本文關鍵詞：電源門控電路的老化特性分析與抗老化技術(shù)研究

  更多相關文章： 偏置溫度不穩(wěn)定性 電源門控 休眠管 性能損失 動態(tài)尺寸 受壓控制

【摘要】：在當前的集成電路設計中,利用電源門控技術(shù)來降低靜態(tài)功耗已成為一種趨勢。隨著特征尺寸的不斷縮小,集成電路的可靠性問題越來越嚴重,由偏置溫度不穩(wěn)定性(Bias Temperature Instability, BTI)引起的電路老化成為威脅集成電路可靠性的重要因素。當電源門控電路處于正常工作模式時,休眠管會受到嚴重的BTI效應影響,導致電源門控電路的性能損失加重,并最終引起電路失效�，F(xiàn)有的電源門控電路老化特性分析,并沒有考慮老化效應與性能損失之間的關系,缺少電路老化后的性能損失模型。本文綜合考慮休眠管與邏輯網(wǎng)絡的BTI效應對電源門控電路的影響,建立由BTI效應導致的電源門控電路性能損失模型,并且通過分析兩種不同類型(Header型與Footer型)的電源門控電路,得出兩者的模型一致。結(jié)果表明,HSPICE仿真得到的電源門控電路使用壽命與老化性能損失模型的計算值變化趨勢相吻合。在Header型電路的抗老化研究中,當電路處于正常工作模式時,傳統(tǒng)休眠管尺寸方法會使所有接通的休眠管都處于受壓狀態(tài),造成抗老化設計過于悲觀。本文通過分析Header型電路的老化特性,提出將休眠管進行分組,通過間斷接通休眠管,等效于動態(tài)調(diào)節(jié)休眠管尺寸或?qū)娮?使部分休眠管處于恢復期,從而減小由休眠管老化引起的Header型電路性能損失。利用HSPICE軟件在45nm工藝庫下的仿真結(jié)果表明,動態(tài)休眠管尺寸方法與傳統(tǒng)休眠管尺寸方法相比,最高可以提升Header型電路29.99%的使用壽命。在Footer型電路的抗老化研究中,現(xiàn)有的休眠管受壓控制法缺少對休眠管分組方法的研究,并且忽略休眠管的最小尺寸問題。為此本文提出了一種基于最小尺寸的休眠管分組方法,同時結(jié)合動態(tài)休眠管尺寸法與休眠管受壓控制法,讓休眠管以設定的頻率輪流導通,當性能損失到達設定閾值后,再利用動態(tài)休眠管尺寸方法,逐步增大休眠管尺寸,進而改進休眠管的切換策略。利用HSPICE軟件在32nnm高k材料工藝庫下的仿真結(jié)果表明,與現(xiàn)有的休眠管切換策略相比,改進的休眠管切換策略可以平均增加Footer型電路8.8%的使用壽命。
【關鍵詞】：偏置溫度不穩(wěn)定性 電源門控 休眠管 性能損失 動態(tài)尺寸 受壓控制
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN40
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-27
• 1.1 課題研究背景與意義15-21
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-25
• 1.3 本文的主要工作和內(nèi)容安排25-27
• 第二章 老化基本模型及仿真工具27-36
• 2.1 NBTI老化模型27-31
• 2.2 PBTI老化模型31-32
• 2.3 HSPICE仿真工具32-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第三章 電源門控電路的老化特性分析36-42
• 3.1 電源門控電路的結(jié)構(gòu)與工作原理36-37
• 3.2 休眠管的選擇37
• 3.3 Header型電路的老化特性分析37-40
• 3.3.1 邏輯網(wǎng)絡的老化特性分析37-38
• 3.3.2 休眠管的老化特性分析38-39
• 3.3.3 Header型電路的老化性能損失模型39-40
• 3.4 Footer型電路的老化特性分析40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第四章 基于動態(tài)休眠管尺寸法的Header型抗老化研究42-49
• 4.1 研究動機42
• 4.2 考慮NBTI效應的Header型電路性能損失模型分析42-43
• 4.3 傳統(tǒng)休眠管尺寸方法43
• 4.4 動態(tài)休眠管尺寸方法43-46
• 4.4.1 動態(tài)休眠管尺寸抗老化方案44-45
• 4.4.2 動態(tài)休眠管尺寸方法對泄漏功耗的影響45-46
• 4.5 仿真結(jié)果與分析46-48
• 4.6 本章小結(jié)48-49
• 第五章 基于休眠管受壓控制法的Footer型抗老化研究49-58
• 5.1 研究動機49
• 5.2 PBTI效應對Footer型電路的影響49-50
• 5.3 休眠管受壓控制法50-52
• 5.4 基于休眠管受壓控制法的Footer型抗老化方法研究52-55
• 5.4.1 休眠管分組方法研究52-53
• 5.4.2 基于休眠管受壓控制法的Footer型電路抗老化設計53-55
• 5.5 仿真結(jié)果與分析55-57
• 5.6 本章小結(jié)57-58
• 第六章 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 研究工作總結(jié)58-59
• 6.2 未來工作展望59-60
• 參考文獻60-65
• 攻讀碩士學位期間的學術(shù)活動及成果情況65

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1 袁野;電源門控電路的老化特性分析與抗老化技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學;2016年

本文編號：1040342