【摘要】：航天系統(tǒng)中的集成電路,在空間輻射環(huán)境下將受到各種輻射效應(yīng)的影響。因此,在設(shè)計(jì)抗輻射集成電路時(shí),必須在保證功能、性能和集成度等方面的同時(shí),特別注意抗輻射性能的要求。采用半定制設(shè)計(jì)的方法,基于經(jīng)過驗(yàn)證的單元庫進(jìn)行設(shè)計(jì),可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程,縮短設(shè)計(jì)周期,并可以最大程度的保證抗輻射集成電路對(duì)可靠性的要求。作為集成電路的重要組成部分的輸入輸出單元電路,不僅能為集成電路提供對(duì)外輸出驅(qū)動(dòng)和接收外部輸入信號(hào),還可以對(duì)內(nèi)部的集成電路以及I/O電路本身進(jìn)行靜電防護(hù),但也因?yàn)楦唠妷汉痛蟪叽绯蔀閷?duì)輻射敏感的部分。本論文采用中芯國際0.13um工藝,設(shè)計(jì)了一套抗輻射加固的輸入輸出單元庫。此單元庫包括輸入單元、輸出單元、電源單元、地單元和填充單元等。輸入單元使用四級(jí)反相器構(gòu)成的反相器鏈,將外界信號(hào)傳輸?shù)絻?nèi)部,其中外圍電壓(3.3V)與核心電壓(1.2V)的電平轉(zhuǎn)換是通過低電源電壓的鉗制作用將高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成低電壓信號(hào)的。為了避免給電路中引入不定態(tài),需要帶弱上拉作用的輸入單元和帶弱下拉作用的輸入單元,它們與基本的輸入單元類似,但有一個(gè)不同的是,它們的上拉作用和下拉作用是通過在對(duì)應(yīng)的反相器的輸入端增加了一個(gè)MOS (Metal Oxide Semiconductor)管。為了使傳輸?shù)诫娐穬?nèi)部的信號(hào)是一個(gè)“干凈”的信號(hào),可以在反相器鏈中增加一個(gè)施密特觸發(fā)器,通過器件轉(zhuǎn)換的門限電壓的區(qū)別濾除掉輸入信號(hào)上的噪聲。所有輸入單元的靜電防護(hù)電路都是采用的柵耦合MOS管和柵接地MOS管構(gòu)成的主次防護(hù)電路。輸出單元利用與非門和或非門延時(shí)不同的原理,分別驅(qū)動(dòng)反相器的上拉器件和下拉器件,這樣可以比用反相器鏈直接驅(qū)動(dòng)使功耗減小很多。在輸出單元中采用了由六管構(gòu)成的電平轉(zhuǎn)換電路。采用了柵接地MOS結(jié)構(gòu)構(gòu)成防護(hù)電路。電源和地單元分為三個(gè),一個(gè)單元為I/O器件提供1.2V的電源電壓,一個(gè)單元為I/O器件單元提供3.3V的電源電壓,一個(gè)單元為I/O器件提供OV的電壓,即地電壓。在3.3V的單元中,加入了一個(gè)信號(hào),這樣可以在用它來產(chǎn)生穩(wěn)定的3.3V電源信號(hào)。填充單元是使得外圍I/O單元拼接成標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)形并為外圍I/O單元供電的輔助單元。I/0的抗輻射設(shè)計(jì)主要是從版圖的角度進(jìn)行加固。對(duì)I/O影響最大的輻射效應(yīng)主要為總劑量輻射效應(yīng)和單粒子效應(yīng)。總劑量輻射效應(yīng)會(huì)造成閾值電壓的漂移和漏電流的產(chǎn)生,但隨著集成電路工藝按比例縮小,柵氧厚度越來越薄,閾值電壓漂移在0.13umm工藝下的影響已經(jīng)可以忽略；產(chǎn)生的漏電流主要通過環(huán)柵晶體管的設(shè)計(jì)進(jìn)行防護(hù)。單粒子效應(yīng)對(duì)I/O單元的影響主要體現(xiàn)在單粒子閂鎖效應(yīng),通過在版圖中增加雙保護(hù)環(huán)進(jìn)行加固。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN431.2

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