基于库单元的SET硬件模拟技术研究

发布时间：2017-08-31 16:26

  本文关键词：基于库单元的SET硬件模拟技术研究

  更多相关文章： 单粒子瞬态效应 瞬态脉冲电流 SET脉宽 硬件模拟

【摘要】：随着人类对空间探索的不断深入,空间电子设备对核心部件运算和处理能力要求越来越高,高密度的数字集成电路广泛应用于空间电子设备并成为电子器件的核心。然而,由于空间高能粒子的辐射作用,集成电路容易受到损伤,尤其对于进入深亚微米尺寸的组合逻辑电路,粒子入射诱发的单粒子瞬态(Single Event Transient,SET)日益突出。目前主要在电路设计不同层次展开SET对电路影响的预测性研究。器件和晶体管级SET模拟具有较高精度,但受限于模拟的电路规模。电路门级则牺牲一定精度来提高模拟的电路规模,适用于现代大规模集成电路。本文在总结SET产生机理和传播特性的基础上,展开了基于库单元的SET硬件模拟研究。本文主要内容为:1.本文对单粒子瞬态效应的产生机理和传播特性做了深入分析,总结了目前常用的SET模拟方法。从半导体器件角度推导了单粒子入射造成的瞬态脉冲电流,为瞬态电流模型的改进奠定了理论基础。2.为了准确分析单粒子轰击半导体器件产生的瞬态电流,本文以SMIC提供的90nm CMOS工艺HSPICE模型为校准目标,建立了晶体管三维器件模型。并完成重离子入射器件模拟,研究了不同线性能量传输(LET)值和不同节点偏压对瞬态电流的影响。3.在器件模拟基础上,本文提出了一种考虑节点偏压的瞬态电流改进模型。由于库单元产生的SET脉宽与LET值和电路结构(负载)相关,为了在硬件模拟中对单元注入准确的SET脉宽,本文将瞬态电流模型引入电路模拟,完成了基本门单元SET脉宽预测,并给出了基本门单元SET脉宽关于LET值和负载电容的二维查找表。4.完成电路的脉冲注入和单元传输延时的量化及硬件表征。考虑到每个单元产生SET脉宽的不同,本文在FPGA模拟前完成注入单元SET脉宽的计算并进行量化,并在模拟过程中实现对注入单元脉宽配置。最后搭建FPGA硬件模拟系统,随机生成测试向量并完成基准电路的单粒子瞬态FPGA模拟,最终在硬件模拟基础上计算软错误率。模拟结果表明,本文软错误率预测结果同其他算法的预测结果保持在同一个数量级。此外,与基于仿真的SET模拟相比,本文硬件模拟速度提高了一个数量级。
【关键词】：单粒子瞬态效应 瞬态脉冲电流 SET脉宽 硬件模拟
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V443
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景与意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-17
• 1.3 研究内容17-18
• 1.4 论文结构18-20
• 第二章 单粒子瞬态理论基础20-35
• 2.1 辐射粒子来源20-21
• 2.2 单粒子瞬态效应产生机理21-24
• 2.2.1 电荷的沉积与收集21-23
• 2.2.2 单粒子瞬态效应23-24
• 2.3 单粒子瞬态脉冲传播特性分析24-27
• 2.3.1 掩蔽效应24-26
• 2.3.2 展宽效应26-27
• 2.4 瞬态电流分析27-30
• 2.5 单粒子瞬态效应的模拟评估方法30-34
• 2.5.1 基于模型分析的软错误率算法31
• 2.5.2 基于仿真软件的模拟31-34
• 2.5.3 硬件模拟34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 单粒子瞬态物理建模35-49
• 3.1 Sentaurus TCAD工具简介35-36
• 3.2 三维器件建模及工艺校准36-40
• 3.3 粒子入射模拟40-48
• 3.3.1 模拟原理40-44
• 3.3.2 模拟配置44-45
• 3.3.3 模拟结果分析45-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 瞬态电流模型的改进及SET脉宽预测49-69
• 4.1 瞬态电流模型分析及改进49-55
• 4.1.1 瞬态电流模型分析49-50
• 4.1.2 瞬态电流改进模型50-53
• 4.1.3 模型验证53-55
• 4.2 瞬态脉宽预测55-68
• 4.2.1 脉宽预测原理56-61
• 4.2.2 基本门单元SET脉宽预测61-68
• 4.3 本章小结68-69
• 第五章 单粒子瞬态FPGA硬件模拟与SER计算69-89
• 5.1 模拟基础69-72
• 5.1.1 瞬态脉冲注入70-71
• 5.1.2 传输延时量化71-72
• 5.1.3 SET脉宽量化72
• 5.2 模拟系统72-76
• 5.2.1 系统emulation部分73-74
• 5.2.2 系统网口部分74-76
• 5.3 模拟流程76-84
• 5.3.1 目标电路综合76-77
• 5.3.2 SET注入模型实现77-78
• 5.3.3 延时与脉宽量化78-81
• 5.3.4 测试向量生成与FPGA模拟81-84
• 5.4 模拟结果与SER计算84-87
• 5.4.1 模拟结果分析84-86
• 5.4.2 SER计算86-87
• 5.5 本章小结87-89
• 第六章 总结与展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-96
• 攻硕期间取得的研究成果96-97

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本文编号：766655