基于CMOS工艺的差分放大器单粒子瞬态效应研究

基于0.35μm CMOS工艺,研究了辐射条件下,单粒子瞬态效应对差分放大器的影响。经过仿真分析发现:差分放大器中偏置电路输出节点对单粒子瞬态效应敏感,偏置电路输出电流大小决定了放大器输出信号抗单粒子瞬态效应的能力。为提高差分放大器的抗单粒子瞬态效应的能力,采取增加偏置电路输出驱动能力以及引入电阻/电容等加固设计技术。经过Hspice仿真及单粒子辐照实验证明,辐射加固后的放大器抗单粒子瞬态扰动能力从未加固的18 MeV·cm2/mg增加到37 MeV·cm2/mg,抗单粒子辐射性能提高了一倍以上。加固后的放大器能够满足航天应用的需求。     

改进型抗单粒子效应D触发器

在对抗单粒子效应技术研究的基础上,构造了一种改进型的抗单粒子翻转和单粒子瞬变的主从型边沿D触发器.该D触发器在不影响设计流程的情况下能使得整个芯片都具有抗单粒子效应,并有效改善了以往由于引入抗辐射设计而导致芯片面积大幅度提高的问题.     

抗单粒子辐射LVDS驱动器设计

为了减小单粒子效应对低电压差分信号(Low Voltage Differential Signal, LVDS)驱动器电路的影响,对LVDS内部模块电路进行单粒子脉冲仿真,找出电路中单粒子敏感节点,并进行单粒子加固设计。该电路基于0.18μm 1P5M CMOS工艺实现,传输速率为200Mbps,版图面积为464×351μm²,在3.3V电源电压下功耗为11.5mW。辐射试验采用Ge粒子试验,在入射能量为210MeV,线性能量转移LET为37.3MeV·cm²/mg辐射情况下,该LVDS驱动器电路传输数据未发生错误。     

集成电路单粒子瞬态效应与测试方法

随着器件尺寸的等比例缩小,单粒子瞬态效应对集成电路的影响愈发明显,其产生机理及作用更加复杂。从集成电路单粒子瞬态脉冲的产生机理及模型出发,讨论分析了模拟和数字集成电路的单粒子瞬态效应,介绍了单粒子瞬态脉冲宽度的测试方法与测试结构。     

集成电路单粒子瞬态效应与测试方法

随着器件尺寸的等比例缩小,单粒子瞬态效应对集成电路的影响愈发明显,其产生机理及作用更加复杂。从集成电路单粒子瞬态脉冲的产生机理及模型出发,讨论分析了模拟和数字集成电路的单粒子瞬态效应,介绍了单粒子瞬态脉冲宽度的测试方法与测试结构。     

65 nm体硅工艺NMOS中单粒子多瞬态效应的研究

针对NMOS场效应晶体管由重离子辐射诱导发生的单粒子多瞬态现象,参考65 nm体硅CMOS的单粒子瞬态效应的试验数据,采用TCAD仿真手段,搭建了65 nm体硅NMOS晶体管的TCAD模型,并进一步对无加固结构、保护环结构、保护漏结构以及保护环加保护漏结构的抗单粒子瞬态效应的机理和能力进行仿真分析。结果表明,NMOS器件的源结和保护环结构的抗单粒子多瞬态效应的效果更加明显。     

复杂数字电路中的单粒子效应建模综述

单粒子效应产生的软错误是影响航天电子系统可靠性的主要因素之一。对其进行建模是研究单粒子效应机理和电路加固技术的有效方法。介绍了深亚微米及以下工艺中影响模型准确性的几种效应机制,包括脉冲展宽机制、电荷共享机制和重汇聚机制等。重点分析了单粒子瞬态、单粒子翻转的产生模型和单粒子瞬态的传播模型。阐述了基于重离子和脉冲激光的模型验证方法。最后,分析了单粒子效应随特征尺寸的变化趋势,并提出了未来单粒子效应建模技术的发展方向。     

一种抗单粒子瞬态扰动触发器加固结构

提出了一种新型的电阻-电容抗辐射触发器加固结构(RC-DICE),并与DICE结构加固触发器、RDFDICE结构加固触发器进行了比较。测试电路利用0.18μm体硅CMOS工艺进行流片,单粒子验证试验在中国原子能科学研究院抗辐射应用技术创新中心进行。结果证明:新型抗辐射加固触发器在50 MHz工作频率下,单粒子翻转线性能量转移阈值≥37 MeV·cm~2/mg,能够满足航天应用的需求。     

纳米器件单粒子瞬态仿真研究

利用计算机辅助设计软件,研究了不同条件下28 nm体硅器件的单粒子瞬态（SET）效应,分析了不同器件间距、线性能量转移值和粒子入射角度对器件SET效应的影响。随着器件漏极间距的减小,SET脉冲幅度和脉冲宽度随之减小。与垂直入射的情况相比,倾角入射下SET脉冲幅度和宽度的减小程度更加明显,电荷共享效应更加显著。仿真结果表明,合理调节反相器相异节点的器件间距,利用器件间的电荷共享可以有效减弱重离子产生的SET脉冲,减少单粒子效应的反应截面。     

单粒子瞬态脉冲的片上测量

提出了一套适用于组合逻辑电路的单粒子瞬态(Single-Event Transient,SET)特性的片上测量方案。基于中国科学院微电子研究所350 nm SOI工艺,设计了一款集脉冲收集、测量、自测试于一体的SET辐射测试芯片。通过激光脉冲实验,验证了该方案的有效性,为在此工艺上开展加固研究奠定基础。分析了影响片上测量精度的多种因素,提出了用于修正测试结果、提高精度的校正方法。     

Assessing the Soft Error Rate of Digital Architectures Devoted to Operate in Radiation Environment: A Case Studied

The effects of transient bit flips on the operation of processor based architectures is investigated through fault injection experiments performed in the hardware itself by means of the interruption mechanism. Such an approach is based on the execution, as the consequence of an interruption signal assertion, of pieces of code called CEU (Code Emulating Upsets), asynchronously downloaded in a suitable memory area. This paper focuses in the methodology followed to set-up CEU injection experiments on a digital architecture, illustrating it main steps by means of a studied case: the 80C51 microcontroller. Results obtained from automated fault injection sessions performed using the capabilities of a devoted test system, will point out the capabilities and limitations of the studied approach.     

基于保护门的纳米CMOS电路抗单粒子瞬态加固技术研究

随着器件特征尺寸的缩减,单粒子瞬态效应(SET)成为空间辐射环境中先进集成电路可靠性的主要威胁之一。基于保护门,提出了一种抗SET的加固单元。该加固单元不仅可以过滤组合逻辑电路传播的SET脉冲,而且因逻辑门的电气遮掩效应和电气隔离,可对SET脉冲产生衰减作用,进而减弱到达时序电路的SET脉冲。在45 nm工艺节点下,开展了电路的随机SET故障注入仿真分析。结果表明,与其他加固单元相比,所提出的加固单元的功耗时延积(PDP)尽管平均增加了17.42%,但容忍SET的最大脉冲宽度平均提高了113.65%,且时延平均降低了38.24%。     

一种基于CMOS工艺的抗辐照A/D转换器

空间辐射对电子系统的损伤是航天设备发生故障的重要因素。A/D转换器是航天电子系统的关键器件之一,其抗辐射性能将直接影响航天设备的整体性能。基于标准0.35 μm CMOS工艺,设计了一种流水线型14位A/D转换器,从总体架构、关键核心单元、版图等方面进行抗辐照设计。辐照测试结果表明,该A/D转换器的抗总剂量能力达到1.0 kGy(Si),抗单粒子闭锁阈值达到37 MeV·cm²/mg,满足宇航电子系统的应用要求。     

Simulating Single Event Transients in VDSM ICs for Ground Level Radiation

This work considers a SET (single event transient) fault simulation technique to evaluate the probability that a transient pulse, born in the combinational logic, may be latched in a storage cell. Fault injection procedures and a fast fault simulation algorithm for transient faults were implemented around an event driven simulator. A statistical analysis was implemented to organize data sampled from simulations. The benchmarks show that the proposed algorithm is capable of injecting and simulating a large number of transient faults in complex designs. Also specific optimizations have been carried out, thus greatly reducing the simulation time compared to a sequential fault simulation approach.     

A New Approach to the Analysis of Single Event Transients in VLSI Circuits

Single event transients (SETs) on combinational gates are becoming an issue in deep sub-micron technologies, thus efficient and accurate techniques for assessing their impact are strongly required. This paper presents a new technique that embeds time-related information in the topology of the analyzed circuit, allowing evaluating the effects of SETs via zero-delay simulation instead of timed simulation. The analysis of complex designs becomes thus possible at a very limited cost in terms of CPU time. Moreover, circuits enriched with time-related information are suitable for hardware emulation thus allowing further reducing the time for SET-effect analysis, while providing the same accuracy of state-of-the-art approaches based on timed simulations. The paper reports results showing how the proposed method can be effectively used to analyze complex designs.     

一种65 nm CMOS低功耗加固SRAM单元

提出了12管低功耗SRAM加固单元。基于堆叠结构,大幅度降低电路的泄漏电流,有效降低了电路功耗。基于两个稳定结构,可以有效容忍单粒子翻转引起的软错误。Hspice仿真结果表明,与相关加固结构相比,该结构的功耗平均下降31.09%,HSNM平均上升19.91%,RSNM平均上升97.34%,WSNM平均上升15.37%,全工作状态下均具有较高的静态噪声容限,表现出优秀的稳定性能。虽然面积开销平均增加了9.56%,但是,读时间平均下降14.27%,写时间平均下降18.40%,能够满足高速电子设备的需求。     

面向PDP显示的数字逻辑电路及其设计

等离子体显示板(PDP)技术是一种极具前景的主动发光式平板显示技术,其驱动技术一直是研究热点之一.文中在介绍PDP驱动系统框架和PDP显示驱动系统中的数字逻辑功能的基础上,针对交流(AC)型PDP在ADS驱动方式下对图像数据的处理和对驱动状态的控制,提出一种面向PDP显示驱动的数字逻辑系统设计方案,并对方案中主要模块的功能、设计思路及存在的挑战进行了说明.最后,结合实验屏的驱动电路进行了逻辑设计仿真和系统验证.文中提出的数字逻辑设计方案对进行PDP显示驱动控制系统设计和相关专用集成电路设计具有重要的借鉴意义.     

基于RHBD技术的深亚微米抗辐射SRAM电路的研究

研究了目前业内基于抗辐射加固设计(RHBD)技术的静态随机存储器(SRAM)抗辐射加固设计技术,着重探讨了电路级和系统级两种抗辐射加固方式。电路级抗辐射加固方式主要有在存储节点加电容电阻、引入耦合电容、多管存储单元三种抗辐射加固技术;系统级抗辐射加固方式分别是三态冗余(TMR)、一位纠错二位检错(SEC-DED)和二位纠错(DEC)三种纠错方式,并针对各自的优缺点进行分析。通过对相关产品参数的比较,得到采用这些抗辐射加固设计可以使静态随机存储器的软错误率达到1×10-12翻转数/位.天以上,且采用纠检错(EDAC)技术相比其他技术能更有效提高静态随机存储器的抗单粒子辐照性能。     

EWB在《数字电路》教学中的应用

在数字电路教学中，运用EWB仿真软件，进行理论与仿真验证相结合的教学改革，快速地将理论变抽象为感性，克服了传统理论教学中的不足。     

纳米CMOS电路的单粒子瞬态影响因素研究

进入纳米尺度后,单粒子瞬态(SET)成为高能粒子入射VLSI产生的重要效应,准确、可靠的SET模拟对评估VLSI的可靠性有着重要的影响。以反相器为例,针对脉冲峰值和半高全宽两个指标,研究了电路模拟中影响SET的因素,主要有电流脉冲幅值、脉冲宽度、负载电容、环境温度及器件尺寸。通过对45和65 nm两种技术节点下的电路的仿真,研究了这些因素对SET的影响,并探讨了可能的原因。结果显示,这些因素对SET的影响趋势和程度有很大的差异,且器件尺寸越小,这些因素对SET的影响越显著。通过设置合适的参数,可以实现电路的抗辐射加固。