一種新型抗輻照SRAM的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證.pdf

1、在關(guān)鍵電子元器件國(guó)產(chǎn)化，以及近些年來(lái)我國(guó)空間探索的日益增多，尤其對(duì)能夠抗輻照的集成電路的需求越來(lái)越多的大背景下，我國(guó)宇航用數(shù)字邏輯器件的自主設(shè)計(jì)在如火如荼的進(jìn)行中。由于在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，復(fù)雜的太空輻射環(huán)境非常容易使作為集成電路中重要組成部分的存儲(chǔ)器電路發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)。本論文的選題來(lái)源就是為了解決實(shí)際中一款宇航用國(guó)產(chǎn)SRAM功能出現(xiàn)故障的問(wèn)題。
　　本文主要自主設(shè)計(jì)了一種全新的抗輻照靜態(tài)存儲(chǔ)單元，該結(jié)構(gòu)由12支晶體管組成。基于普通6

2、管存儲(chǔ)單元的基礎(chǔ)，利用兩只常導(dǎo)通的NMOS管和兩只常導(dǎo)通的PMOS管和分別連接到最下方的NMOS管和最上方PMOS晶體管之間作為電阻來(lái)增大反饋時(shí)間，然后分別對(duì)稱的接入兩個(gè)源和漏分別連接到最下方的NMOS管和最上方的PMOS管柵極，柵極分別連至存儲(chǔ)體互補(bǔ)輸出的NMOS管，以起到分壓作用，進(jìn)一步增大使器件存儲(chǔ)狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)所需的反饋時(shí)間。這樣雙重保護(hù)的新型抗輻照存儲(chǔ)體使用Sentaurus仿真軟件通過(guò)器件/電路混合仿真的方式進(jìn)行抗輻照水平的仿

3、真，仿真結(jié)果顯示該結(jié)構(gòu)在普通6管基礎(chǔ)上抗輻照能力提高了12.31倍，線性能量傳輸值閾值LETth達(dá)到了52.95MeV·cm2/mg。并且仿真了該單元的讀寫時(shí)間以及讀寫功耗，作為對(duì)比，還分別仿真了其他三種存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的性能，結(jié)果顯示該新型存儲(chǔ)單元在讀寫時(shí)間上需要進(jìn)一步的改進(jìn)，以便更好的應(yīng)用到實(shí)際的靜態(tài)存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)之中。
　　然后在這種新型存儲(chǔ)單元的基礎(chǔ)之上，使用SMIC130nm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝庫(kù)構(gòu)建了一個(gè)512×8bit的異步工

4、作方式的靜態(tài)存儲(chǔ)器。針對(duì)512×8bit大小的存儲(chǔ)陣列，搭建了其外圍電路。外圍電路包括了行譯碼器、列譯碼器、行譯碼驅(qū)動(dòng)器、數(shù)據(jù)分配器、ATD電路、預(yù)充電路、放大電路、單端轉(zhuǎn)雙端模塊、讀寫控制信號(hào)生成模塊、EDAC模塊。EDAC模塊實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)并糾正一位存儲(chǔ)數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)的功能，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了本文SRAM芯片的抗輻照水平。作為本文SRAM控制信號(hào)生成模塊的ATD電路通過(guò)檢測(cè)地址信號(hào)的變化，自動(dòng)生成了預(yù)充信號(hào)與放大使能信號(hào)，通過(guò)自動(dòng)開(kāi)啟和中斷預(yù)充

5、電路和放大電路，極大降低了SRAM的功耗，并且簡(jiǎn)化了SRAM讀寫操作的時(shí)序控制。在各個(gè)外圍電路的設(shè)計(jì)部分中，分別給出了一些關(guān)鍵模塊的仿真結(jié)果。最后使用SpectreVerilog數(shù)?；旌戏抡娴姆绞綄?duì)SRAM整體電路進(jìn)行了功能仿真，隨機(jī)寫入八個(gè)點(diǎn)，接著讀出這八個(gè)點(diǎn)，結(jié)果顯示該存儲(chǔ)器在寫入時(shí)間為13ns，讀出時(shí)間為16ns的情況下可以很好地工作，這時(shí)可認(rèn)為等效的工作頻率為62.5Mhz。加入EDAC模塊之后對(duì)數(shù)據(jù)的寫入時(shí)間和讀出時(shí)間有一定的