基于DICE結(jié)構(gòu)的抗輻射移位寄存器設(shè)計研究.pdf

1、微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和航天科技的進步，互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路(IC)在各種航天器和空間平臺中得到了廣泛地運用，無論是對設(shè)備的控制或者是對數(shù)據(jù)的存儲和處理等，都在很大程度上依賴于 IC，而這些設(shè)備所運行的空間環(huán)境是一個充滿各種離子射線的輻射環(huán)境?？臻g飛行器運行在這樣的輻射環(huán)境中時，設(shè)備中的電子器件就很容易受到各種高能離子的輻射影響，引起其信息處理系統(tǒng)的功能異常甚至是電子器件的損毀，從而大大降低了空間飛行器運行的可靠性。如

2、何提高集成電路在輻射環(huán)境下工作的可靠性，成為了一個研究的熱點。
　　寄存器作為集成電路中非常重要的存儲單元，對輻射效應(yīng)尤為敏感，對寄存器的抗輻射加固制約著數(shù)字存儲類和邏輯類集成電路的抗輻射性能。隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，對集成電路的抗輻射性能要求越來越高。雙互鎖存(DICE)結(jié)構(gòu)單元作為一種抗輻射加固設(shè)計方法，目前正被廣泛地研究與應(yīng)用，基于DICE結(jié)構(gòu)的移位寄存器的設(shè)計對驗證其抗輻射性能起著重要作用。
　　基于上述背景，為了驗

3、證DICE結(jié)構(gòu)加固設(shè)計方法在抗單粒子輻射方面的有效性，本文立足于0.18μm的商用工藝線，設(shè)計了基于DICE結(jié)構(gòu)的1024位移位寄存器，并設(shè)計了單粒子輻射效應(yīng)實驗測試系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容包括：
　　對空間輻射環(huán)境，集成電路中的各種輻射效應(yīng)及損傷機理進行了理論分析與研究；針對存儲單元尤為敏感的單粒子效應(yīng)(SEEs)進行了重點地分析研究，并結(jié)合PN結(jié)和具體的鎖存單元來對單粒子效應(yīng)的影響進行了分析說明；對DICE結(jié)構(gòu)的鎖存單元的工作原理及

4、其抗輻射性能進行了仿真研究。
　　分別設(shè)計了采用DICE結(jié)構(gòu)加固與采用傳統(tǒng)6管結(jié)構(gòu)的1024位的移位寄存器。首先利用軟件模擬仿真的方法來進行單粒子輻射效應(yīng)仿真，對比研究了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)D觸發(fā)器與DICE結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器的抗單粒子輻射性能，并對時鐘樹等全局電路的抗輻射加固方法進行了研究。其次在D觸發(fā)器的基礎(chǔ)上設(shè)計1024位的移位寄存器，并對所設(shè)計的移位寄存器進行了版圖加固設(shè)計、優(yōu)化并完成了流片，對芯片功能測試的結(jié)果表明，達到了預(yù)期的設(shè)計效果