纳米尺度下集成电路的抗辐射加固技术研究

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1、单位代码：10359密级：公开学号：2015170726分类号：TN47HefeiUniversityofTechnology硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION（专业硕士）论文题目：纳米尺度下集成电路的抗辐射加固技术研究专业名称：电子与通信工程作者姓名：凤志成导师姓名：黄正峰副教授完成时间：2018年1月合肥工业大学专业硕士学位论文纳米尺度下集成电路的抗辐射加固技术研究作者姓名：凤志成指导教师：黄正峰副教授学科专业：电子与通信工程研究方向：嵌入式系统综合与测试2018年1月ADissertationSubmittedfortheDegreeofMa

2、sterTheResearchonRadiationHardenedTechnologyofNanoscaleCMOSIntegratedCircuitsByFengZhichengHefeiUniversityofTechnologyHefei,Anhui,P.R.ChinaJanuary,2018致谢本论文是在我的导师黄正峰副教授的指导下完成的，在此要由衷的向黄老师表示感谢。在这三年的学习生活中，黄老师教会了我很多为人处世的道理，帮助我改正了很多自身存在的不足，相信这对我毕业以后的工作会有极大的帮助。黄老师在学术研究上对我们倾注了大量的心血，教会了我们许多专业技

3、能和专业知识。这三年我所取得的成绩和完成的工作，都凝聚着您的心血和付出。您严谨的科学态度，开阔的学术思维，果敢决断的行事风格，踏实诚恳的工作作风，平易近人的人格魅力，为我树立了学习的榜样，并深深地影响和激励着我，让我受益终生。感谢系统结构研究室的梁华国教授。梁老师是实验室的学术带头人，为我们提供了丰富的研究资源和温馨的实验室环境，把整个系统结构研究室紧密团结在一起。同时感谢实验室的易茂祥教授、欧阳一鸣教授、戚昊琛老师、鲁迎春老师、许晓琳老师、方祥圣老师，以及闫爱斌、徐秀敏、倪天明、宋钛等博士，你们在大组会议上精彩的讨论，为我的研究提供了很多思路。感谢钱栋良、倪涛、王

4、世超、付俊超、李昕等师兄师姐，你们热情的指导和友善的关心让人难以忘怀。感谢姚慧杰、王浩宇、李伟迪等同一级同学，我们一起奋斗、一起娱乐，让我感受到研究生生活的精彩和乐趣。感谢张阳阳、李雪健、卢康、吴明、苏子安、姚亮、王敏、孙芳等师弟师妹，与你们的沟通和交流同样带给我很多快乐。感谢我的三位室友许克伟、付广胜、吴国安，三年来与你们同住一室、共同生活，与你们的友谊将会是我人生中最宝贵的财富。感谢2015级39班的所有同学，与你们相识并且共同学习，让我受益匪浅，终生难忘。感谢我的家人，自己求学的道路上少不了家人的支持和理解。自己成长的背后离不开家人无私的付出和辛勤的培养，家人

5、无微不至的关怀是我勇往直前的不竭动力。父亲身体不好，但仍然强有力的支持着我完成了自己的学业。感谢百忙之中抽出时间评阅本论文的专家和老师们，向您们表示衷心的感谢！感谢所有帮助过我的人，祝福你们！在以后的日子里，我会继续脚踏实地，勤奋努力的不断前行。最后祝福所有关心和帮助过我的人们，谢谢你们！作者：凤志成2018年1月2日I摘要集成电路工艺发展到了纳米时代，电源电压和器件尺寸随之不断减小，电路节点电容也不断减少，所以节点存储的电荷急剧下降，因此CMOS电路愈发容易受到辐射效应引起的软错误影响。当高能粒子轰击电路的敏感节点时，所带电荷被敏感节点收集，如果节点的逻辑状态发生

6、了改变，称为单粒子翻转。集成电路工艺不断缩减，晶体管尺寸不断下降，芯片的集成度迅速上升，导致晶体管间的距离随之减小。高能粒子轰击电路产生的电荷可能被两个节点收集，导致两个节点逻辑状态同时发生改变，称为单粒子双点翻转。相关研究表明，当集成电路的特征尺寸进入90nm以后，电荷共享导致的双点翻转已经成为严重问题。因此，设计抗单粒子双点翻转的集成电路成为迫切需要解决的问题。随着纳米工艺尺寸的不断缩减，电荷共享导致的软错误对集成电路的影响愈发严重。本文针对纳米工艺下集成电路的软错误问题，以降低单点翻转和双点翻转引起的软错误为目的，在分析和总结前人加固方案的基础上，提出了两种加

7、固方案：（1）能够部分容忍双点翻转的加固锁存器（TMR-2D1R）；（2）能够完全容忍双点翻转的加固锁存器（TMR-1D2R）。TMR-2D1R锁存器由一个RHM单元、两个D-latch单元和一个多数表决器组成。该锁存器采用了三模冗余容错技术，它能够完全容忍单点翻转，并且部分容忍双点翻转。利用RHM单元良好的单点自恢复能力，TMR-2D1R锁存器能够部分容忍双点翻转，当D-latch和RHM中各有一点发生翻转时，输出的逻辑值仍为正确的。和传统的可以容忍单点翻转的加固锁存器相比，TMR-2D1R不仅能够完全容忍单点翻转，而且能够部分容忍双点翻转，提高了容错性能。T