또는 유사)하게, 노드 A3 또는 A4의 업셋에서 비율 문제(ratio issue)가 발생할 수 있고, 동일(또는 유사)한 방식으로 해소될 수 있다.On the other hand, the core part 112a of the second latch element 112 may have a ratio issue in the upset of node A3 or A4, the same as (or similar to) the first latch element 111, can be resolved in the same (or similar) way.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 셀의 싱글 노드 업셋 및 듀얼 노드 업셋에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating simulation results of a single node upset and a dual node upset of a memory cell according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 셀은 소프트 에러(예: 싱글 노드 업셋(single node upset: SNU) 또는 (dual node upset: DNU))를 회복(복원)할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 메모리 셀은 내 방사선 성능이 향상될 수 있다.Referring to FIG. 2 , a memory cell according to an embodiment of the present invention can recover (restore) a soft error (eg, single node upset (SNU) or dual node upset (DNU)). That is, the performance of the memory cell according to the present invention can be improved.

이하에서는, 입력 D가 "0"인 경우를 예로 하여 설명하기로 한다. 이는 아래의 설명을 통해 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자)가 입력 D가 "1"인 경우에 대해 용이하게 알 수 있기 때문이다.Hereinafter, a case in which the input D is "0" will be described as an example. This is because those skilled in the art (hereinafter, those skilled in the art) can easily know about the case where the input D is "1" through the following description.

먼저, 입력 D가 "0"인 경우 노드 X1 및 X4는 "0"의 초기값을 가지고, 노드 X2 및 X3은 "1"의 초기 값을 가진다. 즉, 입력 D가 "0"인 경우 제1 래치 요소(111)에 포함된 모든 트랜지스터들은 턴-오프되고, 제2 래치 요소(112)에 포함된 모든 트랜지스터들은 턴-온될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 메모리 셀의 일부 노드(예: 제2 래치 요소(112)에 포함된 노드)들은 SEU에 인센시티브하고, 나머지 노드(예: 제1 래치 요소(111)에 포함된 노드)들은 단일 방향의 업셋에 센시티브(예: 포지티브 업셋 또는 네가티브 업셋만 발생)하다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 셀은 아래의 <표 1>과 같은 다양한 케이스의 소프트 에러(예: SNU 또는 DNU)가 발생할 수 있다.First, when input D is “0”, nodes X1 and X4 have initial values of “0” and nodes X2 and X3 have initial values of “1”. That is, when the input D is “0”, all transistors included in the first latch element 111 may be turned off, and all transistors included in the second latch element 112 may be turned on. Therefore, some nodes (eg, nodes included in the second latch element 112) of the memory cell according to the present invention are insensitive to the SEU, and the remaining nodes (eg, nodes included in the first latch element 111) are sensitive to upsets in a single direction (ie only positive or negative upsets occur). Accordingly, a memory cell according to an embodiment of the present invention may generate soft errors (eg, SNU or DNU) in various cases as shown in Table 1 below.

SNUSNU CASE 1CASE 1 X1X1 CASE 2CASE 2 A1A1 CASE 3CASE 3 A5A5 DNUDNU CASE 4CASE 4 X1 / A1X1/A1 CASE 5CASE 5 X1 / X2X1/X2 CASE 6CASE 6 A1 / A2A1/A2 CASE 7CASE 7 X1 / A2X1/A2 CASE 8CASE 8 X1 or X2 or A1 or A2 / A5 or A6X1 or X2 or A1 or A2 / A5 or A6

상기 <표 1>을 참조하면, 노드 X1에서 에러(SNU)가 발생할 수 있다(케이스 1). 예를 들어, 로우("0") 상태인 노드 X1에 에너지 입자가 충돌하면, 식별 부호 201에 도시된 바와 같이, 노드 X1이 로우 상태에서 하이("1") 상태로 플립(flip)되는 포지티브 업셋이 발생할 수 있다. 에러가 발생한 노드 X1은 트랜지스터 N3를 턴-온시키고, 트랜지스터 P7 및 P8을 턴-오프시킬 수 있다. 또한, 오프 상태인 트랜지스터들 N2 및 P3로 인하여, 노드 X1의 에러는 노드 X2 및 A1으로 전파되지 않는다. 결과적으로, 하이 상태로 플립된 제1 래치 요소(111)의 노드 X1은 제2 래치 요소(112)의 트랜지스터 P9에 의해 로우 상태로 회복(복원)된다. 한편, 도시하지는 않았지만, 노드 X2에서 발생한 에러(SNU)는 노드 X1의 에러 회복과 유사한 방식으로 회복될 수 있다. 즉, 제1 래치 요소(111)의 노드 X2에서 발생한 네가티브 업셋은 제2 래치 요소(112)의 트랜지스터 N9에의해 회복될 수 있다.Referring to <Table 1>, an error (SNU) may occur in node X1 (case 1). For example, when an energy particle collides with a node X1 in a low (“0”) state, as shown by identification code 201, the node X1 is flipped from a low state to a high (“1”) state. Upsets can happen. The node X1 where the error occurred may turn on the transistor N3 and turn off the transistors P7 and P8. Also, due to transistors N2 and P3 being off, errors at node X1 do not propagate to nodes X2 and A1. As a result, the node X1 of the first latch element 111 flipped to a high state is recovered (restored) to a low state by the transistor P9 of the second latch element 112 . Meanwhile, although not shown, an error (SNU) generated in node X2 may be recovered in a manner similar to that of node X1. That is, a negative upset generated at the node X2 of the first latch element 111 may be recovered by the transistor N9 of the second latch element 112 .

다른 예로, 노드 A1에서 에러(SNU)가 발생할 수 있다(케이스 2). 예를 들어, 노드 A1에 에너지 입자가 충돌하면, 로우 상태에서 하이 상태로 플립되는 포지티브 업셋이 발생할 수 있다. 에러가 발생한 노드 A1은 트랜지스터 N4 및 N5를 턴-온시킬 수 있다. 턴-온된 트랜지스터 N4 및 N5는 노드 X4 및 A4에 전류를 공급할 수 있다. 그러나, 노드 X4 및 A4의 상태는, 트랜지스터 N6 내지 N8의 종횡비(aspect ratio)가 트랜지스터 N4 및 N5보다 크지 않기 때문에, 변경되지 않는다. 이때, 제2 래치 요소(112)의 트랜지스터 P10은 제1 래치 요소(111)의 노드 A1에 회복 전류를 공급한다. 결과적으로 노드 A1의 에러는 회복될 수 있다. 한편, 도시하지는 않았지만, 노드 A2에서 발생한 에러(SNU)는 노드 A1의 에러 회복과 유사한 방식으로 회복될 수 있다. 즉, 제1 래치 요소(111)의 노드 A2에서 발생한 네가티브 업셋은 제2 래치 요소(112)의 트랜지스터 N10에의해 회복될 수 있다.As another example, an error (SNU) may occur at node A1 (case 2). For example, when an energy particle collides with node A1, a positive upset may occur, flipping from a low state to a high state. Node A1 where the error occurred can turn on transistors N4 and N5. Transistors N4 and N5 turned on can supply current to nodes X4 and A4. However, the states of nodes X4 and A4 are not changed because the aspect ratios of transistors N6 to N8 are not greater than those of transistors N4 and N5. At this time, the transistor P10 of the second latch element 112 supplies a recovery current to the node A1 of the first latch element 111 . As a result, the error of node A1 can be recovered. Meanwhile, although not shown, an error (SNU) generated in node A2 may be recovered in a manner similar to that of node A1. That is, a negative upset generated at the node A2 of the first latch element 111 may be recovered by the transistor N10 of the second latch element 112 .

또 다른 예로, 노드 A5에서 에러(SNU)가 발생할 수 있다(케이스 3). 예를 들어, 노드 A5에 에너지 입자가 충돌하면, 노드 A5가 로우 상태에서 하이 상태로 플립(flip)되는 포지티브 업셋이 발생할 수 있다. 노드 A5는 트랜지스터의 입력에 연결되어 있지 않다. 또한, 노드 A5의 에러는 오프 상태의 트랜지스터 P2에 의해 블록된다. 따라서, 노드 A5는 다른 노드에 영향을 주지 않는다. 이후, 트랜지스터 P1을 통과한 누설 전류에 의해 노드 A5의 에러는 회복될 수 있다. 한편, 도시하지는 않았지만, 노드 A6에서 발생한 에러(SNU)는 노드 A5의 에러 회복과 유사한 방식으로 회복될 수 있다. 즉, 노드 A6에서 발생한 네가티브 업셋은 트랜지스터 N3에의해 회복될 수 있다.As another example, an error (SNU) may occur at node A5 (case 3). For example, when an energy particle collides with node A5, a positive upset may occur in which node A5 is flipped from a low state to a high state. Node A5 is not connected to the input of the transistor. Also, the error at node A5 is blocked by transistor P2 in the off state. Thus, node A5 does not affect other nodes. Thereafter, the error of the node A5 may be recovered by the leakage current passing through the transistor P1. Meanwhile, although not shown, an error (SNU) generated in node A6 may be recovered in a manner similar to that of node A5. That is, the negative upset generated at node A6 can be recovered by transistor N3.

또 다른 예로, 노드 X1 및 A1에서 에러(DNU)가 발생할 수 있다(케이스 4). 예를 들어, 로우 상태인 노드 X1 및 A1에 에너지 입자가 충돌하면, 식별 부호 203에 도시된 바와 같이, 노드 X1 및 A1은 로우 상태에서 하이 상태로 플립되는 포지티브 업셋이 발생할 수 있다. 이때, 케이스 1 및 케이스 2에서 설명한 바와 같이, 노드 X2, X4 및 A4의 상태는 변경되지 않는다. 따라서, 트랜지스터 P9 및 P10은 노드 X1 및 A1의 에러를 각각 회복할 수 있다. 한편, 도시하지는 않았지만, 노드 X2 및 A2에서 발생하는 에러(DNU)는 노드 X1 및 A1에서 발생한 에러 회복과 유사한 방식으로 회복될 수 있다. 즉, 노드 X2 및 A2에서 발생한 네가티브 업셋들은 트랜지스터 N9 및 N10에 의해 각각 회복될 수 있다.As another example, an error (DNU) may occur at nodes X1 and A1 (case 4). For example, when an energy particle collides with nodes X1 and A1 in a low state, a positive upset may occur in which the nodes X1 and A1 are flipped from a low state to a high state, as shown by identification numeral 203 . At this time, as described in cases 1 and 2, the states of nodes X2, X4, and A4 do not change. Thus, transistors P9 and P10 can recover errors at nodes X1 and A1, respectively. Meanwhile, although not shown, errors (DNU) generated in nodes X2 and A2 may be recovered in a manner similar to recovery of errors generated in nodes X1 and A1. That is, negative upsets generated at nodes X2 and A2 can be recovered by transistors N9 and N10, respectively.

또 다른 예로, 노드 X1 및 X2에서 에러(DNU)가 발생할 수 있다(케이스 5). 예를 들어, 노드 X1 및 X2에 에너지 입자가 충돌하면, 식별 부호 205에 도시된 바와 같이, 노드 X1이 로우 상태에서 하이 상태로 플립되는 포지티브 업셋이 발생하고, 노드 X2가 하이 상태에서 로우 상태로 플립되는 네가티브 업셋이 발생할 수 있다. 이때, 트랜지스터 P2 및 P3는 노드 X3에 의해 턴-오프되고, N1 및 N2는 노드 X4에 의해 턴-오프된다. 따라서, 노드 X1 및 X2의 에러는 다른 노드로 전파되지 않는다. 이후, 노드 X1 및 X2의 에러는 제2 래치 요소(112)로부터의 피드백 전류(회복 전류)에 의해 회복될 수 있다. 즉, 노드 X1 및 X2의 에러는 트랜지스터 P9 및 N9에 의해 회복될 수 있다.As another example, an error (DNU) may occur at nodes X1 and X2 (case 5). For example, when an energy particle collides with nodes X1 and X2, a positive upset occurs in which node X1 is flipped from a low state to a high state, as shown at 205, and node X2 is flipped from a high state to a low state. A flipped negative upset can occur. At this time, transistors P2 and P3 are turned off by node X3, and transistors N1 and N2 are turned off by node X4. Thus, errors in nodes X1 and X2 do not propagate to other nodes. After that, the errors of the nodes X1 and X2 can be recovered by the feedback current (recovery current) from the second latch element 112 . That is, the errors of nodes X1 and X2 can be recovered by transistors P9 and N9.

또 다른 예로, 노드 A1 및 A2에서 에러(DNU)가 발생할 수 있다(케이스 6). 예를 들어, 노드 A1 및 A2에 에너지 입자가 충돌하면, 식별 부호 207에 도시된 바와 같이, 노드 A1이 로우 상태에서 하이 상태로 플립되는 포지티브 업셋이 발생하고, 노드 A2가 하이 상태에서 로우 상태로 플립되는 네가티브 업셋이 발생할 수 있다. 노드 A1의 에러로 인하여, 트랜지스터 N4 및 N5는 턴-온될 수 있다. 또한, 노드 A2의 에러로 인하여, 트랜지스터 P4 및 P5는 턴-온될 수 있다. 즉, 트랜지스터 N4, N5, P4, 및 P5는 노드 X4, A4, X3, 및 A3에 전류를 각각 공급할 수 있다. 케이스 2와 유사하게, 트랜지스터 N6 및 N8, 및 P6 및 P8은 상대적으로 스트롱하고, 제1 래치 요소(111)의 노드 X1 및 X2의 상태가 유지되고 있기 때문에, 제2 래치 요소(112)의 코어 파트는 정상적으로 동작한다. 따라서, 노드 A3, A4, X3, 및 X4는 상태가 변경되지 않는다. 결과적으로, 노드 A1의 에러는 트랜지스터 P10에 의해 회복되고, 노드 A2의 에러는 트랜지스터 N10에 의해 회복될 수 있다.As another example, an error (DNU) may occur at nodes A1 and A2 (case 6). For example, when an energy particle collides with nodes A1 and A2, a positive upset occurs in which node A1 is flipped from a low state to a high state, as shown at 207, and node A2 is flipped from a high state to a low state. A flipped negative upset can occur. Due to the error at node A1, transistors N4 and N5 can be turned on. Also, due to the error at node A2, transistors P4 and P5 can be turned on. That is, transistors N4, N5, P4, and P5 can supply current to nodes X4, A4, X3, and A3, respectively. Similar to case 2, since the transistors N6 and N8 and P6 and P8 are relatively strong, and the state of the nodes X1 and X2 of the first latch element 111 is maintained, the core of the second latch element 112 Part works normally. Thus, nodes A3, A4, X3, and X4 do not change state. As a result, the error of node A1 can be recovered by transistor P10, and the error of node A2 can be recovered by transistor N10.

또 다른 예로, 노드 X1 및 A2에서 에러(DNU)가 발생할 수 있다(케이스 7). 예를 들어, 노드 X1 및 A2에 에너지 입자가 충돌하면, 식별 부호 209에 도시된 바와 같이, 노드 X1이 로우 상태에서 하이 상태로 플립되는 포지티브 업셋이 발생하고, 노드 A2가 하이 상태에서 로우 상태로 플립되는 네가티브 업셋이 발생할 수 있다. 트랜지스터 P3 및 N1이 오프 상태이기 때문에, 노드 A1 및 X2는 초기 상태를 유지하고 있다. 제2 래치 요소(112)는 정상적으로 동작하고, 노드 X1 및 A2에 회복 전류를 공급할 수 있다. 즉, 제1 래치 요소(111)의 노드 X1 및 A2의 에러는 제2 래치 요소(112)의 트랜지스터 P9 및 N10에 의해 각각 회복될 수 있다.As another example, an error (DNU) may occur at nodes X1 and A2 (case 7). For example, when an energy particle collides with nodes X1 and A2, a positive upset occurs in which node X1 is flipped from a low state to a high state, as shown at 209, and node A2 is flipped from a high state to a low state. A flipped negative upset can occur. Since transistors P3 and N1 are off, nodes A1 and X2 remain in their initial state. The second latch element 112 operates normally and can supply recovery current to the nodes X1 and A2. That is, the errors of the nodes X1 and A2 of the first latch element 111 may be recovered by the transistors P9 and N10 of the second latch element 112, respectively.

또 다른 예로, 노드 X1, X2, A1 또는 A2 중 하나, 및 A5 또는 A6중 하나에서 에러(DNU)가 발생할 수 있다(케이스 8). 예를 들어, 노드 X1, X2, A1 또는 A2 중 하나에서 업셋이 발생하고, A5 또는 A6 중 하나에서 업셋이 발생할 수 있다. 이때, 노드 A5는 오프 상태의 트랜지스터들 P1 및 P2에 둘러싸여 있고, 노드 A6은 오프 상태의 트랜지스터들 N2 및 N3에 둘러싸여 있다. 이로 인하여, 에러가 발생한 노드들은 케이스 1 내지 케이스 3의 SNU와 각각 유사하게 회복될 수 있다.As another example, an error DNU may occur in one of nodes X1, X2, A1 or A2, and one of A5 or A6 (case 8). For example, an upset may occur in one of nodes X1, X2, A1 or A2, and an upset in one of A5 or A6. At this time, node A5 is surrounded by off-state transistors P1 and P2, and node A6 is surrounded by off-state transistors N2 and N3. Due to this, the nodes where errors occur can be recovered similarly to the SNUs of cases 1 to 3, respectively.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 셀은 다양한 케이스의 소프트 에러(예: SNU 및 DNU)가 발생하더라도, 출력 Q가 변경되지 않고, 에러에 대한 회복력을 가짐을 알 수 있다. 한편, <표 1> 및 도 2는 발생할 수 있는 소프트 에러들 중 일부 예를 도시한 것으로, 본 발명은 다른 소프트 에러들 역시 회복할 수 있다.As described above, even if soft errors (eg, SNU and DNU) occur in various cases, the memory cell according to an embodiment of the present invention does not change its output Q and has resilience against errors. Meanwhile, <Table 1> and FIG. 2 show some examples of soft errors that may occur, and the present invention can also recover other soft errors.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 셀의 성능을 평가한 결과를 도시한 표이다.3 is a table showing results of evaluating the performance of a memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 메모리 셀은, 종래에 알려진 대표적인 DNU 설계들(예: 도 3의 식별 부호 5, 6, 7, 8)과 다양한 측면에서 비교되었음을 알 수 있다. 예를 들어, 도 3은 트랜지스터의 수(회로 복잡도), 센시티브 노드의 수, 지연 시간, 평균 전력, 및 전력 지연시간 곱(power-delay product: PDP))에 대하여 비교한 결과를 도시하고 있다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that the memory cell according to an embodiment of the present invention has been compared in various aspects with conventionally known representative DNU designs (e.g., identification codes 5, 6, 7, and 8 of FIG. 3). . For example, FIG. 3 shows comparison results for the number of transistors (circuit complexity), the number of sensitive nodes, delay time, average power, and power-delay product (PDP).

먼저, 트랜지스터의 수(# of transistors)를 비교하면, 식별 부호 7의 MCE 기반의 DNU 설계가 가장 많은 수의 트랜지스터를 필요로 하고, 본 발명에 따른 DNU 설계(도 3의 "DR2MC")가 가장 적은 수의 트랜지스터를 필요로 함을 알 수 있다.First, comparing the number of transistors (# of transistors), the MCE-based DNU design with identification code 7 requires the largest number of transistors, and the DNU design according to the present invention (“DR2MC” in FIG. 3) has the most It can be seen that a small number of transistors are required.

또한, 센시티브 노드의 수(# of sensitive nodes)를 비교하면, 업셋 폴라리티를 이용하는 식별 부호 8 및 본 발명에 따른 DNU 설계는 센시티브 노드의 수가 상대적으로 적음을 알 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 DNU 설계는 래치 리던던시를 최소화(예: 이중 리던던시)하여 가장 적은 수의 센시티브 노드의 수를 가질 수 있다. 한편, 식별 부호 5 및 6의 DICE 기반의 DNU 설계 및 식별 부호 7의 MCE 기반의 DNU 설계는 모든 노드가 센시티브 하다.In addition, comparing the number of sensitive nodes (# of sensitive nodes), it can be seen that the identification code 8 using the upset polarity and the DNU design according to the present invention have a relatively small number of sensitive nodes. In particular, the DNU design according to the present invention can have the smallest number of sensitive nodes by minimizing latch redundancy (eg, double redundancy). Meanwhile, in the DICE-based DNU design of identification codes 5 and 6 and the MCE-based DNU design of identification code 7, all nodes are sensitive.

또한, 지연 시간(data-to-Q delay)을 비교하면, 식별 부호 5 및 6의 DICE 기반의 DNU 설계들은 상대적으로 긴 지연 시간을 가짐을 알 수 있다. 한편, 상대적으로 짧은 지연 시간을 가지는 식별 부호 7 및 8의 DNU 설계들과 비교하여도, 본 발명에 따른 DNU 설계가 가장 짧은 지연 시간을 가짐을 알 수 있다.In addition, when data-to-Q delay is compared, it can be seen that the DICE-based DNU designs of identification codes 5 and 6 have relatively long delay times. On the other hand, it can be seen that the DNU design according to the present invention has the shortest delay time even when compared with the DNU designs of identification codes 7 and 8, which have a relatively short delay time.

또한, 평균 전력(average power)을 비교하면, 식별 부호 8의 DNU 설계가 가장 많은 전력을 소모한다. 이는 8개의 복잡한 래치 리던던시(six-complex latch redundancy)때문이다. 한편, 본 발명에 따른 DNU 설계의 전력소모가 가장 낮지는 않지만, 본 발명에 따른 DNU 설계의 전력 소모는 식별 부호 5 내지 7의 DNU 설계들의 전력 소모와 유사함을 알 수 있다. 이는 래치 리던던시의 최소화, 다중 임계 전압 트랜지스터의 사용(예: 일부 트랜지스터를 높은 임계 전압을 가짐), 및 출력 버퍼에서의 스트롱 신호와 위크 신호의 조합된 사용 때문이다.In addition, comparing average power, the DNU design of identification code 8 consumes the most power. This is due to the six-complex latch redundancy. Meanwhile, although the power consumption of the DNU design according to the present invention is not the lowest, it can be seen that the power consumption of the DNU design according to the present invention is similar to that of the DNU designs with identification codes 5 to 7. This is due to the minimization of latch redundancy, the use of multiple threshold voltage transistors (e.g., some transistors have high threshold voltages), and the combined use of strong and weak signals in the output buffer.

마지막으로, PDP(power-delay product)를 비교하면, 식별 부호 5 및 6의 DNU 설계가 상대적으로 매우 높은 PDP를 가지고, 식별 부호 7 및 8의 DNU 설계가 상대적으로 높은 PDP를 가지며, 본 발명에 따른 DNU 설계가 가장 낮은 PDP를 가짐을 알 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 DNU 설계는 다른 DNU 셀에 비하여, 약 2 내지 11 배만큼 낮은 PDP를 가짐을 알 수 있다.Finally, comparing power-delay products (PDPs), the DNU designs of identification codes 5 and 6 have relatively very high PDPs, and the DNU designs of identification codes 7 and 8 have relatively high PDPs. It can be seen that the following DNU design has the lowest PDP. For example, it can be seen that the DNU design according to the present invention has a PDP that is about 2 to 11 times lower than that of other DNU cells.

상기 도 1 내지 도 3을 통해 상술한 메모리 셀은 업셋 폴라리티 특성을 이용하여 SEU에 센시티브한 노드의 수를 최소화(예: 50%)(즉, SEU에 인센시티브한 노드의 수를 최대화)할 수 있고, 이중 노드 업셋에 강인(hardening)할 수 있으며, 이중 리던던시 구조를 통해 래치 리던던시를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 메모리 셀은 다중 임계 트랜지스터를 이용하고, 다른 신호 강도를 가지는 2개의 입력을 연결할 수 있다. 이로 인하여, 본 발명에 따른 메모리 셀은 다양한 측면(예: 회로의 복잡성, SEU에 대한 내성(imunity), 시간 지연, 전력 소모)에서 이점을 가질 수 있다.The memory cell described above with reference to FIGS. 1 to 3 minimizes (eg, 50%) the number of SEU-sensitive nodes (ie, maximizes the number of SEU-sensitive nodes) by using the upset polarity characteristic. It can be hardened against dual node upsets, and latch redundancy can be minimized through a dual redundancy structure. In addition, the memory cell according to the present invention uses a multi-threshold transistor and can connect two inputs having different signal strengths. Due to this, the memory cell according to the present invention may have advantages in various aspects (eg, circuit complexity, immunity to SEU, time delay, and power consumption).

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the above has been described with reference to the illustrated embodiments of the present invention, these are only examples, and those skilled in the art to which the present invention belongs can variously It will be apparent that other embodiments that are variations, modifications and equivalents are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: 메모리 셀 110: 저장 셀
111: 제1 래치 요소 112: 제2 래치 요소
120: 접근 트랜지스터 모듈 130: 클럭 인버터
140: 전송 게이트 150: 클럭킹된 출력 인버터
100: memory cell 110: storage cell
111: first latch element 112: second latch element
120: access transistor module 130: clock inverter
140: transfer gate 150: clocked output inverter

Claims (10)

메모리 셀에 있어서,
데이터를 저장하는 저장 셀;
상기 저장 셀에 대한 접근을 제어하는 접근 트랜지스터 모듈;
상기 저장 셀의 출력을 제어하기 위한 클럭킹된 출력 인버터;
입력 데이터의 출력 여부를 제어하는 전송 게이트; 및
상기 메모리 셀의 동작을 위한 클럭 주파수를 반전하여 출력하는 클럭 인버터를 포함하고,
상기 저장 셀은
다수의 pMOSFET가 제1 노드에 적층되고, 다수의 nMOSFET가 제2 노드에 적층된 제1 래치 요소; 및
다수의 pMOSFET가 제3 노드에 적층되고, 다수의 nMOSFET가 제4 노드에 적층된 제2 래치 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 셀.
In the memory cell,
storage cells that store data;
an access transistor module controlling access to the storage cell;
a clocked output inverter for controlling the output of the storage cell;
a transfer gate that controls whether input data is output; and
A clock inverter inverting and outputting a clock frequency for operation of the memory cell;
The storage cell is
a first latch element in which a plurality of pMOSFETs are stacked on a first node and a plurality of nMOSFETs are stacked on a second node; and
A memory cell comprising a second latch element in which a plurality of pMOSFETs are stacked at a third node and a plurality of nMOSFETs are stacked at a fourth node.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 래치 요소 및 상기 제2 래치 요소는
적층된 3개의 nMOSFET 및 적층된 3개의 pMOSFET를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 셀.
According to claim 1,
The first latch element and the second latch element
A memory cell comprising three stacked nMOSFETs and three stacked pMOSFETs, respectively.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 래치 요소 및 상기 제2 래치 요소에 포함된 다수의 nMOSFET들 및 다수의 pMOSFET들은
오프 상태인 경우 단일 방향의 싱글 이벤트 업셋(single event upset: SEU)에 센시티브(sensitive)하고, 온 상태인 경우 SEU에 인센시티브(insensitive)한 것을 특징으로 하는 메모리 셀.
According to claim 1,
A plurality of nMOSFETs and a plurality of pMOSFETs included in the first latch element and the second latch element
A memory cell characterized by being sensitive to single-way single event upsets (SEUs) when in an off state and insensitive to SEUs when in an on state.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 래치 요소 및 상기 제2 래치 요소에 포함된 상기 다수의 nMOSFET들 중 일부 및 상기 다수의 pMOSFET들 중 일부는 제1 임계 전압을 가지고, 다른 일부는 상기 제1 임계 전압보다 큰 제2 임계 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 메모리 셀.
According to claim 1,
Some of the plurality of nMOSFETs and some of the plurality of pMOSFETs included in the first latch element and the second latch element have a first threshold voltage, and others have a second threshold voltage higher than the first threshold voltage. A memory cell characterized in that it has a voltage.
제 1 항에 있어서,
상기 접근 트랜지스터 모듈은
pMOSFET 및 nMOSFET의 조합으로 구현되는 것을 특징으로 하는 메모리 셀.
According to claim 1,
The access transistor module
A memory cell, characterized in that it is implemented with a combination of a pMOSFET and an nMOSFET.
제 1 항에 있어서,
상기 클럭킹된 출력 인버터는
서로 다른 강도를 가지는 2개의 입력 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 메모리 셀.
According to claim 1,
The clocked output inverter is
A memory cell characterized by using two input signals having different intensities.
이중 리던던시(dual redundancy)를 가지는 내방사선 래치 회로에 있어서,
다수의 pMOSFET가 제1 노드에 적층되고, 다수의 nMOSFET가 제2 노드에 적층된 제1 래치 요소; 및
다수의 pMOSFET가 제3 노드에 적층되고, 다수의 nMOSFET가 제4 노드에 적층된 제2 래치 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 래치 회로.
In a radiation-tolerant latch circuit having dual redundancy,
a first latch element in which a plurality of pMOSFETs are stacked on a first node and a plurality of nMOSFETs are stacked on a second node; and
and a second latch element in which a plurality of pMOSFETs are stacked at a third node and a plurality of nMOSFETs are stacked at a fourth node.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 래치 요소 및 상기 제2 래치 요소는
적층된 3개의 nMOSFET 및 적층된 3개의 pMOSFET를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 래치 회로.
According to claim 7,
The first latch element and the second latch element
A latch circuit comprising three stacked nMOSFETs and three stacked pMOSFETs, respectively.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 래치 요소 및 상기 제2 래치 요소에 포함된 다수의 nMOSFET들 및 다수의 pMOSFET들은
오프 상태인 경우 단일 방향의 싱글 이벤트 업셋(single event upset: SEU)에 센시티브(sensitive)하고, 온 상태인 경우 SEU에 인센시티브(insensitive)한 것을 특징으로 하는 래치 회로.
According to claim 7,
A plurality of nMOSFETs and a plurality of pMOSFETs included in the first latch element and the second latch element
A latch circuit characterized in that it is sensitive to a single event upset (SEU) in one direction when in an off state and insensitive to a SEU when in an on state.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 래치 요소 및 상기 제2 래치 요소에 포함된 상기 다수의 nMOSFET들 중 일부 및 상기 다수의 pMOSFET들 중 일부는 제1 임계 전압을 가지고, 다른 일부는 상기 제1 임계 전압보다 큰 제2 임계 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 래치 회로.
According to claim 7,
Some of the plurality of nMOSFETs and some of the plurality of pMOSFETs included in the first latch element and the second latch element have a first threshold voltage, and others have a second threshold voltage higher than the first threshold voltage. A latch circuit characterized in that it has a voltage.
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