基于ATPG的電路抗老化輸入矢量控制研究.pdf

1、隨著當(dāng)前集成電路特征尺寸不斷減小，在帶來(lái)頻率功耗等性能的提升的同時(shí)，一些嚴(yán)重的電路可靠性問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)。其中負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性(Negative Bias Temperature Instability,NBTI)因?yàn)闀?huì)顯著導(dǎo)致PMOS的柵極閾值電壓上升，被認(rèn)為是產(chǎn)生電路老化現(xiàn)象的主要物理效應(yīng)之一。在最為極端的模型中，在10年內(nèi)由NBTI效應(yīng)導(dǎo)致的電路時(shí)延增長(zhǎng)量預(yù)測(cè)值最大為20％。通過(guò)減輕NBTI，可以有效緩解集成電路的老化效應(yīng)，提高集

2、成電路的可靠性。
　　邏輯門(mén)的輸入狀態(tài)會(huì)對(duì)電路的老化效應(yīng)產(chǎn)生直接影響，因而集成電路待機(jī)模式下的輸入矢量也會(huì)對(duì)電路的老化狀態(tài)有很大影響，本文由此提出一種基于門(mén)故障插入的輸入矢量控制方法。首先，根據(jù)邏輯門(mén)所經(jīng)過(guò)的關(guān)鍵路徑數(shù)量的不同，在整個(gè)電路中先提取出對(duì)老化效應(yīng)影響較大的關(guān)鍵邏輯門(mén)，避免了對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行抗老化防護(hù)帶來(lái)的過(guò)大的額外面積和功耗開(kāi)銷。在提取的關(guān)鍵門(mén)集合中，插入根據(jù)一定規(guī)則放置的固定故障，最終由這些固定故障生成的輸入矢量可以使

3、得相應(yīng)邏輯門(mén)電路處于老化恢復(fù)狀態(tài)。同時(shí)在插入固定故障時(shí)考慮了晶體管的堆疊效應(yīng)，大大減少了實(shí)際需要插入的故障數(shù)量，仿真數(shù)據(jù)顯示在不同測(cè)試電路中的插入故障數(shù)均減少到之前的50％以上。得到完整的插入故障列表后，通過(guò)自動(dòng)向量生成工具(Automatic Test Pattern Generation，ATPG)生成的初步的抗老化輸入矢量集合。對(duì)這些輸入矢量集合進(jìn)行進(jìn)一步的篩選以得到最優(yōu)輸入矢量。
　　基于門(mén)故障的抗老化輸入矢量控制方法對(duì)于

4、不同的電路需要進(jìn)行各自相應(yīng)的計(jì)算，得到不同的輸入矢量，因此需要加入專門(mén)輸入控制電路以實(shí)現(xiàn)該抗老化方法，本文在板級(jí)和芯片級(jí)分別設(shè)計(jì)了硬件實(shí)現(xiàn)電路，可以在電路的待機(jī)模式下自動(dòng)加載相應(yīng)的抗老化輸入矢量，同時(shí)在活動(dòng)模式下不對(duì)輸入端口的正常活動(dòng)造成干擾。為測(cè)試產(chǎn)生的抗老化輸入矢量對(duì)電路的防護(hù)效果，本文提出了一種基于C++程序的測(cè)試電路建模和靜態(tài)時(shí)序分析方法。通過(guò)讀取測(cè)試電路的網(wǎng)表文件，建立電路的邏輯門(mén)級(jí)的時(shí)延模型，并通過(guò)深度優(yōu)先遍歷和路徑拓?fù)渑判?/p>