發(fā)布時間：2020-12-03 00:48

　　靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)憑借其高集成度,低功耗及快存取速度等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于電子信息設(shè)備中。近年來隨著航天事業(yè)的發(fā)展也被廣泛用于航天設(shè)備,太空中急劇變化的輻射環(huán)境使SRAM發(fā)生單粒子效應(yīng)、總劑量效應(yīng)和位移毀壞效應(yīng)等,對存儲器產(chǎn)生不同程度的影響,嚴(yán)重影響SRAM的性能和壽命。航空環(huán)境中使用的SRAM存儲器在保持優(yōu)異的工作性能的同時還應(yīng)具備更好的抗輻射性能。具有良好抗輻射性能的存儲器應(yīng)該具備:1)受到環(huán)境中帶電粒子的沖擊時,能夠保持器件的穩(wěn)定,數(shù)據(jù)在傳輸過程中不發(fā)生翻轉(zhuǎn);2)數(shù)據(jù)在傳輸過程中發(fā)生翻轉(zhuǎn),但是在輸出前經(jīng)過特定的糾錯檢錯電路,可以將數(shù)據(jù)糾正。本次設(shè)計的目標(biāo)是設(shè)計出一款存儲容量為128*8bit具有抗輻射性能的SRAM存儲器。本文首先介紹太空存在的輻射效應(yīng)以及常用的加固措施;存儲單元采用的是經(jīng)典的六管結(jié)構(gòu),結(jié)合存儲單元的基本工作原理對存儲單元的噪聲容限進(jìn)行分析推導(dǎo),選出合適的晶體管尺寸;之后以SRAM存儲單元為核心,理論推導(dǎo)出最優(yōu)的SRAM存儲陣列寬長比,設(shè)計存儲陣列;接著復(fù)雜外圍電路的設(shè)計進(jìn)一步優(yōu)化SRAM的速度和信號完整性;然后基于EDAC算法的抗輻射設(shè)計使得SRAM具備了抗輻... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１存儲器在ＳｏＣ中占的比例［３］??

電離總劑量??效應(yīng)之后，會嚴(yán)重影響半導(dǎo)體器件的工作性能，比如出現(xiàn)閾值電壓的漂移、場氧邊??緣漏電流增加、増益逐漸降低等現(xiàn)象直至器件徹底損壞。??１．２．２單粒子效應(yīng)??單粒子效應(yīng)是指單個高能粒子穿過微電子器件的靈敏區(qū)時造成器件狀態(tài)非正??常改變的一種輻射效應(yīng)［２１］，通常包括以下三種情況：??（１）單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)和單粒子瞬變效應(yīng)??單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｕｐｓｅｔ）主要發(fā)生在空間中的高能粒子轟擊半導(dǎo)??體器件的敏感區(qū)域時，這種情況下會造成電子空穴對發(fā)生分離。如圖１－２，以接??低電平的反相器為例，當(dāng)高能粒子入射到ＮＭＯＳ晶體管的襯底時，由于電場力的??存在電子向ＮＭＯＳ的漏端漂移，空穴向ＮＭＯＳ的源端漂移［２２］。當(dāng)積累的劑量達(dá)到??一定閾值的時候，ＮＭＯＳ的漏極電平會被從高拉到低，造成輸出電平的翻轉(zhuǎn)。但??是當(dāng)粒子輻射取消后，輸出又會恢復(fù)到高電平，所以單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)不會造成器件??永久的損傷，是為軟錯誤。??Ｖｉｎ?Ｖｏｕｔ??＼??Ｖｄｄ??Ｉ?，?．?Ｉ?．?．「．．??ｒ?—?ｊ??Ｖ?／??＾?＾?＾?ｖ?－／??＋＋＋Ｎｒ?ｎ－ｗｅｌｌ??ｖ?１?／??Ｐ－ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??圖１－２單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)示意圖??單粒子瞬變效應(yīng)（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｅｆｆｅｃｔ）也是由高能粒子轟擊造成電路信號發(fā)生瞬??間的變化，主要發(fā)生在組合邏輯電路中，異常情況顯示為輸出信號上產(chǎn)生毛刺信號，??導(dǎo)致整個電路輸出出現(xiàn)紊亂，器件不能正常工作。??六管ＳＲＡＭ存儲器基于雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)來存儲數(shù)據(jù)，這樣的結(jié)構(gòu)極易發(fā)生單粒子??翻轉(zhuǎn)效應(yīng)，易發(fā)生翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的敏感節(jié)點如圖１－３。

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文????Ｉ???ＪＨ?Ｈｔ＾?＾２??｜ｖ?／??“〇，，?、一，??〇?ｎ??＾—Ｖ??／?＼??Ｉ￣￣＾?＾￣￣｜?Ｎ２??ｒ?ｎ??Ｘ：??圖１－３?６－Ｔ?ＳＲＡＭ單粒子效應(yīng)的敏感節(jié)點??兩個首尾相接的反相器作為６－Ｔ?ＳＲＡＭ的存儲結(jié)構(gòu)，圖中紅線圈出的位置是??單粒子效應(yīng)的敏感點。假設(shè)Ｐ２晶體管漏極在輻射的影響下電平升高，乂晶體管漏極??的電平也產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，即產(chǎn)生單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)；如果？２晶體管的輸出電平瞬間升高，??在乂晶體管的輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)之前輻射取消，戶２晶體管的輸出又恢復(fù)到低電平，此時??就可能會產(chǎn)生毛刺信號，這種現(xiàn)象就稱為單粒子瞬變效應(yīng)［２３］。??（２）單粒子閂鎖效應(yīng)??由于ＣＭＯＳ工藝固有的ＰＮＰＮ半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，多出現(xiàn)單粒子閂鎖效應(yīng)（Ｓｉｎｇｌｅ??Ｅｖｅｎｔ?Ｌａｔｃｈ－Ｕｐ）。正常工作時，晶體管中寄生的三極管處于反偏狀態(tài)，僅有微弱的??電流流動。當(dāng)太空中的帶電粒子輻射此三極管時，引發(fā)襯底中電子空穴對的分離，??導(dǎo)致晶體管中有毫安量級的電流流動，局部大電流導(dǎo)致晶體管溫度升高，會徹底的??毀壞三極管［２４］。圖１－４為單粒子閂鎖效應(yīng)示意圖。??ｈ?Ｖ〇ｕｔ??＾ＤＤ??＼?，?１?Ｉ?ｒ￣??—ｒ?〇?［?ｎ?ｊ?ｒ?ｎ?ｉ?ｉ?ｉ￣?］?ｒ?ｐ?］?ｉ＾Ｎ?ｒ［??、?■?ｙ?ｖ?ｙ?ｖ?－／?ｙ?ｖ?ｖ?ｖ??Ｖ?ｂｗｅｌｌ????１?????—Ｉ???Ｐ－ｓｕｂｓｔｒａｔｅ?＾??圖１－４單粒子閂鎖效應(yīng)示意圖??以上三種單粒子效應(yīng)對芯片工作的影響都是致命的，在電路設(shè)計的時候都要??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]體硅集成電路版圖抗輻射加固設(shè)計技術(shù)研究[J]. 田海燕,胡永強.  電子與封裝. 2013(09)
[2]漢明(Hamming)碼及其編譯碼算法的研究與實現(xiàn)[J]. 章學(xué)靜,薛琳,李金平,王淑英.  北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2008(01)
[3]抗輻射128kb PDSOI靜態(tài)隨機存儲器[J]. 趙凱,劉忠立,于芳,高見頭,肖志強,洪根深.  半導(dǎo)體學(xué)報. 2007(07)
[4]ePro系統(tǒng)的邏輯綜合流程[J]. 薛華明,聶建昆,高風(fēng).  北京電子科技學(xué)院學(xué)報. 2005(02)

碩士論文
[1]EDAC算法實現(xiàn)方法及片上存儲加固模板設(shè)計[D]. 左喆.西安電子科技大學(xué) 2018
[2]抗輻射SRAM單元及存儲器設(shè)計[D]. 郭瑞.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]SRAM存儲單元抗單粒子翻轉(zhuǎn)研究[D]. 丁朋輝.安徽大學(xué) 2017
[4]抗輻射加固SRAM設(shè)計[D]. 王博.西安電子科技大學(xué) 2015
[5]抗輻照SRAM的研究與設(shè)計[D]. 李順闖.西安電子科技大學(xué) 2014
[6]65nm工藝DICE存儲單元的SEU機理分析與加固技術(shù)研究[D]. 張成才.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[7]抗多節(jié)點翻轉(zhuǎn)的存儲器設(shè)計[D]. 楊靜.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[8]超低壓抗輻射SRAM設(shè)計[D]. 常鳳偉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[9]40nm高性能TPSRAM的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 秦海陽.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[10]靜態(tài)隨機存取存儲器IP核全定制設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 張巍.湖南大學(xué) 2012



本文編號：2895718