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随着晶体管工艺尺寸的不断缩小，集成电路的可靠性成为设计研究中的重要课题。而以负偏置温度不稳定性(Negative Bias Temperature Instability, NBTI)为代表的老化效应和辐射环境下导致的单粒子效应对集成电路的可靠性造成了严重威胁和挑战。负偏置温度不稳定通过影响电路的延迟最终导致电路出现时序违规，造成电路失效。而辐射环境下高能粒子入射到集成电路中会诱发单粒子效应，当这些软错误传播到电路的输出端就会造成电路的输出结果错误。本论文主要的研究内容包括两部分：NBTI导致的电路老化效应和高能粒子造成的单粒子效应。取得的主要研究成果如下：(1)针对电路老化，提出了一种用于电路老化预测的稳定性校验器结构，即SCOL。 SCOL被插入到组合逻辑和触发器之间，通过检测组合逻辑的跳变来预测电路老化。SCOL不仅能够检测电路的老化，本身还可以将检测结果进行锁存。实验数据表明，SCOL与同类的校验器ARSC和ASVFD相比，面积分别减少了37%和22%，功耗分别减少了50%和40%。(2)基于ISE-TCAD仿真软件对MOS器件的单粒子效应进行特性研究。模拟并分析了不同LET值、入射位置、外接电压、外电路连接方式对单粒子效应的影响。(3)为了减轻辐射环境中D触发器受单粒子翻转的影响，本论文提出了一种低开销的加固D触发器(LHFF)结构。该结构是基于时间冗余的异构双模冗余设计，针对单粒子翻转进行防护。Spice模拟结果显示与其它加固触发器相比，LHFF在电路面积和功耗延迟积上有很大优势。