一种应用于空间和卫星的16T双节点抗辐照SRAM单元

本发明涉及航空航天芯片，特别是涉及一种应用于空间和卫星的16t双节点抗辐照sram(静态随机存取存储器)单元。

背景技术：

1、为了解决单事件瞬态(set)和单事件多节点失调(semnu)对sram的影响，利用三重模块冗余(tmr)技术是一种可行的方式。这种技术通过使用存储器单元的三个副本和多数表决来选择和输出正确的值。如果一个副本被翻转，其他两个副本将主导投票过程，并提供相同的结果。不过，这种方法需要耗费大量的面积和功耗，因此不适合大多数设计。另一项可行的技术是在6t单元的交叉耦合节点上添加一个电阻器或电容器，分别减缓失调所需的反馈或增加临界电荷可以提高软误差的恢复能力。然而，实现电阻器和电容器需要特殊的工艺步骤。减少容忍度(seu，英文为tolerance)的另一个可行解决方案是使用纠错码(ecc)。虽然ecc可以处理seu，但由于编码和解码电路需要冗余和额外的器件，因此实施ecc的延迟、功耗和面积开销非常大。

2、由于宇宙太空中不断会发生各种辐射，会对电子电路造成危害。当集成电路暴露在如此恶劣的环境中时，高能粒子可能会撞击敏感节点，从而产生电子-空穴对。由于存在电场，产生的电子-空穴对分开移动，极性合适的电荷漂移到反向偏压漏极扩散区并在那里聚集，从而产生瞬态电压脉冲，这就是所谓的单事件瞬态(set)。当set的幅度越过逻辑电路的开关阈值(vm)时，可能会发生单事件瞬变(set)或软误差。此外，由于积极的技术扩展，器件之间的最小间距急剧缩小，单个离子的撞击可能会影响多个节点，从而导致单事件多节点失调(semnu)。而且太空中由于辐射，可能会对芯片造成seu或semnu，由于标准6t sram单元提供正反馈，一个存储节点产生的seu会改变另一个节点的内容，使得6t单元不具备抗辐射能力。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于空间和卫星的16t双节点抗辐照sram单元，用于解决现有技术中太空中由于辐射，可能会对芯片造成seu或semnu，由于标准6t sram单元提供正反馈，一个存储节点产生的seu会改变另一个节点的内容，使得6t单元不具备抗辐射能力的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种应用于空间和卫星的16t双节点抗辐照sram单元，包括：10个pmos晶体管，pmos晶体管包括p1管、p2管、p3管、p4管、p5管、p6管、p7管、p8管、p9管、p10管；6个nmos晶体管，nmos晶体管包括n1管、n2管、n3管、n4管、n5管、n6管；以及4个冗余存储节点，冗余存储节点包括第一存储节点q、第二存储节点qb、第一冗余节点s0和第二冗余节点s1，第一存储节点q的上拉管依次包括p5管和p6管、下拉管包括n3管，第二存储节点qb的上拉管依次包括p7管和p8管、下拉管包括n4管，第一冗余节点s0的上拉管依次包括p1管和p2管、下拉管包括n1管，第二冗余节点s1的上拉管依次包括p3管和p4管、下拉管包括n2管；靠近第一冗余节点s0的p2管的栅极与靠近第二冗余节点s1的p4管的漏极相连接，靠近第二冗余节点s1的p4管的栅极与靠近第一冗余节点s0的p2管的漏极相连接，形成交叉耦合结构；靠近第一存储节点q的p6管和n3管组成第一反相器，第一反相器与由靠近第二存储节点qb的p8管和n4管组成的第二反相器相连接；p9管的源极通过第一位线与n5管的源极相连接，p9管的漏极与第一冗余节点s0、p5管的栅极相连接，n5管的漏极与p1管的栅极、第一存储节点q以及第二反相器相连接；p10管的源极通过第二位线与n6管的源极相连接，p10管的漏极与第二冗余节点s1、p7管的栅极相连接，n6管的漏极与p3管的栅极、第二存储节点qb以及第一反相器相连接；p9管的栅极和p10管的栅极通过第一字线相连接，n5管的栅极和n6管的栅极通过第二字线相连接。

3、于本发明的一实施例中，p1管的漏极与p2管的源极相连接，p2管的漏极与第一冗余节点s0和n1管的源极相连接，p5管的漏极与p6管的源极相连接，p6管的漏极与第一存储节点q和n3管的源极相连接，p7管的漏极与p8管的源极相连接，p8管的漏极与第二存储节点qb和n4管的漏极相连接，p3管的漏极与p4管的源极相连接，p4管的漏极与第二冗余节点s1和n2管的源极相连接；p1管的源极、p5管的源极、p7管的源极和p3管的源极均与电源相连接；n1管的漏极、n3管的漏极、n4管的漏极和n2管的漏极均接地。

4、于本发明的一实施例中，p6管的漏极与第一存储节点q和n3管的源极相连接，p6管的栅极与n3管的栅极相连接，以形成第一反相器；p8管的漏极与第二存储节点qb和n4管的源极相连接，p8管的栅极与n4管的栅极相连接，以形成第二反相器；n5管的漏极与p1管的栅极、第一存储节点q以及p8管的栅极和n4管的栅极相连接；n6管的漏极与p3管的栅极、第二存储节点qb以及p6管的栅极与n3管的栅极相连接；n1管的栅极与第一存储节点q相连接，n2管的栅极与第二存储节点qb相连接。

5、于本发明的一实施例中，在状态数据保持阶段，第一字线设为低电平、第二字线设为高电平，n5管、n6管、p9管和p10管处于关闭状态，对第一位线和第二位线预充电至高电平。

6、于本发明的一实施例中，在状态数据读取阶段，第一位线和第二位线作为输出行，分别从第一存储节点q、第二存储节点qb、第一冗余节点s0和第二冗余节点s1检索并读取数据；其中，当第一位线和第二位线连接至预充电网络，第一字线和第二字线处于供电电压状态，感测放大器检测第一位线和第二位线的电压差达到预设值时，激活放大电压差，并分别读取第一位线和第二位线的电平信号。

7、于本发明的一实施例中，在状态数据写入阶段，写周期的初期，将写入的状态加载至第一位线和第二位线，打开第一字线和第二字线，第一位线和第二位线将状态数据分别写入至第一存储节点q、第二存储节点qb、第一冗余节点s0和第二冗余节点s1。

8、于本发明的一实施例中，假设第一存储节点q为“1”、第二存储节点qb为“0”、第一冗余节点s0为“1”、第二冗余节点s1为“0”，当p5管的漏极被粒子撞击时，sram单元配置为：第一冗余节点s0由“0”变为“1”，p4管和p5管关闭，第一存储节点q保持不变，使得n1管导通，对第一冗余节点s0由“1”恢复至“0”。

9、于本发明的一实施例中，当p3管的漏极被粒子撞击时，sram单元配置为：第二存储节点qb由“0”变为“1”，n2管打开，第一存储节点q和第二冗余节点s1均由“1”变为“0”，p2管、p7管和p8管均导通，n4管关闭，第一冗余节点s0通过由第二冗余节点s1导通的p2管和由第一存储节点q导通的p1管形成的路径与电源连通，使得第一冗余节点s0由“0”变为“1”，第一存储节点q、第二存储节点qb、第一冗余节点s0和第二冗余节点s1的状态均被翻转。

10、于本发明的一实施例中，当第二冗余节点s1由“1”放电到“0”，sram单元配置为：p2管和p7管导通，p1管和p8管阻断第二冗余节点s1的故障传播，第二存储节点qb和第一冗余节点s0保持原来的状态，打开p3管和p4管，并通过p3管和p4管对第二冗余节点s1由“0”充电至“1”。

11、于本发明的一实施例中，当n1管的漏极被粒子撞击时，sram单元配置为：第一存储节点q由“1”放电到“0”，n1管和n4管关闭，第一冗余节点s0保持不变，使得与电源连接的p5管导通，对第一存储节点q由“0”充电至“1”。

12、本发明的有益效果至少包括：本发明提出的一种应用于空间和卫星的16t双节点抗辐照sram单元，该16t双节点抗辐照sram单元依据独特的电路结构设计，实现了sram单元各个存储节点的抗辐射，使得在太空环境下，sram单元的数据读写和保持的处理过程依然能够准确无误地进行。