抗輻射加固數(shù)字集成電路IO庫(kù)設(shè)計(jì).pdf

1、航天系統(tǒng)中的集成電路，在空間輻射環(huán)境下將受到各種輻射效應(yīng)的影響。因此，在設(shè)計(jì)抗輻射集成電路時(shí)，必須在保證功能、性能和集成度等方面的同時(shí)，特別注意抗輻射性能的要求。采用半定制設(shè)計(jì)的方法，基于經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的單元庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，縮短設(shè)計(jì)周期，并可以最大程度的保證抗輻射集成電路對(duì)可靠性的要求。作為集成電路的重要組成部分的輸入輸出單元電路，不僅能為集成電路提供對(duì)外輸出驅(qū)動(dòng)和接收外部輸入信號(hào)，還可以對(duì)內(nèi)部的集成電路以及I/O電路本身進(jìn)行靜

2、電防護(hù)，但也因?yàn)楦唠妷汉痛蟪叽绯蔀閷?duì)輻射敏感的部分。
　　本論文采用中芯國(guó)際0.13um工藝，設(shè)計(jì)了一套抗輻射加固的輸入輸出單元庫(kù)。此單元庫(kù)包括輸入單元、輸出單元、電源單元、地單元和填充單元等。
　　輸入單元使用四級(jí)反相器構(gòu)成的反相器鏈，將外界信號(hào)傳輸?shù)絻?nèi)部，其中外圍電壓（3.3V）與核心電壓（1.2V）的電平轉(zhuǎn)換是通過(guò)低電源電壓的鉗制作用將高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成低電壓信號(hào)的。為了避免給電路中引入不定態(tài)，需要帶弱上拉作用的輸入單元

3、和帶弱下拉作用的輸入單元，它們與基本的輸入單元類似，但有一個(gè)不同的是，它們的上拉作用和下拉作用是通過(guò)在對(duì)應(yīng)的反相器的輸入端增加了一個(gè)MOS（Metal Oxide Semiconductor）管。為了使傳輸?shù)诫娐穬?nèi)部的信號(hào)是一個(gè)“干凈”的信號(hào)，可以在反相器鏈中增加一個(gè)施密特觸發(fā)器，通過(guò)器件轉(zhuǎn)換的門(mén)限電壓的區(qū)別濾除掉輸入信號(hào)上的噪聲。所有輸入單元的靜電防護(hù)電路都是采用的柵耦合MOS管和柵接地MOS管構(gòu)成的主次防護(hù)電路。
　　輸出單元

4、利用與非門(mén)和或非門(mén)延時(shí)不同的原理，分別驅(qū)動(dòng)反相器的上拉器件和下拉器件，這樣可以比用反相器鏈直接驅(qū)動(dòng)使功耗減小很多。在輸出單元中采用了由六管構(gòu)成的電平轉(zhuǎn)換電路。采用了柵接地MOS結(jié)構(gòu)構(gòu)成防護(hù)電路。
　　電源和地單元分為三個(gè)，一個(gè)單元為I/O器件提供1.2V的電源電壓，一個(gè)單元為 I/O器件單元提供3.3V的電源電壓，一個(gè)單元為I/O器件提供0V的電壓，即地電壓。在3.3V的單元中，加入了一個(gè)信號(hào)，這樣可以在用它來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的3.3V電

5、源信號(hào)。填充單元是使得外圍I/O單元拼接成標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)形并為外圍I/O單元供電的輔助單元。
　　I/O的抗輻射設(shè)計(jì)主要是從版圖的角度進(jìn)行加固。對(duì)I/O影響最大的輻射效應(yīng)主要為總劑量輻射效應(yīng)和單粒子效應(yīng)?？倓┝枯椛湫?yīng)會(huì)造成閾值電壓的漂移和漏電流的產(chǎn)生，但隨著集成電路工藝按比例縮小，柵氧厚度越來(lái)越薄，閾值電壓漂移在0.13um工藝下的影響已經(jīng)可以忽略；產(chǎn)生的漏電流主要通過(guò)環(huán)柵晶體管的設(shè)計(jì)進(jìn)行防護(hù)。單粒子效應(yīng)對(duì)I/O單元的影響主要體現(xiàn)在單