65nm工艺下一种新型MBU加固SRAM的设计与实现

发布时间：2017-06-13 07:02

  本文关键词：65nm工艺下一种新型MBU加固SRAM的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：静态随机存储器(SRAM)作为微处理器和SoC芯片中的重要组成部件,被广泛应用于航天电子系统中。特殊的空间环境,给航天电子系统带来了各种辐射效应,这些辐射效应是导致航天电子系统失效的主要原因。SRAM由于较小的临界电荷,使其很容易受到辐射效应影响,亟需抗辐射加固设计。随着我国航天事业的进一步发展,对抗辐射集成电路的性能以及可靠性等指标提出了新的要求,使用更小的工艺尺寸来提高性能是必然的发展趋势。随着工艺尺寸的缩减,时钟频率增加,电源电压降低,给SRAM的抗辐射加固带来了新的挑战。首先,随着电源电压降低,电路的临界电荷值下降,SRAM存储单元更容易翻转。其次,随着电路的集成度增加,辐射引发SRAM多位翻转(MBU)的概率增加,使得传统加固存储单元面临失效。另外,随着时钟频率增加,组合逻辑的单粒子瞬态(SET)导致的软错误越来越严重,SRAM存储单元的外围组合逻辑模块必须进行相应的加固设计。针对上述问题,本文对SRAM的存储单元和外围模块提出了相应的加固方法。主要的研究工作如下:(1)本文就传统加固存储单元对MBU敏感的问题进行分析,提出一种新型抗MBU的存储单元结构。该结构通过加入隔离管增加敏感节点的抗翻转的能力,并通过精心的版图布局隔离了敏感节点对。模拟结果表明该结构有较好的抗MBU性能。并从静态噪声容限、抗辐射性能以及读写速度三个方面进行考虑,基于理论分析与实验模拟,研究隔离管的尺寸对这些性能的影响以及如何选择一个合理的尺寸。(2)本文对存储单元中的外围电路提出了相应的加固设计方法。本文采用源级隔离的加固方法设计了一种抗辐射灵敏放大器。TCAD模拟结果表明,该加固方法不仅能够有效减小粒子轰击灵敏放大器时产生的脉冲宽度与强度,而且对其它性能的损失较小。对于其它的外围组合逻辑电路,本文采用Muller C结构进行加固设计,模拟结果表明该结构能够有效滤除一定的脉冲宽度。(3)本文基于65nm CMOS工艺,采用全定制的设计方法,设计了一款单端口结构、容量为512x36的抗辐射SRAM。完成了电路设计与版图设计,并对设计进行了充分的验证。
【关键词】：SRAM 抗辐射加固 抗MBU的存储单元 Muller C 抗辐射灵敏放大器
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V443;TP333
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景11-14
• 1.1.1 SRAM抗辐射加固的迫切需求11-12
• 1.1.2 工艺尺寸缩减带来的挑战12-14
• 1.2 相关研究现状14-16
• 1.3 课题研究内容与结构16-19
• 1.3.1 本文的主要研究内容16-17
• 1.3.2 本文的组织结构17-19
• 第二章 新型抗MBU加固存储单元设计19-36
• 2.1 传统加固存储单元中的MBU问题19-21
• 2.2 基于隔离管的抗MBU加固存储单元设计21-26
• 2.2.1 电路结构21-23
• 2.2.2 版图结构23-26
• 2.3 隔离管尺寸的折中设计26-34
• 2.3.1 静态噪声容限26-30
• 2.3.2 抗辐射性能30-32
• 2.3.3 读写性能32-34
• 2.4 性能对比34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 外围模块的SET加固设计36-48
• 3.1 灵敏放大器的加固设计36-44
• 3.1.1 常用的灵敏放大器设计36-39
• 3.1.2 抗辐射灵敏放大器的加固设计39-43
• 3.1.3 模拟比较43-44
• 3.2 组合逻辑电路的加固设计44-47
• 3.3 本章小结47-48
• 第四章 抗辐射SRAM的设计与实现48-64
• 4.1 SRAM整体结构48-50
• 4.2 电路设计50-60
• 4.2.1 译码电路50-53
• 4.2.2 读写使能电路53-55
• 4.2.3 虚拟存储电路55-56
• 4.2.4 时钟控制电路56-59
• 4.2.5 电路的功能验证59-60
• 4.3 版图设计60-63
• 4.3.1 布局规划60-61
• 4.3.2 抗辐射加固61-62
• 4.3.3 实现结果62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 抗辐射SRAM的验证与性能分析64-71
• 5.1 物理验证64-65
• 5.2 功能验证65-66
• 5.3 抗辐射性能模拟66-68
• 5.4 常规性能分析68-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第六章 结束语71-73
• 6.1 论文的工作总结71
• 6.2 未来的工作展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-79
• 作者在学期间取得的学术成果79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王长河;单粒子效应对卫星空间运行可靠性影响[J];半导体情报;1998年01期

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本文编号：445922