[發明專利]基于動態輸入向量的片上SET脈沖測試方法

有效

• 申請號: 201610124947.2
• 申請日: 2016-03-06
• 公開（公告）號: CN105811935B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 梁斌;池雅慶;劉堯;向文超;陳建軍;胡春媚
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H03K5/19
• 分類號: H03K5/19;G01R29/02;G01R29/027
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心43202
• 代理人: 陸平靜

技術領域

本發明涉及一種片上單粒子瞬態(Single-Event Transient，SET)脈沖測試方法，特別涉及一種基于動態輸入向量的片上SET脈沖測試方法。

背景技術

應用于航天、航空的電子系統很容易受到輻射效應的影響而失效。輻射環境下工作的電子系統，主要考慮的輻射效應有單粒子效應(Single-Event Effect，SEE)和總劑量效應(Total Ionizing Dose，TID)兩種。隨著集成電路工藝特征尺寸的不斷縮小，總劑量效應對芯片的影響在逐漸減??；而單粒子效應對航天設備中電子器件的影響則在日益加劇。

作為單粒子效應的一種，SET通常是由宇宙射線、太陽粒子事件、超鈾材料自然衰變或者是核武器爆炸所產生的高能粒子轟擊電路所導致電路功能突變的現象。半導體器件在受到單粒子轟擊后，高能粒子的能量沉積會導致粒子的碰撞電離，在濃度梯度和電場的作用下電離出的電荷被收集和輸運，導致電路結點出現電流和電壓瞬時突變。

隨著工藝尺寸的不斷縮減，集成電路中的時鐘頻率也在不斷上升。國際上學者普遍的觀點是時鐘頻率的增加會提高SET脈沖鎖存的概率，然而隨著時鐘頻率的上升，電路內部節點狀態的變化速度也隨之增加，這將給集成電路軟錯誤率的分析帶來巨大的挑戰。

目前，國際上常見的SET脈沖寬度測試電路如圖1所示(Narasimham等人2006年在IEEE Transaction on Device and Materials Reliability上發表的“On-Chip Characterization of Single-Event Transient Pulsewidths”文章中首次提出的一種可測試SET脈沖寬度的片上自觸發電路)，由N(N為大于1的自然數，根據工藝尺寸和離子輻照試驗環境來決定N的大小)級反相器組成的反相器鏈構成的SET脈沖產生電路，以及脈沖寬度測試電路組成，第i級反相器記為INV_i，i為整數，1≤i≤N。SET脈沖寬度進行測試的過程是將圖1的輸入固定為0或者1(即采用靜態輸入向量進行片上SET脈沖的測試，見圖2中固定為0的靜態輸入信號、固定為1的靜態輸入信號)。然而，在真實的電路中，輸入是不斷發生變化的(即輸入是動態變化的，變化的最大頻率為時鐘頻率，如圖2頻率為1GHz的動態輸入信號所示)，真實電路中動態輸入信號不斷在0、1之間變化。

對于SET脈沖產生電路，如圖3中的反相器INV2的PMOS管，在輸入為靜態向量(固定為0或者1由INV2的輸入來確定，圖3中INV2的輸入端口固定為1)的情況時，假設該晶體管受到單粒子的轟擊，可以產生寬度為300ps的SET脈沖，則在輸出端口的信號輸出處可以測試到300ps的SET脈沖寬度。而當輸入向量動態變化時，針對圖3的SET脈沖產生電路，在信號輸入處加載如圖2中頻率為1GHz的動態輸入信號，同樣對于INV2中的PMOS，當沒有粒子轟擊時，沒有產生SET脈沖，反相器INV2的輸出如圖4中的反相器INV2的輸出所示；而當有粒子轟擊時，且時間發生在其輸出跳變為高電平附近時，如圖4中箭頭所指的地方，SET產生在輸出跳變為高電平之前，這時本來可以產生的300ps的SET脈沖將由于INV2的輸出此時也變為高電平而造成實際產生的SET脈沖寬度被輸出的高電平進行了削減，具體表現在信號輸出端口的現象為SET脈沖寬度小于300ps，如圖4中消減后的SET脈沖寬度。這種現象在低頻下發生的概率相對較少，但是在高頻下發生的概率將會大大增加。

以上分析說明，采用靜態輸入向量進行片上SET脈沖測試的方法，與電路的實際工作情況背離，使得測得的SET脈沖的個數、每個SET脈沖的寬度以及SET脈沖的平均寬度等均與電路在實際工作過程中受到單粒子轟擊時所產生的SET脈沖的個數、每個SET脈沖的寬度以及SET脈沖的平均寬度等有所偏差，給集成電路軟錯誤率的分析帶來困難。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：集成電路在實際工作過程中，其輸入是隨時間不斷發生變化的，即輸入是動態變化的；但是，目前國際上測試SET脈沖寬度時電路輸入均是恒定的——固定為0或者1，即采用靜態輸入向量進行片上SET脈沖的測試。與電路實際工作情況的背離將使得采用目前的片上SET脈沖測試方法所測得的SET脈沖的個數、每個SET脈沖的寬度以及SET脈沖的平均寬度等均與電路在實際工作過程中受到單粒子轟擊時所產生的SET脈沖的個數、每個SET脈沖的寬度以及SET脈沖的平均寬度等有所偏差，給集成電路軟錯誤率的分析帶來困難。