缓解集成电路NBTI老化的优化门替换技术研究

发布时间：2020-06-26 02:38

【摘要】：随着集成电路制造工艺进入纳米层级,负偏置温度不稳定性(Negative Bias Temperature Instability,NBTI)引起的电路老化问题严重影响了集成电路的可靠性和稳定性。NBTI效应主要作用于逻辑门中的PMOS晶体管,表现为阈值电压的漂移,从而造成电路时延增加、性能下降,严重的将导致电路功能失效。研究和缓解NBTI效应对电路的影响,已经成为集成电路可靠性设计的重要内容之一。应用门替换(GR)技术缓解电路NBTI老化需要在设计阶段定位出目标关键门,然而现有的相关研究在选取关键门时,没有考虑门替换技术应用后可能导致关键门输出变化对电路产生的负面影响,使得电路的老化防护低于预期效果。本论文提出一种有效的度量方法以表征门电路的NBTI老化程度,并作为电路老化关键门的识别依据,用于优化门替换技术。实验结果表明,应用优化门替换技术得到的电路时延退化改善率平均达到25.11%,而反映硬件开销的平均门替换率只有5.82%,所提方案以较低的硬件开销提高了门替换技术缓解电路老化的能力。输入向量控制(IVC)和门替换技术结合缓解电路老化过程中,门替换技术的应用可能会破坏IVC方案对电路原有的优化效果。为提高方案的兼容性,优化门替换技术的应用,本论文根据各方案的抗老化原理,提出一种基于门替换技术约束的最优输入向量选取策略,以减小方案结合过程中的负面影响,进一步提高方案的抗NBTI老化能力。实验结果表明,本论文方案有效地发挥了输入向量控制与门替换技术的优势,电路时延退化改善率平均达到33.06%,比传统方案相对提高16.53%,验证了本论文方案具有较好的抗NBTI老化效果。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN402

【参考文献】