電源門控電路的老化特性分析與抗老化技術(shù)研究.pdf

1、在當前的集成電路設計中，利用電源門控技術(shù)來降低靜態(tài)功耗已成為一種趨勢。隨著特征尺寸的不斷縮小，集成電路的可靠性問題越來越嚴重，由偏置溫度不穩(wěn)定性（Bias Temperature Instability，BTI）引起的電路老化成為威脅集成電路可靠性的重要因素。當電源門控電路處于正常工作模式時，休眠管會受到嚴重的BTI效應影響，導致電源門控電路的性能損失加重，并最終引起電路失效。
　　現(xiàn)有的電源門控電路老化特性分析，并沒有考慮老化效

2、應與性能損失之間的關(guān)系，缺少電路老化后的性能損失模型。本文綜合考慮休眠管與邏輯網(wǎng)絡的BTI效應對電源門控電路的影響，建立由BTI效應導致的電源門控電路性能損失模型，并且通過分析兩種不同類型（Header型與Footer型）的電源門控電路，得出兩者的模型一致。結(jié)果表明，HSPICE仿真得到的電源門控電路使用壽命與老化性能損失模型的計算值變化趨勢相吻合。
　　在Header型電路的抗老化研究中，當電路處于正常工作模式時，傳統(tǒng)休眠管尺寸

3、方法會使所有接通的休眠管都處于受壓狀態(tài)，造成抗老化設計過于悲觀。本文通過分析Header型電路的老化特性，提出將休眠管進行分組，通過間斷接通休眠管，等效于動態(tài)調(diào)節(jié)休眠管尺寸或?qū)娮?，使部分休眠管處于恢復期，從而減小由休眠管老化引起的Header型電路性能損失。利用HSPICE軟件在45nm工藝庫下的仿真結(jié)果表明，動態(tài)休眠管尺寸方法與傳統(tǒng)休眠管尺寸方法相比，最高可以提升Header型電路29.99％的使用壽命。
　　在Footer

4、型電路的抗老化研究中，現(xiàn)有的休眠管受壓控制法缺少對休眠管分組方法的研究，并且忽略休眠管的最小尺寸問題。為此本文提出了一種基于最小尺寸的休眠管分組方法，同時結(jié)合動態(tài)休眠管尺寸法與休眠管受壓控制法，讓休眠管以設定的頻率輪流導通，當性能損失到達設定閾值后，再利用動態(tài)休眠管尺寸方法，逐步增大休眠管尺寸，進而改進休眠管的切換策略。利用HSPICE軟件在32nm高k材料工藝庫下的仿真結(jié)果表明，與現(xiàn)有的休眠管切換策略相比，改進的休眠管切換策略可以平均