数字集成电路老化测试技术研究

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近年来,随着云计算和大数据的到来,人们对集成电路的可靠性要求越来越高。再加上晶体管尺寸及栅氧厚度的不断缩小,由NBTI效应引起的老化已经成为影响集成电路可靠性的重要因素。国内外的部分学者已经对此进行了研究,为此也提出了很多电路老化监测结构。本文的主要工作如下:首先,介绍了集成电路老化的一些基本知识和引起集成电路老化的几种因素。并且详细介绍了两种老化测试技术,老化检测技术和老化预测技术,重点阐述了其结构框架图及工作原理,并将这两种老化测试技术进行了比较,简单分析了它们的优劣。其次,由于老化预测更具有广泛的应用价值,所以介绍了两种老化失效预测结构,分别是基于预测的稳定性校验电路结构和基于预测的先前采样电路结构,重点分析了这两种老化预测结构的基本框架和工作原理,并总结分析了这两种老化预测结构的不足之处。接着,针对两种老化预测结构的不足之处,提出了一种低开销可编程的老化感知触发器结构。在这种结构中,延迟单元被插入到时钟网络中,从此降低了延迟单元的老化。其创新点在于将延迟单元设计成为一个低开销可编程的延迟单元,这样一来一方面可动态调节延迟单元的延迟大小,一方面又可以节省一定的布线开销和面积开销,大大提高了老化预测的准确性。最后,使用电路仿真工具对本文提出的低开销可编程的老化感知触发器结构在不同工作条件下进行仿真,从而获得相关数据。并且通过实验对所设计的结构进行性能、功耗和面积等分析,并将分析结果与一些经典的参照结构进行对比。实验结果表明本文提出的低开销可编程老化感知触发器结构可以动态调节监测窗口的大小,在一定程度下可以监测不同程度的老化,大大提高了老化预测的准确性,而且这种结构拥有较低的布线开销、面积开销和功耗开销。
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