[發明專利]一種CMOS數字集成電路總劑量效應建模方法及系統

在審

• 申請號: 202110554445.4
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113341761A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 劉錦輝;梁博;曹燁政;孟菲;劉剛;萬波
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于數字器件輻照效應模型的建模技術領域，公開了一種CMOS數字集成電路總劑量效應建模方法及系統，所述CMOS數字集成電路總劑量效應建模方法包括：選擇或設計原始器件；獲得原始器件的IBIS模型數據；提取輸入端口的鉗位管特性曲線和輸出端口的晶體管特性曲線；根據鉗位管特性曲線提取二極管模型參數，根據晶體管特性曲線提取MOS管模型參數；根據模型參數建立CMOS數字IC行為?物理混合模型，并建立CMOS數字IC時序退化模型；根據總劑量效應造成的器件電特性退化，建立CMOS數字IC輸出端口總劑量效應模型。本發明建立的模型既能反映CMOS數字器件的邏輯功能，為在輻照條件下進行系統仿真提供模型支持。

技術領域

本發明屬于數字器件輻照效應模型的建模技術領域，尤其涉及一種CMOS數字集成電路總劑量效應建模方法及系統。

背景技術

目前，隨著半導體技術的飛速發展，各種模擬、數字集成電路被廣泛應用于航空航天、核工業及粒子物理等領域，它們處在各種電磁、高能粒子的輻射環境中，受到總劑量輻射、單粒子輻射及瞬時效應等多種輻射效應的影響，其工作可靠性及壽命周期受到了嚴峻的考驗。其中，總劑量輻射效應更是受到了廣泛的關注與研究。

近年來，隨著計算機仿真技術的發展，電子系統輻射效應仿真為系統抗輻射設計、理論研究提供了有力支持，既縮短了研發周期又減少了開發費用。目前，對數字集成電路的總劑量效應建模研究主要有基于底層物理的晶體管級模型(SPICE模型)研究與基于功能的行為模型(IBIS模型)研究兩類。晶體管級模型仿真精度高，適用范圍廣，但其計算開銷大，仿真的電路規模受限，且由于物理模型涉及知識產權信息，半導體廠商往往不愿提供相應模型或對模型加密，難以用于總劑量效應的建模工作。行為級模型不涉及底層物理，模型簡單，通用性好且仿真效率高，但IBIS模型描述的工作點固定，不同供電電壓對應不同的IBIS模型，因此不能準確描述芯片供電電壓不為設定值時的特性。其次，在對器件總劑量效應建模時，一個IBIS模型僅能描述特定總劑量點時的電特性，無法準確表征中間劑量點時的情況。

綜上所述，現有的數字集成電路總劑量效應建模方法只能表征器件端口的行為特性，無法準確、連續地表征不同條件下器件的電特性。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)目前對數字集成電路的總劑量效應建模研究中，晶體管級模型SPICE計算開銷大，仿真的電路規模受限，且由于物理模型涉及知識產權信息，半導體廠商往往不愿提供相應模型或對模型加密，難以用于總劑量效應的建模工作。

(2)行為級模型IBIS描述的工作點固定，不同供電電壓對應不同的IBIS模型，因此不能準確描述芯片供電電壓不為設定值時的特性。

(3)在對器件總劑量效應建模時，一個IBIS模型僅能描述特定總劑量點時的電特性，無法準確表征中間劑量點時的情況。

(4)現有的數字集成電路總劑量效應建模方法只能表征數字器件端口的行為特性，無法準確、連續地表征不同條件下器件的電特性問題。

解決以上問題及缺陷的難度為：

如何建立器件的總劑量效應模型，使得其既能反應器件的行為特性，又能表征器件端口的物理特性，并能根據總劑量效應對器件端口開關管的影響造成的器件功能退化，通過器件端口的物理模型參數變化體現。

解決以上問題及缺陷的意義為：

解決了物理模型獲取困難、仿真復雜度高以及行為模型環境適用性不好的問題，為數字集成電路的抗輻照設計與研究提供了途徑與參考。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種CMOS數字集成電路總劑量效應建模方法及系統，旨在解決現有的數字集成電路總劑量效應建模方法只能表征數字器件端口的行為特性，無法準確、連續地表征不同條件下器件的電特性問題。