【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)計抗輻射集成電路時,必須在保證功能、性能和集成度等方面的同時,特別注意抗輻射性能的要求。采用半定制設(shè)計的方法,基于經(jīng)過驗證的單元庫進行設(shè)計,可以簡化設(shè)計流程,縮短設(shè)計周期,并可以最大程度的保證抗輻射集成電路對可靠性的要求。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外輸出驅(qū)動和接收外部輸入信號,還可以對內(nèi)部的集成電路以及I/O電路本身進行靜電防護,但也因為高電壓和大尺寸成為對輻射敏感的部分。本論文采用中芯國際0.13um工藝,設(shè)計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。輸入單元使用四級反相器構(gòu)成的反相器鏈,將外界信號傳輸?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轉(zhuǎn)化成低電壓信號的。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,但有一個不同的是,它們的上拉作用和下拉作用是通過在對應(yīng)的反相器的輸入端增加了一個MOS (Metal Oxide Semiconductor)管。為了使傳輸?shù)诫娐穬?nèi)部的信號是一個“干凈”的信號,可以在反相器鏈中增加一個施密特觸發(fā)器,通過器件轉(zhuǎn)換的門限電壓的區(qū)別濾除掉輸入信號上的噪聲。所有輸入單元的靜電防護電路都是采用的柵耦合MOS管和柵接地MOS管構(gòu)成的主次防護電路。輸出單元利用與非門和或非門延時不同的原理,分別驅(qū)動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)成防護電路。電源和地單元分為三個,一個單元為I/O器件提供1.2V的電源電壓,一個單元為I/O器件單元提供3.3V的電源電壓,一個單元為I/O器件提供OV的電壓,即地電壓。在3.3V的單元中,加入了一個信號,這樣可以在用它來產(chǎn)生穩(wěn)定的3.3V電源信號。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)計主要是從版圖的角度進行加固。對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)�？倓┝枯椛湫�(yīng)會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)計進行防護。單粒子效應(yīng)對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環(huán)進行加固。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN431.2

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本文編號：2536830