基于EDAC算法的抗辐射SRAM存储器实现
发布时间：2020-12-03 00:48
静态随机存储器(SRAM)凭借其高集成度,低功耗及快存取速度等优点广泛应用于电子信息设备中。近年来随着航天事业的发展也被广泛用于航天设备,太空中急剧变化的辐射环境使SRAM发生单粒子效应、总剂量效应和位移毁坏效应等,对存储器产生不同程度的影响,严重影响SRAM的性能和寿命。航空环境中使用的SRAM存储器在保持优异的工作性能的同时还应具备更好的抗辐射性能。具有良好抗辐射性能的存储器应该具备:1)受到环境中带电粒子的冲击时,能够保持器件的稳定,数据在传输过程中不发生翻转;2)数据在传输过程中发生翻转,但是在输出前经过特定的纠错检错电路,可以将数据纠正。本次设计的目标是设计出一款存储容量为128*8bit具有抗辐射性能的SRAM存储器。本文首先介绍太空存在的辐射效应以及常用的加固措施;存储单元采用的是经典的六管结构,结合存储单元的基本工作原理对存储单元的噪声容限进行分析推导,选出合适的晶体管尺寸;之后以SRAM存储单元为核心,理论推导出最优的SRAM存储阵列宽长比,设计存储阵列;接着复杂外围电路的设计进一步优化SRAM的速度和信号完整性;然后基于EDAC算法的抗辐射设计使得SRAM具备了抗辐...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１存储器在ＳｏＣ中占的比例［３］??
电离总剂量??效应之后，会严重影响半导体器件的工作性能，比如出现阈值电压的漂移、场氧边??缘漏电流增加、増益逐渐降低等现象直至器件彻底损坏。??１．２．２单粒子效应??单粒子效应是指单个高能粒子穿过微电子器件的灵敏区时造成器件状态非正??常改变的一种辐射效应［２１］，通常包括以下三种情况：??（１）单粒子翻转效应和单粒子瞬变效应??单粒子翻转效应（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｕｐｓｅｔ）主要发生在空间中的高能粒子轰击半导??体器件的敏感区域时，这种情况下会造成电子空穴对发生分离。如图１－２，以接??低电平的反相器为例，当高能粒子入射到ＮＭＯＳ晶体管的衬底时，由于电场力的??存在电子向ＮＭＯＳ的漏端漂移，空穴向ＮＭＯＳ的源端漂移［２２］。当积累的剂量达到??一定阈值的时候，ＮＭＯＳ的漏极电平会被从高拉到低，造成输出电平的翻转。但??是当粒子辐射取消后，输出又会恢复到高电平，所以单粒子翻转效应不会造成器件??永久的损伤，是为软错误。??Ｖｉｎ?Ｖｏｕｔ??＼??Ｖｄｄ??Ｉ?，?．?Ｉ?．?．「．．??ｒ?—?ｊ??Ｖ?／??＾?＾?＾?ｖ?－／??＋＋＋Ｎｒ?ｎ－ｗｅｌｌ??ｖ?１?／??Ｐ－ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??图１－２单粒子翻转效应示意图??单粒子瞬变效应（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｅｆｆｅｃｔ）也是由高能粒子轰击造成电路信号发生瞬??间的变化，主要发生在组合逻辑电路中，异常情况显示为输出信号上产生毛刺信号，??导致整个电路输出出现紊乱，器件不能正常工作。??六管ＳＲＡＭ存储器基于双稳态结构来存储数据，这样的结构极易发生单粒子??翻转效应，易发生翻转效应的敏感节点如图１－３。
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【参考文献】：
期刊论文
[1]体硅集成电路版图抗辐射加固设计技术研究[J]. 田海燕,胡永强. 电子与封装. 2013(09)
[2]汉明(Hamming)码及其编译码算法的研究与实现[J]. 章学静,薛琳,李金平,王淑英. 北京联合大学学报(自然科学版). 2008(01)
[3]抗辐射128kb PDSOI静态随机存储器[J]. 赵凯,刘忠立,于芳,高见头,肖志强,洪根深. 半导体学报. 2007(07)
[4]ePro系统的逻辑综合流程[J]. 薛华明,聂建昆,高风. 北京电子科技学院学报. 2005(02)
硕士论文
[1]EDAC算法实现方法及片上存储加固模板设计[D]. 左喆.西安电子科技大学 2018
[2]抗辐射SRAM单元及存储器设计[D]. 郭瑞.哈尔滨工业大学 2017
[3]SRAM存储单元抗单粒子翻转研究[D]. 丁朋辉.安徽大学 2017
[4]抗辐射加固SRAM设计[D]. 王博.西安电子科技大学 2015
[5]抗辐照SRAM的研究与设计[D]. 李顺闯.西安电子科技大学 2014
[6]65nm工艺DICE存储单元的SEU机理分析与加固技术研究[D]. 张成才.国防科学技术大学 2014
[7]抗多节点翻转的存储器设计[D]. 杨静.哈尔滨工业大学 2014
[8]超低压抗辐射SRAM设计[D]. 常凤伟.哈尔滨工业大学 2014
[9]40nm高性能TPSRAM的设计与实现[D]. 秦海阳.国防科学技术大学 2014
[10]静态随机存取存储器IP核全定制设计与实现[D]. 张巍.湖南大学 2012
本文编号：2895718
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１存储器在ＳｏＣ中占的比例［３］??
电离总剂量??效应之后，会严重影响半导体器件的工作性能，比如出现阈值电压的漂移、场氧边??缘漏电流增加、増益逐渐降低等现象直至器件彻底损坏。??１．２．２单粒子效应??单粒子效应是指单个高能粒子穿过微电子器件的灵敏区时造成器件状态非正??常改变的一种辐射效应［２１］，通常包括以下三种情况：??（１）单粒子翻转效应和单粒子瞬变效应??单粒子翻转效应（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｕｐｓｅｔ）主要发生在空间中的高能粒子轰击半导??体器件的敏感区域时，这种情况下会造成电子空穴对发生分离。如图１－２，以接??低电平的反相器为例，当高能粒子入射到ＮＭＯＳ晶体管的衬底时，由于电场力的??存在电子向ＮＭＯＳ的漏端漂移，空穴向ＮＭＯＳ的源端漂移［２２］。当积累的剂量达到??一定阈值的时候，ＮＭＯＳ的漏极电平会被从高拉到低，造成输出电平的翻转。但??是当粒子辐射取消后，输出又会恢复到高电平，所以单粒子翻转效应不会造成器件??永久的损伤，是为软错误。??Ｖｉｎ?Ｖｏｕｔ??＼??Ｖｄｄ??Ｉ?，?．?Ｉ?．?．「．．??ｒ?—?ｊ??Ｖ?／??＾?＾?＾?ｖ?－／??＋＋＋Ｎｒ?ｎ－ｗｅｌｌ??ｖ?１?／??Ｐ－ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??图１－２单粒子翻转效应示意图??单粒子瞬变效应（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｅｆｆｅｃｔ）也是由高能粒子轰击造成电路信号发生瞬??间的变化，主要发生在组合逻辑电路中，异常情况显示为输出信号上产生毛刺信号，??导致整个电路输出出现紊乱，器件不能正常工作。??六管ＳＲＡＭ存储器基于双稳态结构来存储数据，这样的结构极易发生单粒子??翻转效应，易发生翻转效应的敏感节点如图１－３。
?山东大学硕士学位论文????Ｉ???ＪＨ?Ｈｔ＾?＾２??｜ｖ?／??“〇，，?、一，??〇?ｎ??＾—Ｖ??／?＼??Ｉ￣￣＾?＾￣￣｜?Ｎ２??ｒ?ｎ??Ｘ：??图１－３?６－Ｔ?ＳＲＡＭ单粒子效应的敏感节点??两个首尾相接的反相器作为６－Ｔ?ＳＲＡＭ的存储结构，图中红线圈出的位置是??单粒子效应的敏感点。假设Ｐ２晶体管漏极在辐射的影响下电平升高，乂晶体管漏极??的电平也产生翻转，即产生单粒子翻转效应；如果？２晶体管的输出电平瞬间升高，??在乂晶体管的输出发生翻转之前辐射取消，户２晶体管的输出又恢复到低电平，此时??就可能会产生毛刺信号，这种现象就称为单粒子瞬变效应［２３］。??（２）单粒子闩锁效应??由于ＣＭＯＳ工艺固有的ＰＮＰＮ半导体结构，多出现单粒子闩锁效应（Ｓｉｎｇｌｅ??Ｅｖｅｎｔ?Ｌａｔｃｈ－Ｕｐ）。正常工作时，晶体管中寄生的三极管处于反偏状态，仅有微弱的??电流流动。当太空中的带电粒子辐射此三极管时，引发衬底中电子空穴对的分离，??导致晶体管中有毫安量级的电流流动，局部大电流导致晶体管温度升高，会彻底的??毁坏三极管［２４］。图１－４为单粒子闩锁效应示意图。??ｈ?Ｖ〇ｕｔ??＾ＤＤ??＼?，?１?Ｉ?ｒ￣??—ｒ?〇?［?ｎ?ｊ?ｒ?ｎ?ｉ?ｉ?ｉ￣?］?ｒ?ｐ?］?ｉ＾Ｎ?ｒ［??、?■?ｙ?ｖ?ｙ?ｖ?－／?ｙ?ｖ?ｖ?ｖ??Ｖ?ｂｗｅｌｌ????１?????—Ｉ???Ｐ－ｓｕｂｓｔｒａｔｅ?＾??图１－４单粒子闩锁效应示意图??以上三种单粒子效应对芯片工作的影响都是致命的，在电路设计的时候都要??
【参考文献】：
期刊论文
[1]体硅集成电路版图抗辐射加固设计技术研究[J]. 田海燕,胡永强. 电子与封装. 2013(09)
[2]汉明(Hamming)码及其编译码算法的研究与实现[J]. 章学静,薛琳,李金平,王淑英. 北京联合大学学报(自然科学版). 2008(01)
[3]抗辐射128kb PDSOI静态随机存储器[J]. 赵凯,刘忠立,于芳,高见头,肖志强,洪根深. 半导体学报. 2007(07)
[4]ePro系统的逻辑综合流程[J]. 薛华明,聂建昆,高风. 北京电子科技学院学报. 2005(02)
硕士论文
[1]EDAC算法实现方法及片上存储加固模板设计[D]. 左喆.西安电子科技大学 2018
[2]抗辐射SRAM单元及存储器设计[D]. 郭瑞.哈尔滨工业大学 2017
[3]SRAM存储单元抗单粒子翻转研究[D]. 丁朋辉.安徽大学 2017
[4]抗辐射加固SRAM设计[D]. 王博.西安电子科技大学 2015
[5]抗辐照SRAM的研究与设计[D]. 李顺闯.西安电子科技大学 2014
[6]65nm工艺DICE存储单元的SEU机理分析与加固技术研究[D]. 张成才.国防科学技术大学 2014
[7]抗多节点翻转的存储器设计[D]. 杨静.哈尔滨工业大学 2014
[8]超低压抗辐射SRAM设计[D]. 常凤伟.哈尔滨工业大学 2014
[9]40nm高性能TPSRAM的设计与实现[D]. 秦海阳.国防科学技术大学 2014
[10]静态随机存取存储器IP核全定制设计与实现[D]. 张巍.湖南大学 2012
本文编号：2895718
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