Published March 17, 2021 | Version v1
Publication Open

A low power and soft error resilience guard‐gated Quartro‐based flip‐flop in 45 nm CMOS technology

Creators

  • 1. Vellore Institute of Technology University
  • 2. Aalborg University

Description

Conventional flip-flops are more vulnerable to particle strikes in a radiation environment. To overcome this disadvantage, in the literature, many radiation-hardened flip-flops (FFs) based on techniques like triple modular redundancy, dual interlocked cell, Quatro and guard-gated Quatro cell, and so on, are discussed. The flip-flop realized using radiation hardened by design Quatro cell is named as the improved version of Quatro flip-flop (IVQFF). Single event upset (SEU) at inverter stages of master/slave and at output are the two drawbacks of IVQFF. This study proposes a guard-gated Quatro FF (GQFF) using guard-gated Quatro cell and Muller C-element. To overcome the SEU at inverter stages of IVQFF, in GQFF, the inverter stages are realized in a parallel fashion. A dual-input Muller C-element is connected to the GQFF output stage to mask the SEU and thus maintain the correct output. The proposed GQFF tolerates both single node upset (SNU) and double node upset (DNU). It also achieves low power. To prove the efficacy, GQFF and the existing FFs are implemented in 45 nm Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) technology. From the simulation results, it may be noted that the GQFF is 100% immune to SNUs and 50% immune to DNUs.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الشباشب التقليدية أكثر عرضة لضربات الجسيمات في بيئة الإشعاع. للتغلب على هذا العيب، في الأدبيات، تتم مناقشة العديد من النعال المتقلبة المتصلبة بالإشعاع (FFs) بناءً على تقنيات مثل التكرار الثلاثي الوحدات، والخلية المتشابكة المزدوجة، وخلية Quatro وخلية Quatro ذات بوابات الحراسة، وما إلى ذلك. يُطلق على القلاب المتحقق باستخدام الإشعاع المتصلب بواسطة خلية Quatro اسم النسخة المحسنة من قلاب Quatro (IVQFF). اضطراب حدث واحد (SEU) في مراحل العاكس للماجستير/التابع وعند الإخراج هما عيبان لـ IVQFF. تقترح هذه الدراسة كواترو إف إف (GQFF) ذات بوابات الحراسة باستخدام خلية كواترو ذات بوابات الحراسة وعنصر مولر سي. للتغلب على SEU في مراحل العاكس من IVQFF، في GQFF، يتم تحقيق مراحل العاكس بطريقة متوازية. يتم توصيل عنصر مولر C ثنائي الإدخال بمرحلة إخراج GQFF لإخفاء SEU وبالتالي الحفاظ على الإخراج الصحيح. يتسامح إطار الجودة العالمي المقترح مع اضطراب العقدة المفردة واضطراب العقدة المزدوجة. كما أنه يحقق طاقة منخفضة. لإثبات الفعالية، يتم تنفيذ GQFF و FFs الحالية في تقنية أشباه موصلات أكسيد المعادن التكميلية (CMOS) 45 نانومتر. من نتائج المحاكاة، تجدر الإشارة إلى أن GQFF محصن بنسبة 100 ٪ ضد SNUs و 50 ٪ محصن ضد DNUs.

Translated Description (French)

Les bascules conventionnelles sont plus vulnérables aux impacts de particules dans un environnement de rayonnement. Pour surmonter cet inconvénient, dans la littérature, de nombreuses bascules durcies par rayonnement (FF) basées sur des techniques telles que la triple redondance modulaire, la cellule à double verrouillage, la cellule Quatro et la cellule Quatro à grille de garde, etc., sont discutées. La bascule réalisée en utilisant un rayonnement durci par la cellule Quatro de conception est nommée comme la version améliorée de la bascule Quatro (IVQFF). Les deux inconvénients de l'IVQFF sont la perturbation par événement unique (SEU) aux étapes de l'onduleur maître/esclave et en sortie. Cette étude propose un Quatro FF à porte de garde (GQFF) utilisant une cellule Quatro à porte de garde et un élément en C de Muller. Pour surmonter le SEU aux étages d'onduleur de l'IVQFF, dans le GQFF, les étages d'onduleur sont réalisés de manière parallèle. Un élément en C Muller à double entrée est connecté à l'étage de sortie GQFF pour masquer l'ues et maintenir ainsi la sortie correcte. Le GQFF proposé tolère à la fois les perturbations à nœud unique (SNU) et les perturbations à double nœud (DNU). Il permet également d'obtenir une faible puissance. Pour prouver l'efficacité, le GQFF et les FF existants sont mis en œuvre dans la technologie CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) de 45 nm. D'après les résultats de la simulation, on peut noter que le GQFF est 100% immunisé contre les SNU et 50% immunisé contre les DNU.

Translated Description (Spanish)

Los flip-flops convencionales son más vulnerables a los impactos de partículas en un entorno de radiación. Para superar esta desventaja, en la literatura, se discuten muchos flip-flops (FF) endurecidos por radiación basados en técnicas como la redundancia modular triple, la celda entrelazada dual, la celda Quatro y la celda Quatro con puerta de guardia, etc. El flip-flop realizado utilizando una célula Quatro endurecida por radiación de diseño se denomina versión mejorada del flip-flop Quatro (IVQFF). El trastorno de evento único (SEU) en las etapas del inversor maestro/esclavo y en la salida son los dos inconvenientes de IVQFF. Este estudio propone un Quatro FF (GQFF) con puerta de guardia utilizando una celda Quatro con puerta de guardia y un elemento C de Muller. Para superar la SEU en las etapas del inversor de IVQFF, en GQFF, las etapas del inversor se realizan de forma paralela. Un elemento C Muller de doble entrada está conectado a la etapa de salida GQFF para enmascarar la SEU y así mantener la salida correcta. El GQFF propuesto tolera tanto el trastorno de nodo único (SNU) como el trastorno de nodo doble (DNU). También consigue un bajo consumo de energía. Para demostrar la eficacia, GQFF y los FF existentes se implementan en tecnología de semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS) de 45 nm. A partir de los resultados de la simulación, se puede observar que el GQFF es 100% inmune a las SNU y 50% inmune a las DNU.

Files

cds2.12052.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:3252e02ad4b0e1bd4c9bea5654afaa47
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقنية CMOS منخفضة الطاقة ومرونة مقاومة الأخطاء الرباعية ذات البوابات الرباعية في 45 نانومتر
Translated title (French)
Une bascule Quartro ‐basée sur une faible puissance et une résilience aux erreurs douces en technologie CMOS 45 nm
Translated title (Spanish)
Un biestable basado en Quartro de baja potencia y resistencia a errores blandos en tecnología CMOS de 45 nm

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3138389653
DOI
10.1049/cds2.12052

Is supplement to
https://openalex.org/W3140581668 (Other)
https://openalex.org/W2978528242 (Other)
https://openalex.org/W2622269177 (Other)
https://openalex.org/W2165400042 (Other)
https://openalex.org/W2160088500 (Other)
https://openalex.org/W2130033702 (Other)
https://openalex.org/W2102538861 (Other)
https://openalex.org/W2086616086 (Other)
https://openalex.org/W2081303028 (Other)
https://openalex.org/W1523508240 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1970759859
  • https://openalex.org/W1971440286
  • https://openalex.org/W1998173167
  • https://openalex.org/W2007293665
  • https://openalex.org/W2034813406
  • https://openalex.org/W2046256623
  • https://openalex.org/W2050431855
  • https://openalex.org/W2106865643
  • https://openalex.org/W2138724413
  • https://openalex.org/W2145822939
  • https://openalex.org/W2154691889
  • https://openalex.org/W2167002145
  • https://openalex.org/W2169622577
  • https://openalex.org/W2322902720
  • https://openalex.org/W2519196746
  • https://openalex.org/W2519431314
  • https://openalex.org/W2613938152
  • https://openalex.org/W2738942090
  • https://openalex.org/W2756563257
  • https://openalex.org/W2901826728
  • https://openalex.org/W2908947028
  • https://openalex.org/W2918648800
  • https://openalex.org/W2954322948
  • https://openalex.org/W2954879186
  • https://openalex.org/W4247612443