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多核微处理器EDAC与位交织加固存储系统单粒子翻转特性分析
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作者 池雅庆 胡春媚 +2 位作者 陈建军 梁斌 陈小文 《微电子学与计算机》 2025年第1期110-116,共7页
纠检错结合位交织作为主流的大容量片上存储器抗单粒子翻转加固方法,广泛应用于面向恶劣环境的先进微处理器中。基于高LET重离子辐照试验,探究某多核微处理器中EDAC与位交织加固存储系统的单粒子翻转特性,首次发现其SEU来源于加速器重... 纠检错结合位交织作为主流的大容量片上存储器抗单粒子翻转加固方法,广泛应用于面向恶劣环境的先进微处理器中。基于高LET重离子辐照试验,探究某多核微处理器中EDAC与位交织加固存储系统的单粒子翻转特性,首次发现其SEU来源于加速器重离子试验时多个离子轰击造成的多位翻转影响到了同一个逻辑地址。建立了纠一检二与位交织存储系统SEU截面解析模型,符合测试结果。模型分析表明缩短SRAM刷新周期和减少EDAC数据位宽都能增强EDAC和位交织加固方法的抗MBU能力。 展开更多
关键词 EDAC SEC-DED 位交织 粒子翻转 SRAM
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NMOS晶体管电荷共享导致的SRAM单元单粒子翻转恢复效应研究
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作者 高珊 李洋 +4 位作者 郝礼才 赵强 彭春雨 蔺智挺 吴秀龙 《中国集成电路》 2024年第6期48-55,共8页
基于Synopsys公司的三维器件模拟软件TCAD,本文研究了NMOS晶体管电荷共享导致SRAM单元的单粒子翻转恢复(SEUR)效应。分析了NMOS晶体管电荷共享导致SEUR效应的物理机制,系统研究了NMOS晶体管偏置(如电源电压、P阱偏置电压)和工艺参数(如P... 基于Synopsys公司的三维器件模拟软件TCAD,本文研究了NMOS晶体管电荷共享导致SRAM单元的单粒子翻转恢复(SEUR)效应。分析了NMOS晶体管电荷共享导致SEUR效应的物理机制,系统研究了NMOS晶体管偏置(如电源电压、P阱偏置电压)和工艺参数(如P+深阱掺杂浓度、P阱接触距离)对线性能量传输翻转恢复阈值(LETrec)以及单粒子翻转脉冲宽度(PWrec)的影响。研究发现:PWrec随着电源电压的增大而增大;PWrec和LETrec随着P阱偏置电压的增大而减小;LETrec随着P+深阱掺杂浓度的增大而增大;PWrec随着P阱接触与NMOS晶体管之间距离的增大而增大,而LETrec随着P阱接触与NMOS晶体管之间距离增大而减小。本文研究结论有助于优化SRAM单元抗单粒子效应设计,尤其是基于SEUR效应的SRAM单元的抗辐照加固设计提供了理论指导。 展开更多
关键词 粒子翻转恢复效应 SRAM 电荷共享 工艺参数
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FinFET器件单粒子翻转物理机制研究评述
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作者 王仕达 张洪伟 +2 位作者 唐民 梅博 孙毅 《航天器环境工程》 CSCD 2024年第2期225-233,共9页
鳍式场效应晶体管(FinFET)器件由于其较高的集成度以及运算密度,已成为未来航天应用领域的重要选择。FinFET器件的辐射敏感性与其制作工艺和工作条件息息相关。为了解FinFET器件的单粒子翻转(SEU)敏感机制,文章结合国内外开展的相关研究... 鳍式场效应晶体管(FinFET)器件由于其较高的集成度以及运算密度,已成为未来航天应用领域的重要选择。FinFET器件的辐射敏感性与其制作工艺和工作条件息息相关。为了解FinFET器件的单粒子翻转(SEU)敏感机制,文章结合国内外开展的相关研究,从SEU机理出发,分析了器件特征尺寸、电源电压和入射粒子的线性能量传输(LET)值等不同条件对器件SEU敏感性的影响,最后结合实际对FinFET器件SEU的研究发展方向进行展望。 展开更多
关键词 鳍式场效应晶体管 粒子翻转 软错误率 静态随机存取存储器
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基于Scrubbing的空间SRAM型FPGA抗单粒子翻转系统设计 被引量:12
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作者 马寅 安军社 +1 位作者 王连国 孙伟 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期270-276,共7页
基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets,SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断.在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基础上,实现了一种高可靠性... 基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets,SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断.在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基础上,实现了一种高可靠性、TMR+Scrubbing+Reload的容错系统设计,用反熔丝型FPGA对SRAM型FPGA的配置数据进行毫秒级周期刷新,同时对两个FPGA均做TMR处理.该容错设计已实际应用于航天器电子系统,可为高可靠性电子系统设计提供参考. 展开更多
关键词 粒子翻转(seu) 三模冗余(TMR) 刷新(Scrubbing) FPGA容错
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面向航空环境的多时钟单粒子翻转故障注入方法 被引量:5
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作者 薛茜男 李振 +2 位作者 姜承翔 王鹏 田毅 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期1504-1508,共5页
随着新型电子器件越来越多地被机载航电设备所采用,单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)故障已经成为影响航空飞行安全的重大隐患。首先,针对由于单粒子翻转故障的随机性,该文对不同时刻发生的单粒子翻转故障引入了多时钟控制,构建了SE... 随着新型电子器件越来越多地被机载航电设备所采用,单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)故障已经成为影响航空飞行安全的重大隐患。首先,针对由于单粒子翻转故障的随机性,该文对不同时刻发生的单粒子翻转故障引入了多时钟控制,构建了SEU故障注入测试系统。然后模拟真实情况下单粒子效应引发的多时间点故障,研究了单粒子效应对基于FPGA构成的时序电路的影响,并在线统计了被测模块的失效数据和失效率。实验结果表明,对于基于FPGA构建容错电路,采用多时钟沿三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)加固技术可比传统TMR技术提高约1.86倍的抗SEU性能;该多时钟SEU故障注入测试系统可以快速、准确、低成本地实现单粒子翻转故障测试,从而验证了SEU加固技术的有效性。 展开更多
关键词 机载电子器件 粒子翻转(seu) 故障注入 抗辐射加固技术 FPGA
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宇宙高能质子致单粒子翻转率的计算 被引量:11
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作者 王同权 戴宏毅 +2 位作者 沈永平 张若棋 肖亚斌 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期11-13,共3页
通过简化半导体器件灵敏单元 ,计算得到了宇宙高能质子在器件灵敏单元内产生的能量沉积。然后利用地面重离子实验单粒子翻转数据得到的Weibull函数 ,计算了CRRES卫星轨道、 33mm铝屏蔽壳体内几种器件的单粒子翻转率 ,并与已有结果进行... 通过简化半导体器件灵敏单元 ,计算得到了宇宙高能质子在器件灵敏单元内产生的能量沉积。然后利用地面重离子实验单粒子翻转数据得到的Weibull函数 ,计算了CRRES卫星轨道、 33mm铝屏蔽壳体内几种器件的单粒子翻转率 ,并与已有结果进行了比较说明。 展开更多
关键词 宇宙 粒子翻转 计算 高能质子 空间辐射 粒子翻转 航天器 半导体器件
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静态随机存储器单粒子翻转效应的二维数值模拟 被引量:5
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作者 郭红霞 陈雨生 +2 位作者 周辉 贺朝会 李永宏 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 2003年第6期508-512,共5页
采用MEDICI二维模拟软件对静态存储器SRAM的单粒子翻转(SEU)现象进行了计算。对MOSFET漏区模拟得到的结果与电荷漏斗模型相吻合,表明所建立的物理模型的正确性。通过输入不同粒子的线性能量传输LET值,得到了某一结构器件的收集电荷与LE... 采用MEDICI二维模拟软件对静态存储器SRAM的单粒子翻转(SEU)现象进行了计算。对MOSFET漏区模拟得到的结果与电荷漏斗模型相吻合,表明所建立的物理模型的正确性。通过输入不同粒子的线性能量传输LET值,得到了某一结构器件的收集电荷与LET值的关系曲线,并给出临界电荷7 73×10-14C。 展开更多
关键词 静态随机存储器 粒子翻转 seu SRAM 电荷漏斗模型 加速器
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MOSFET单粒子翻转效应的二维数值模拟 被引量:4
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作者 郭红霞 张义门 +5 位作者 陈雨生 周辉 肖伟坚 龚仁喜 贺朝会 龚建成 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期461-464,共4页
用MEDICI二维模拟软件对MOSFET的单粒子翻转现象进行了计算 ,力图从理论上建立分析器件单粒子翻转的可靠手段 .通过输入不同粒子的线性能量传输值 ,得到了某一结构器件的翻转概率与线性能量传输值的关系曲线 .分析了不同结构参数的变化... 用MEDICI二维模拟软件对MOSFET的单粒子翻转现象进行了计算 ,力图从理论上建立分析器件单粒子翻转的可靠手段 .通过输入不同粒子的线性能量传输值 ,得到了某一结构器件的翻转概率与线性能量传输值的关系曲线 .分析了不同结构参数的变化对单粒子翻转的影响 .模拟得到的结果与电荷漏斗模型相吻合 。 展开更多
关键词 MOSFET 二维数值模拟 粒子翻转 线性能量传输 电荷漏斗模型 seu
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FPGA单粒子翻转事件在轨探测研究 被引量:17
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作者 侯建文 张爱兵 +1 位作者 郑香脂 余庆龙 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期454-458,共5页
中国遥感卫星上的单粒子探测器对某种400万门FPGA和60万门FPGA进行在轨单粒子翻转探测。文中给出了单粒子翻转探测器的基本组成及单粒子翻转的监测方法,并给出了采用模拟量描述器件翻转次数的设计思路。在轨测试期间,单粒子探测器成功... 中国遥感卫星上的单粒子探测器对某种400万门FPGA和60万门FPGA进行在轨单粒子翻转探测。文中给出了单粒子翻转探测器的基本组成及单粒子翻转的监测方法,并给出了采用模拟量描述器件翻转次数的设计思路。在轨测试期间,单粒子探测器成功的对被测器件进行了在轨单粒子翻转监测,文中给出了两个被测器件的翻转次数统计和翻转类型统计,依据轨道根数获得了翻转事件的空间分布,并对两个被测芯片的翻转事件的差异进行了分析。 展开更多
关键词 FPGA 粒子翻转 在轨探测 空间环境
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SRAM型FPGA单粒子翻转测试及加固技术研究 被引量:19
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作者 邱金娟 徐宏杰 +1 位作者 潘雄 朱明达 《电光与控制》 北大核心 2011年第8期84-88,共5页
SRAM型FPGA空间应用日益增多,只有针对其特点设计相应的单粒子试验的测试程序才能系统、准确地获取该类芯片的单粒子翻转特性,为抗辐射加固设计提供依据。阐述了单粒子翻转的静态和动态的测试方法。静态测试包括硬件设计和配置位回读程... SRAM型FPGA空间应用日益增多,只有针对其特点设计相应的单粒子试验的测试程序才能系统、准确地获取该类芯片的单粒子翻转特性,为抗辐射加固设计提供依据。阐述了单粒子翻转的静态和动态的测试方法。静态测试包括硬件设计和配置位回读程序的设计;动态测试主要针对CLB(配置逻辑单元)和BRAM(块存储器)两部分进行了相应的软件测试程序设计;并结合工程给出了解决单粒子翻转的主要加固方法。此试验得到了该类芯片的单粒子翻转截面,对在地面上进行FPGA的可靠性评估具有重要意义。 展开更多
关键词 FPGA 粒子翻转 测试技术 辐照试验
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SRAM型FPGA单粒子效应逐位翻转故障注入方法 被引量:14
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作者 宋凝芳 秦姣梅 +1 位作者 潘雄 江云天 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1285-1289,共5页
针对SRAM(Static Random Access Memory)型FPGA(Field Programmable GateArray)空间应用的可靠性评测问题,提出一种逐位翻转的故障注入试验方法,利用动态重配置技术,通过检测逻辑电路设计配置存储单元中的单粒子翻转敏感位数量和位置,... 针对SRAM(Static Random Access Memory)型FPGA(Field Programmable GateArray)空间应用的可靠性评测问题,提出一种逐位翻转的故障注入试验方法,利用动态重配置技术,通过检测逻辑电路设计配置存储单元中的单粒子翻转敏感位数量和位置,可计算出动态翻转截面和失效率,绘出可靠度变化曲线.分别对采用TMR(Triple Modular Redundancy)防护设计的和未采用TMR防护设计的SRAM型FPGA乘法器模块进行了故障注入试验,验证了得到的敏感位位置的正确性,并计算出各自的可靠性参数和曲线. 展开更多
关键词 故障注入 粒子翻转 动态重配置
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静态单粒子翻转截面的获取及分类 被引量:4
12
作者 姚志斌 范如玉 +4 位作者 郭红霞 王忠明 何宝平 张凤祁 张科营 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期811-816,共6页
为了评估静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)器件的单粒子效应,寻求单粒子翻转敏感部位,以XCV300PQ240为实验样品,利用重离子辐照装置详细测试了该器件的静态翻转截面,并根据配置存储单元用途的不同,对翻转数据进行了分... 为了评估静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)器件的单粒子效应,寻求单粒子翻转敏感部位,以XCV300PQ240为实验样品,利用重离子辐照装置详细测试了该器件的静态翻转截面,并根据配置存储单元用途的不同,对翻转数据进行了分类。结果表明:SRAM型FPGA的内部存储单元对单粒子翻转效应十分敏感;配置存储器翻转主要由查找表(LUT)及互连线资控制位造成,这两者的翻转占总翻转数的97.46%;配置存储器中各类资源的单粒子翻转(SEU)敏感性并不一致,输入输出端口(IOB)控制位和LUT的单粒子翻转的敏感性远高于其它几类资源,但LUT在配置存储器中占有很大比例,在加固时应予以重点考虑。 展开更多
关键词 FPGA 辐照效应 粒子效应 粒子翻转
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航空高度FPGA单粒子翻转飞行实验及失效分析 被引量:9
13
作者 薛茜男 张道阳 +2 位作者 李颖 芦浩 王鹏 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期78-84,共7页
随着微电子工艺的发展,小尺寸、高密度及低电压的器件越来越多地应用于航空电子设备。许多科研人员发现高层大气及外太空的带电粒子带来的粒子辐射会对航空电子器件产生严重的影响。基于民用航空局方的要求,鉴于机载设备对单粒子翻转效... 随着微电子工艺的发展,小尺寸、高密度及低电压的器件越来越多地应用于航空电子设备。许多科研人员发现高层大气及外太空的带电粒子带来的粒子辐射会对航空电子器件产生严重的影响。基于民用航空局方的要求,鉴于机载设备对单粒子翻转效应的隐患以及航空机载设备国产化的迫切需求,开展FPGA器件用于机载电子设备可能遭遇的单粒子翻转效应的风险问题研究。分析了主流FPGA在航空飞行高度的飞行实验数据,进一步论证其是否满足民用航空的需求。大量数据的分析结果证明,以当下主流FPGA芯片的工艺尺寸、工作电压的条件,单粒子翻转效应是一个不容忽视的问题。即便是航空飞行高度甚至是地面高度,FPGA芯片因单粒子翻转导致失效也是无法满足民用航空设备的安全性要求。 展开更多
关键词 粒子翻转 机载电子 抗辐射 飞行实验 失效分析
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SRAM单元中子单粒子翻转效应的Geant4模拟 被引量:5
14
作者 郭晓强 郭红霞 +5 位作者 王桂珍 林东生 陈伟 白小燕 杨善潮 刘岩 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期362-367,共6页
应用Geant4工具,构造了不同特征尺寸的SRAM单元几何模型及单粒子翻转截面计算模型,分析了敏感体积和临界电荷对低能中子单粒子翻转效应的影响趋势,计算了反应堆裂变中子谱辐射环境下,不同特征尺寸SRAM的中子单粒子翻转截面,认为小尺寸S... 应用Geant4工具,构造了不同特征尺寸的SRAM单元几何模型及单粒子翻转截面计算模型,分析了敏感体积和临界电荷对低能中子单粒子翻转效应的影响趋势,计算了反应堆裂变中子谱辐射环境下,不同特征尺寸SRAM的中子单粒子翻转截面,认为小尺寸SRAM器件的低能中子单粒子翻转效应更为严重。 展开更多
关键词 中子 粒子翻转 GEANT4 特征尺寸 临界电荷
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临近空间大气中子诱发电子器件单粒子翻转模拟研究 被引量:5
15
作者 张振力 张振龙 +4 位作者 韩建伟 安广朋 蔡明辉 封国强 马英起 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期350-354,共5页
根据重离子试验数据,采用长方体(RPP)模型,用GEANT4软件工具包编程,建立了垂直于器件表面入射的中子诱发电子器件的单粒子翻转模型.考虑敏感体积及其附近的次级粒子对单粒子翻转的贡献,统计了次级粒子在敏感体积内沉积能量的微分能谱分... 根据重离子试验数据,采用长方体(RPP)模型,用GEANT4软件工具包编程,建立了垂直于器件表面入射的中子诱发电子器件的单粒子翻转模型.考虑敏感体积及其附近的次级粒子对单粒子翻转的贡献,统计了次级粒子在敏感体积内沉积能量的微分能谱分布,对在敏感体积内沉积不同能量的次级粒子对单粒子翻转的贡献进行了区分计算,模拟计算结果与地面试验结果符合较好. 展开更多
关键词 粒子翻转 中子 敏感体积 weibull函数
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质子核反应二次粒子引起的静态存储器单粒子翻转截面计算 被引量:4
16
作者 王园明 陈伟 +6 位作者 郭红霞 何宝平 罗尹虹 姚志斌 张凤祁 张科营 赵雯 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期1505-1508,共4页
研究建立了质子单粒子翻转截面计算方法。基于蒙特卡罗软件Geant4,计算分析了不同能量质子核反应产生二次粒子对有效体积带来的影响,确定了有效体积大小。计算了静态随机存取存储器的质子单粒子翻转截面和多位翻转截面。计算结果在趋势... 研究建立了质子单粒子翻转截面计算方法。基于蒙特卡罗软件Geant4,计算分析了不同能量质子核反应产生二次粒子对有效体积带来的影响,确定了有效体积大小。计算了静态随机存取存储器的质子单粒子翻转截面和多位翻转截面。计算结果在趋势上与双参数公式所预言的相符合,并可得到很高能量质子引起的极限截面;在较低能段的数据与文献的理论和实验值相符。 展开更多
关键词 质子 有效体积 粒子翻转截面 多位翻转截面
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单粒子翻转敏感区定位的脉冲激光试验研究 被引量:5
17
作者 余永涛 封国强 +2 位作者 上官士鹏 陈睿 韩建伟 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期176-180,共5页
利用脉冲激光单粒子翻转敏感区定位成像系统,对静态随机存储器件IDT71256开展了单粒子翻转敏感区定位的试验研究。为避开器件正面金属层对激光的阻挡,试验采用背面辐照方式进行测试。试验结果表明,存储单元中存储数据类型对器件单粒子... 利用脉冲激光单粒子翻转敏感区定位成像系统,对静态随机存储器件IDT71256开展了单粒子翻转敏感区定位的试验研究。为避开器件正面金属层对激光的阻挡,试验采用背面辐照方式进行测试。试验结果表明,存储单元中存储数据类型对器件单粒子翻转的敏感性有较大影响,由测得的单粒子翻转敏感区分布图经处理得到单粒子翻转截面,结果与重离子试验测得的翻转截面数据一致。 展开更多
关键词 粒子效应 敏感区定位 数据类型 翻转截面
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一种数字信号处理器的单粒子翻转加固设计 被引量:5
18
作者 薛海卫 沈婧 +1 位作者 王进祥 魏敬和 《固体电子学研究与进展》 CAS 北大核心 2021年第4期299-303,共5页
为了降低数字信号处理器(DSP)电路在太空中发生单粒子翻转事件,本文从触发器单元、存储模块及电路系统三个层面论述了DSP的抗单粒子翻转加固设计。采用该抗单粒子翻转加固方法,实现了一款基于0.18μm CMOS体硅工艺的DSP电路,该电路逻辑... 为了降低数字信号处理器(DSP)电路在太空中发生单粒子翻转事件,本文从触发器单元、存储模块及电路系统三个层面论述了DSP的抗单粒子翻转加固设计。采用该抗单粒子翻转加固方法,实现了一款基于0.18μm CMOS体硅工艺的DSP电路,该电路逻辑规模约为150万门,面积为9.3 mm×9.3 mm。通过重离子加速器模拟试验评估,该DSP电路的单粒子翻转率约为4.37×10^(-11)错误/(位·天)(GEO轨道,等效3 mm Al屏蔽)。 展开更多
关键词 数字信号处理器 粒子翻转 粒子翻转加固设计 辐照试验
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65nm工艺SRAM低能质子单粒子翻转实验研究 被引量:5
19
作者 何安林 郭刚 +10 位作者 陈力 沈东军 任义 刘建成 张志超 蔡莉 史淑廷 王惠 范辉 高丽娟 孔福全 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期2364-2369,共6页
基于北京HI-13串列加速器质子源及技术改进工作,获得2~15 MeV低能质子束流。针对商业级65nm工艺4M×18bit大容量随机静态存储器(SRAM),开展了质子单粒子翻转实验研究。实验结果表明,低能质子通过直接电离机制可在存储器中引起显... 基于北京HI-13串列加速器质子源及技术改进工作,获得2~15 MeV低能质子束流。针对商业级65nm工艺4M×18bit大容量随机静态存储器(SRAM),开展了质子单粒子翻转实验研究。实验结果表明,低能质子通过直接电离机制可在存储器中引起显著的单粒子翻转,其翻转截面较核反应机制引起的翻转截面大2~3个数量级。结合实验数据分析了质子翻转机制、LET值及射程、临界电荷及空间软错误率等,分析结果表明,实验器件翻转临界电荷约为0.97fC,而低能质子超过高能质子成为质子软错误率的主要贡献因素。 展开更多
关键词 质子 粒子翻转 直接电离 随机静态存储器 软错误率
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一种容忍单粒子双节点翻转的锁存器设计 被引量:3
20
作者 黄正峰 张阳阳 +3 位作者 李雪健 付俊超 徐秀敏 方祥圣 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2019年第4期493-499,共7页
文章提出了一种新型的锁存器,采用双模冗余容错技术,能够同时容忍单粒子单节点翻转和单粒子双节点翻转。相比于同类型的加固设计,文中设计的结构延迟平均下降74.40%,功耗平均下降8.32%,功耗-延迟积(power-delay product,PDP)平均下降75.... 文章提出了一种新型的锁存器,采用双模冗余容错技术,能够同时容忍单粒子单节点翻转和单粒子双节点翻转。相比于同类型的加固设计,文中设计的结构延迟平均下降74.40%,功耗平均下降8.32%,功耗-延迟积(power-delay product,PDP)平均下降75.20%,面积平均减少15.76%;而且该锁存器的延迟对工艺、供电电压及温度的波动不敏感。 展开更多
关键词 软错误 粒子翻转 节点翻转 双节点翻转 加固锁存器 双模冗余
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