针对集成电路老化的可靠性检测研究

摘要

随着集成电路特征尺寸的不断缩减和集成度的不断提高，电子产品成本不断下降、性能不断提高，然而随之而来的是系统的可靠性问题。对于超大规模集成电路VLSI，最吸引人们关注的有两个方面，一是高性能，二是高可靠性。高性能要求电路具有更大的集成度，包括器件密度的的增加和多功能集成。高可靠性要求器件可以在高压、高温、高辐照等恶劣条件下正常工作。容软错误和抗老化机制是目前电路可靠性研究领域的两个热点。
　　本论文以容软错误和电路老化检测机制的相似处为切入点，提出了一种既能在线检测老化又能在线检测软错误的电路结构ESFF-SEAD(Flip Flop with
　　Enhanced Scan Capability&Soft Error&Aging Detection)，硬件开销增加不足10％，却很好地整合了两种功能。其实现方法是对增强型扫描结构的保持锁存器进行改进，使得其在不同的应用环境下可以进行模式间的切换，继而实现了针对老化和软错误的双重检测。Hspice模拟器的仿真结果很好地说明了方案的可行性。
　　另外，基于ESFF-SEAD结构，还提出了一种针对老化失效的纠错机制--信号可选择纠错机制SSCM(Signal-Selected Correction Mechanisim)，该机制在ESFF-SEAD的结构上增加了一个异或门和一个多路选择器，可以有选择的纠正因为老化失效引起的信号故障。
　　最后，提出了一种自身抗老化的低开销信号违规检测结构LSVD(Low-CostSignal-Violation Detector)。该结构能同时在线检测软错误、延迟故障和老化延迟等三类信号稳定违规，并且可以很方便、准确地区分各类故障，很好地解决了之前的研究工作总是将各类目标故障分开来检测的不足。实验结果还表明LSVD结构较之以前的检测策略在面积、功耗上有很大的降低。

目录

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第一章 绪论

1.1 集成电路的发展简介

1.2 老化问题的研究价值

1.3 国外研究现状

1.4 国内研究现状

1.5 课题来源

1.6 创新点及结构安排

第二章 电路故障的基本知识

2.1 老化效应及其检测、预测原理

2.1.1 NBTI效应

2.1.2 电路老化检测基本原理

2.1.3 电路老化预测基本原理

2.2 软错误基本知识

2.2.1 软错误的概念

2.2.2 软错误防护技术

2.3.EDA仿真工具

2.3.1 Hspice模拟器简介

2.3.2 DC综合工具简介

第三章 增强型扫描结构ESFF-SEAD

3.1 增强扫描测试

3.2 ESFF-SEAD结构

3.3 实验结果

3.3.1 Hspice功能仿真

3.3.2 面积开销分析

3.4 老化纠错机制研究

3.4.1 基于重配置时序拆借触发器的纠错机制

3.4.2 信号可选择纠错机制SSCM

3.5 结论

第四章 一种低开销信号违规检测结构LSVD

4.1 老化失效预测的研究价值

4.2 ARSC老化预测策略

4.3 LSVD预测结构

4.3.1 故障信号模型

4.3.2 将目标故障映射为故障信号模型

4.3.3 时序约束

4.3.4 LSVD结构的晶体管级实现

4.4 实验结果

4.4.1 故障检测能力分析

4.4.2 面积开销分析

4.4.3 功耗开销分析

4.5 结论

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 进一步工作

参考文献

附录