宇航數(shù)字電路輻射綜合效應(yīng)時(shí)序性能退化分析.pdf

1、隨著摩爾定律的發(fā)展，數(shù)字集成電路的工藝節(jié)點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到超深亞微米，晶體管的長(zhǎng)期可靠性問(wèn)題由之前的經(jīng)時(shí)擊穿和電遷移逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)偏壓溫度偏置不穩(wěn)定性效應(yīng)和溝道熱載流子效應(yīng)，伴隨著宇航探索的研究逐漸深入，總劑量電離輻射效應(yīng)與溝道熱載流子效應(yīng)的結(jié)合效應(yīng)表現(xiàn)出1+1>2的效果。以上三種器件級(jí)效應(yīng)都會(huì)帶來(lái)晶體管閾值電壓的變化，閾值電壓的變化則會(huì)改變數(shù)字集成電路的延時(shí)，引發(fā)時(shí)序問(wèn)題。如何從器件級(jí)機(jī)理到晶體管級(jí)建模再到電路級(jí)時(shí)序分析跨層建模已成為電路級(jí)可靠

2、性設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)。
　　論文基于130nm CMOS工藝，對(duì)器件效應(yīng)對(duì)晶體管閾值電壓的影響進(jìn)行了研究。介紹了器件NBTI效應(yīng)、CHC效應(yīng)和TID效應(yīng)的物理機(jī)理以及三種效應(yīng)的經(jīng)典解釋模型。根據(jù)學(xué)術(shù)界最新研究成果，結(jié)合數(shù)字電路的實(shí)際工作情況，以占空比作為變量，介紹了基于占空比的晶體管級(jí)NBTI長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)模型以及CHC和TID結(jié)合效應(yīng)的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)模型。以工作十年為目標(biāo)，計(jì)算出了NBTI效應(yīng)引起的PMOS閾值電壓漂移量在50mV～73mV，C

3、HC和TID結(jié)合效應(yīng)的NMOS閾值電壓漂移量在77mV～220mV。
　　論文以16×16的移位乘法器RTL代碼作為老化分析對(duì)象，在Design Complier中設(shè)置相關(guān)面積時(shí)序約束，通過(guò)邏輯綜合獲得網(wǎng)表，通過(guò)靜態(tài)時(shí)序分析獲得關(guān)鍵路徑，并在Encounter工具中完成布局、時(shí)鐘樹(shù)綜合以及布線工作，獲得了數(shù)字版圖以及完成物理設(shè)計(jì)后關(guān)鍵路徑時(shí)序的變化量。
　　論文選用常見(jiàn)的一倍驅(qū)動(dòng)反相器、兩輸入與非門(mén)以及兩輸入或非門(mén)作為研究對(duì)

4、象，分析了占空比作為變量引起的閾值變化導(dǎo)致時(shí)序變化的規(guī)律，在 Hspice中進(jìn)行仿真獲得了占空比與電路延時(shí)的關(guān)系?；陟o態(tài)時(shí)序分析獲得的關(guān)鍵路徑，建立了關(guān)鍵路徑中組合邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元的老化時(shí)序庫(kù)，在此基礎(chǔ)上對(duì) RTL代碼重新進(jìn)行了邏輯綜合和布局布線工作，獲得了基于老化時(shí)序庫(kù)的電路延時(shí)信息變化。分析結(jié)果表明，關(guān)鍵路徑組合邏輯延時(shí)在綜合階段增加了1.61ns，布局布線完成后增加了2.159ns，增加了10％。為抗老化降頻使用提供了合理的參考依據(jù)