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[摘 要]目前，半导体工艺得到了空前的发展，晶体管越做越小，工业集成度不断提高。但是，数字电路经常会出现老化的问题。一些研究人员对此进行了专门的研究，提出了许多相应的预测和防护技术。虽然这些方法在一定程度上缓解了电路老化的问题，但是，由于其结构比较单一，在使用过程中经常处于一种浮空状态，容易引起其他的电路问题，比如說电荷衰减的问题。文章中主要对引起电路老化的原因进行了分析，并提出了一点关于预测和防护技术的建议。
[关键词]数字电路 老化失效 预测与防护 技术探讨
中图分类号：F840.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0301-01
前言：国家一直在号召关于数字电路的研制和开发，为数字电路的发展以及其老化的预测和研究技术的研发提供了一定的便利。为了使数字电路老化的问题得以有效的解决，又能保证在解决电路老化问题的同时不引起或尽量避免引起其他的电路问题，我们在对预测和防护技术进行研究的时候应该保证预测技术在能够检测的同时还应该保证预测的可靠性和准确性。
一、数字电路老化
（一）电路老化失效的基本概述以及电路老化的原因
电路老化失效主要影响着电子产品的质量和可靠性。这二者也是衡量一种产品是否具有一定市场优越性的主要特征之一。质量是产品的固有属性，是衡量消费者满意程度的标准。满意程度越高质量越好，反之，满意程度越低，质量越次。电子产品的可靠性表现了某一器件或产品的某个部分在特定的时间范围内对特定状态的完成情况，通常情况下，受到外界环境的温度、湿度等因素的影响。而且随着产品的使用时间增长，在各种物理因素的作用下，可靠性逐渐降低。
相关研究表明，电路老化失效的原因主要可以分为早期失效、偶然失效和耗损失效三种。早期失效主要是由于产品在制造的过程中存在缺陷而导致的。偶然失效是指产品在正常的运行状态下，由于操作不当或者例子撞击等因素所引起的软错误现象，比如说工作环境为太空的产品就容易发生有粒子撞击所引起的偶然失效。耗损失效是最常出现的一种电路老化，主要是指产品在不断的作业过程中，由于磨损、老化等原因引起产品功能的退化。正常情况下，电子器件的寿命分为三个时期：早夭期、正常期、老化期。早夭期的光刻技术、工艺偏差都会引起电路的老化现象。对于老化期来说，产品的作业时间长，负载大，间隔性的电路失效等都是引起电路老化失效的主要原因。而且晶体管尺寸越小的产品就越容易发生电路老化失效的问题。
二、数字电路老化失效防护
（一）数字电路老化失效的在线测试
对于数字电路老化失效的预测主要进行在线预测的方式进行预测，具体来说进行在线状态下对正处于运行状态下的电路进行检测和分析。根据监测过程中的信号对电路的老化情况进行判断，这些信号是后期电路老化失效防护过程中的主要依据。主要的在线预测方式有两种，一种是基于aging sensor的老化在线测试，另一种是基于预兆单元的在线预测方式。
1.基于aging sensor在线测试分为检测和预测两种。对线路老化的分析原理：如果数据路径上显示的信号在特定的时间之前发生跳动，则电路为发生老化现象；如果跳变发生在特定时间内，则认为电路以及出现老化现象。当电路将要出现错误的时候，同时有满足老化预测的其他条件，则此时在线测试系统就会发出报警信号进行提示。
2.基于预兆单元的在线预测
其测试方法即是在电路中提前设计一条具有“逻辑非”功能的预兆单元，它是作为老化电路的对照标准而存在的。预兆单元不参与电路的实际运行，但是需要保证一致的进度。进行老化测试时，需要在预兆单元上采集数据与实际电路进行比较，再对线路的老化情况进行判断。
（二）数字电路老化失效与防护
对数字电路进行老化防护的主要目的就是延长电路发生老化的时间，减少失效现象的发生。
1.基于工作参数调整的老化电路防护
数字电路老化通俗来说就是产品的电子元件的性能出现了衰退，老化的主要特征就是逻辑器件的阈值电压升高。基于工作参数调整的防护方法就是针对这一表现来实现对老化电路的防护的。电路动态电压和频率调整是我们实际中最常用的两种方法。但是要保证避免引起时序违例。
2.输入向量控制法恢复老化电路
此种方式主要应用于电路老化的静止模式下，凭借向整合逻辑电路输入向量的方式，促使电路进入恢复期，减小电路老化带来的影响。
3.时序拆借下的老化容忍
电路老化时会发生路径时延增加的现象。当时延大于工作周期时会出现时序违例。路径不同其时序余量也是不同的。流水同步的情况下，不同的流水级之间是通过触发器的同步采样来实现数据的存储和传输的。时序拆借法主要利用流水电路的老化，路径不同时序量有差别的特性。具体的防护措施就是当某一路径的时延增大时，通过借用其他路径的时序余量来达到增大本路径的时序余量。
虽然时序拆借法能够有效的实现电路老化的防护工作，但是这种方法也具有一定的缺陷。主要表现在一下几方面：①时序拆借法只能应用于流水电路的防护；②想要利用这种方法实现电路老化的防护工作需要使用具有时序拆借工能的触发器和锁存器等时序单元，由于这些工具的能耗很高，操作复杂，稳定性地，因此，实施时序拆借法的时候有一定的难度；③在应用这种防护方法的时候，时序余量是有限的，如果电路老化的现象特别严重，则防护的效果将达不到理想状态。
总结：在目前我国的技术范围内，数字电路的老化现象是对数字电路影响最大的问题之一。提高数字电路老化现象的预测及防护技术的可靠性，增加数字电路老化的容忍能力是现代技术水平下增加数字电路可靠性，延长电子产品的使用寿命的主要手段。
参考文献
[1]严鲁明.数字电路老化失效预防与防护技术研究[D].安徽：合肥工业大学，2013.
[2]徐辉.集成电路老化预测与容忍[D].安徽：合肥工业大学，2013.
[3]李志杰.数字集成电路时序故障的在线检测技术研究[D].安徽：合肥工业大学，2013.
[关键词]数字电路 老化失效 预测与防护 技术探讨
中图分类号：F840.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0301-01
前言：国家一直在号召关于数字电路的研制和开发，为数字电路的发展以及其老化的预测和研究技术的研发提供了一定的便利。为了使数字电路老化的问题得以有效的解决，又能保证在解决电路老化问题的同时不引起或尽量避免引起其他的电路问题，我们在对预测和防护技术进行研究的时候应该保证预测技术在能够检测的同时还应该保证预测的可靠性和准确性。
一、数字电路老化
（一）电路老化失效的基本概述以及电路老化的原因
电路老化失效主要影响着电子产品的质量和可靠性。这二者也是衡量一种产品是否具有一定市场优越性的主要特征之一。质量是产品的固有属性，是衡量消费者满意程度的标准。满意程度越高质量越好，反之，满意程度越低，质量越次。电子产品的可靠性表现了某一器件或产品的某个部分在特定的时间范围内对特定状态的完成情况，通常情况下，受到外界环境的温度、湿度等因素的影响。而且随着产品的使用时间增长，在各种物理因素的作用下，可靠性逐渐降低。
相关研究表明，电路老化失效的原因主要可以分为早期失效、偶然失效和耗损失效三种。早期失效主要是由于产品在制造的过程中存在缺陷而导致的。偶然失效是指产品在正常的运行状态下，由于操作不当或者例子撞击等因素所引起的软错误现象，比如说工作环境为太空的产品就容易发生有粒子撞击所引起的偶然失效。耗损失效是最常出现的一种电路老化，主要是指产品在不断的作业过程中，由于磨损、老化等原因引起产品功能的退化。正常情况下，电子器件的寿命分为三个时期：早夭期、正常期、老化期。早夭期的光刻技术、工艺偏差都会引起电路的老化现象。对于老化期来说，产品的作业时间长，负载大，间隔性的电路失效等都是引起电路老化失效的主要原因。而且晶体管尺寸越小的产品就越容易发生电路老化失效的问题。
二、数字电路老化失效防护
（一）数字电路老化失效的在线测试
对于数字电路老化失效的预测主要进行在线预测的方式进行预测，具体来说进行在线状态下对正处于运行状态下的电路进行检测和分析。根据监测过程中的信号对电路的老化情况进行判断，这些信号是后期电路老化失效防护过程中的主要依据。主要的在线预测方式有两种，一种是基于aging sensor的老化在线测试，另一种是基于预兆单元的在线预测方式。
1.基于aging sensor在线测试分为检测和预测两种。对线路老化的分析原理：如果数据路径上显示的信号在特定的时间之前发生跳动，则电路为发生老化现象；如果跳变发生在特定时间内，则认为电路以及出现老化现象。当电路将要出现错误的时候，同时有满足老化预测的其他条件，则此时在线测试系统就会发出报警信号进行提示。
2.基于预兆单元的在线预测
其测试方法即是在电路中提前设计一条具有“逻辑非”功能的预兆单元，它是作为老化电路的对照标准而存在的。预兆单元不参与电路的实际运行，但是需要保证一致的进度。进行老化测试时，需要在预兆单元上采集数据与实际电路进行比较，再对线路的老化情况进行判断。
（二）数字电路老化失效与防护
对数字电路进行老化防护的主要目的就是延长电路发生老化的时间，减少失效现象的发生。
1.基于工作参数调整的老化电路防护
数字电路老化通俗来说就是产品的电子元件的性能出现了衰退，老化的主要特征就是逻辑器件的阈值电压升高。基于工作参数调整的防护方法就是针对这一表现来实现对老化电路的防护的。电路动态电压和频率调整是我们实际中最常用的两种方法。但是要保证避免引起时序违例。
2.输入向量控制法恢复老化电路
此种方式主要应用于电路老化的静止模式下，凭借向整合逻辑电路输入向量的方式，促使电路进入恢复期，减小电路老化带来的影响。
3.时序拆借下的老化容忍
电路老化时会发生路径时延增加的现象。当时延大于工作周期时会出现时序违例。路径不同其时序余量也是不同的。流水同步的情况下，不同的流水级之间是通过触发器的同步采样来实现数据的存储和传输的。时序拆借法主要利用流水电路的老化，路径不同时序量有差别的特性。具体的防护措施就是当某一路径的时延增大时，通过借用其他路径的时序余量来达到增大本路径的时序余量。
虽然时序拆借法能够有效的实现电路老化的防护工作，但是这种方法也具有一定的缺陷。主要表现在一下几方面：①时序拆借法只能应用于流水电路的防护；②想要利用这种方法实现电路老化的防护工作需要使用具有时序拆借工能的触发器和锁存器等时序单元，由于这些工具的能耗很高，操作复杂，稳定性地，因此，实施时序拆借法的时候有一定的难度；③在应用这种防护方法的时候，时序余量是有限的，如果电路老化的现象特别严重，则防护的效果将达不到理想状态。
总结：在目前我国的技术范围内，数字电路的老化现象是对数字电路影响最大的问题之一。提高数字电路老化现象的预测及防护技术的可靠性，增加数字电路老化的容忍能力是现代技术水平下增加数字电路可靠性，延长电子产品的使用寿命的主要手段。
参考文献
[1]严鲁明.数字电路老化失效预防与防护技术研究[D].安徽：合肥工业大学，2013.
[2]徐辉.集成电路老化预测与容忍[D].安徽：合肥工业大学，2013.
[3]李志杰.数字集成电路时序故障的在线检测技术研究[D].安徽：合肥工业大学，2013.