數(shù)字集成電路的可靠性設(shè)計(jì).pdf

1、在現(xiàn)代科技日新月異的今天，半導(dǎo)體器件特征尺寸快速縮減、晶體管集成度大約每18個月翻一倍，集成電路可靠性受到越來越多的關(guān)注，尤其是NBTI誘發(fā)的老化和高能粒子輻射誘發(fā)的軟錯誤嚴(yán)重影響著集成電路生命周期。負(fù)溫度偏置不穩(wěn)定性(NBTI)會影響電路的最大工作頻率并最終導(dǎo)致電路出現(xiàn)時序違規(guī)問題，導(dǎo)致電路失效；而航空航天環(huán)境下的高能粒子輻射會誘發(fā)單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)，這些軟錯誤可能會傳播到輸出端使得最終結(jié)果出錯，這在一些安全關(guān)鍵領(lǐng)域是絕對不能容忍的

2、。因此對集成電路可靠性的研究勢在必行，本文針對集成電路的可靠性進(jìn)行了深入的探索，主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新如下：
　　第一，實(shí)現(xiàn)了基于雙模冗余和三模冗余的兩種抗輻射加固結(jié)構(gòu)，前者在兩個同構(gòu)的D觸發(fā)器也即雙模冗余結(jié)構(gòu)(DMR-DFF)的輸出端插入Muller C單元，這樣可以有效阻塞SEU引發(fā)的軟錯誤，防止軟錯誤傳播到下一級邏輯。而后者是由三個同構(gòu)的D觸發(fā)器外加表決器(Voter)組成的，表決器進(jìn)行“三中取二”的邏輯運(yùn)算，可以容忍仟何一路

3、信號上發(fā)生的軟錯誤。以4位乘法器為載體，完成了版圖設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行SEU注入仿真和軟錯誤敏感度分析，具體量化了這兩種結(jié)構(gòu)的防護(hù)效果，使得軟錯誤率下降達(dá)到接近100％。
　　第二，本文針對NBTI誘發(fā)的老化進(jìn)行了研究，主要包括老化的檢測和容老化的方法。提出了一種能夠檢測老化并且可以隨著老化程度而自適應(yīng)的時序單元-ASCSE。該結(jié)構(gòu)利用可配置的脈沖式鎖存器，分為兩種工作模式：檢測老化模式和容忍老化模式。通過在脈沖期間檢測跳變來檢測老化，