數(shù)字集成電路的可靠性設計.pdf

1、在現(xiàn)代科技日新月異的今天，半導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)的軟錯誤嚴重影響著集成電路生命周期。負溫度偏置不穩(wěn)定性(NBTI)會影響電路的最大工作頻率并最終導致電路出現(xiàn)時序違規(guī)問題，導致電路失效；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行了深入的探索，主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新如下：
　　第一，實現(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，表決器進行“三中取二”的邏輯運算，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，完成了版圖設計，并且進行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)的防護效果，使得軟錯誤率下降達到接近100％。
　　第二，本文針對NBTI誘發(fā)的老化進行了研究，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，