本文關(guān)鍵詞：一種新型抗輻照SRAM的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

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【摘要】：在關(guān)鍵電子元器件國產(chǎn)化,以及近些年來我國空間探索的日益增多,尤其對能夠抗輻照的集成電路的需求越來越多的大背景下,我國宇航用數(shù)字邏輯器件的自主設(shè)計(jì)在如火如荼的進(jìn)行中。由于在實(shí)際應(yīng)用過程中,復(fù)雜的太空輻射環(huán)境非常容易使作為集成電路中重要組成部分的存儲器電路發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)。本論文的選題來源就是為了解決實(shí)際中一款宇航用國產(chǎn)SRAM功能出現(xiàn)故障的問題。本文主要自主設(shè)計(jì)了一種全新的抗輻照靜態(tài)存儲單元,該結(jié)構(gòu)由12支晶體管組成�；谄胀�6管存儲單元的基礎(chǔ),利用兩只常導(dǎo)通的NMOS管和兩只常導(dǎo)通的PMOS管和分別連接到最下方的NMOS管和最上方PMOS晶體管之間作為電阻來增大反饋時(shí)間,然后分別對稱的接入兩個(gè)源和漏分別連接到最下方的NMOS管和最上方的PMOS管柵極,柵極分別連至存儲體互補(bǔ)輸出的NMOS管,以起到分壓作用,進(jìn)一步增大使器件存儲狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)所需的反饋時(shí)間。這樣雙重保護(hù)的新型抗輻照存儲體使用Sentaurus仿真軟件通過器件／電路混合仿真的方式進(jìn)行抗輻照水平的仿真,仿真結(jié)果顯示該結(jié)構(gòu)在普通6管基礎(chǔ)上抗輻照能力提高了12.31倍,線性能量傳輸值閾值LETth達(dá)到了52.95MeV·cm2/mg。并且仿真了該單元的讀寫時(shí)間以及讀寫功耗,作為對比,還分別仿真了其他三種存儲單元結(jié)構(gòu)的性能,結(jié)果顯示該新型存儲單元在讀寫時(shí)間上需要進(jìn)一步的改進(jìn),以便更好的應(yīng)用到實(shí)際的靜態(tài)存儲器的設(shè)計(jì)之中。然后在這種新型存儲單元的基礎(chǔ)之上,使用SMIC130nm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝庫構(gòu)建了一個(gè)512×8bit的異步工作方式的靜態(tài)存儲器。針對512x8bit大小的存儲陣列,搭建了其外圍電路。外圍電路包括了行譯碼器、列譯碼器、行譯碼驅(qū)動器、數(shù)據(jù)分配器、ATD電路、預(yù)充電路、放大電路、單端轉(zhuǎn)雙端模塊、讀寫控制信號生成模塊、EDAC模塊。EDAC模塊實(shí)現(xiàn)了檢測并糾正一位存儲數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)的功能,從而進(jìn)一步增強(qiáng)了本文SRAM芯片的抗輻照水平。作為本文SRAM控制信號生成模塊的ATD電路通過檢測地址信號的變化,自動生成了預(yù)充信號與放大使能信號,通過自動開啟和中斷預(yù)充電路和放大電路,極大降低了SRAM的功耗,并且簡化了SRAM讀寫操作的時(shí)序控制。在各個(gè)外圍電路的設(shè)計(jì)部分中,分別給出了一些關(guān)鍵模塊的仿真結(jié)果。最后使用Spectre Verilog數(shù)�；旌戏抡娴姆绞綄RAM整體電路進(jìn)行了功能仿真,隨機(jī)寫入八個(gè)點(diǎn),接著讀出這八個(gè)點(diǎn),結(jié)果顯示該存儲器在寫入時(shí)間為13ns,讀出時(shí)間為16ns的情況下可以很好地工作,這時(shí)可認(rèn)為等效的工作頻率為62.5Mhz。加入EDAC模塊之后對數(shù)據(jù)的寫入時(shí)間和讀出時(shí)間有一定的影響,寫入時(shí)間為14ns,讀出時(shí)間為19n時(shí),可以實(shí)現(xiàn)檢測并糾正一位存儲數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)的功能。該存儲器讀寫一次數(shù)據(jù)的功耗為30.993mW,可以滿足低功耗的使用要求。
【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】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1252454