综合效应下模拟电路性能研究

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4、ftherequirementsforthedegreeofMasterinIntegratedCircuitSystemDesignByWangHengSupervisor:LiuYiProfessorNovember2015摘要摘要MOS器件的可靠性问题在影响器件性能的同时也会影响电路的性能，从而制约集成电路的进一步发展。深亚微米尺寸CMOS器件的可靠性问题包括NBTI（NegativeBiasTemperatureInstability）效应，CHC（ChannelHotCarrier）效应和TID（TotalIonizingDose）效应等。随着集成电路的进一步发展，这些效应将会进一步

5、加重。针对这些问题的研究已经屡见不鲜，但是用于航空航天设备电路的综合效应的研究还比较少。目前人类对太空的探索越来越多，对太空辐射耐受电路的需求也日渐增强，所以结合辐射总剂量效应来研究电路的可靠性具有重要的意义。本文基于65nmCMOS工艺就综合效应对器件阈值电压及电路性能产生的影响进行了研究。首先介绍了器件级的短期模型、电路级的长期模型，并介绍了由实验获取的TID和CHC综合效应模型，由该模型推算出地球同步轨道处剂量率下的长期应力退化模型。根据CHC的电路级长期可靠性模型，得出该模型的MATLAB数值分析方法，以获取更加精确的阈值电压退化值。在此基础上，由AMS（AnalogandMixedS

6、ignal）电路传统的可靠性分析方法，建立MATLAB和SPICE联合迭代分析的方法，将电路参数的退化按一定的步长迭代到可靠性模型中，降低了对差分放大器可靠性预测的误差。对比迭代前后阈值电压退化10%的时间，迭代前的算法比迭代后的算法多预测了4.7年。最后通过电路失配仿真得出差分放大器的失调电压，预计电路寿命约为3.2年，该数据得到SyRA（SystemReliabilityAnalyzer）的支持，表明本文建立的迭代分析方法是正确的。根据电路级长期可靠性模型，本文又用MATLAB和SPICE的联合迭代分析方法对VCO进行综合效应电路退化分析。同时，把CHC和TID效应简单叠加的结果，与它们的

7、联合模型作用的结果作对比，发现后者产生了更大的阈值电压退化，说明CHC与TID会相互作用并使VCO（VoltageControlledOscillator）退化更严重。最后根据分析得出的综合效应下VCO的性能退化，10年内其输出频率减小了33.2%，远超出了其寿命限制退化频率，说明要想使该电路用在寿命超过10年的宇航电子设备中，还需要进行辐射加固或电路结构改进，该分析为抗辐射加固及综合效应可靠性预